Несмотря на быстрое развитие мехатроники, потребность в зубчатых колесах во всем мире возрастает, возрастают и требования по качеству их исполнения.

Зубчатые колеса являются изделиями общемашиностроительного применения. В зависимости от вида зубчатого венца (цилиндрические прямозубые и косозубые, конические прямозубые и с круговыми зубьями, червячные и др.), требований по точности и производительности используются соответствующие методы обработки и зубообрабатывающие станки. Этими факторами объясняется широкая номенклатура зубообрабатывающих станков, действующих в промышленности.

Кто есть кто
 

Самым, пожалуй, известным мировым производителем зубообрабатывающего оборудования является корпорация Gleason, включающая в себя фирмы The Gleason Works (США), Gleason-Pfauter и Gleason-Hurth (Германия). Широкой известностью и популярностью пользуются зубообрабатывающие станки таких фирм, как Samputensili (Италия), Fassler, Lambert-Wahli, Reishauer, Oerlikon (Швейцария), Hamai (Япония), Klingelnberg, Liebherr, Höfler, Emag (Германия).

Кроме того, зубообрабатывающее оборудование производится рядом таких компаний, как чешской компанией Gear-spect, американскими Brown & Koch, Parker Industries, Cole, немецкой Niles Werkzeugmaschinen GmbH и др. Естественно, рассмотреть предложения всех перечисленных компаний не представляется возможным, поэтому остановимся только на высокотехнологичных примерах продукции лидирующих компаний Gleason, Samputensili, Reishauer, Hоfler и Emag, отражающих тенденции развития, а также на продукции отечественных предприятий.

В русле мировых тенденций
 

Собственно основные направления развития зубообработки принципиально не отличаются от общих тенденций в мировом станкостроении. Это — высокоскоростная обработка, сухое резание (то есть обработка без СОЖ или с минимальным ее количеством). Находят широкое распространение комбинированные методы обработки, прежде всего закаленных зубчатых колес — точение и шевингование, точение и шлифование зубьев с применением кругов из КНБ, имеющих возможность правки.

Главным критерием выбора зубообрабатывающих станков является производительность, однако большое внимание уделяется и удобству их обслуживания, быстроте и простоте переналадки. При этом широко применяется модульный принцип, позволяющий создавать компоновки с общими базовыми элементами для станков различного назначения — направляющими, приводами, системами управления, системами автоматизации — транспортерами, порталами, роботами.

Увеличивается частота вращения заготовок и инструментов, а при зубодолблении — число ходов. Применяют встроенные приводы главного движения, делающие станки более компактными, надежными и повышающие их крутящий момент. Все станки, выпускаемые фирмами Германии, США, Швейцарии и Японии, оснащены системами ЧПУ. Наиболее массовым видом зубообрабатывающего оборудования являются зубофрезерные станки.

Gleason
 

В программу продукции фирмы Gleason входит гамма зубофрезерных и зубошлифовальных станков для изготовления прямозубых и косозубых колес, вертикальных и горизонтальных зубофрезерных станков обкатного типа, зубодолбежных станков обкатного типа с электронной системой формирования наклона зубьев, шевинговальных и хонинговальных, а также профильно-шлифовальных и зубошлифовальных станков обкатного типа. Gleason предлагает серию станков для фрезерования и шлифования конических зубчатых колес методом обката, доводки и проверки. Если в цифрах, то это 25 моделей станков для нарезания цилиндрических колес, 9 моделей для нарезания конических колес, 15 моделей зубошлифовальных станков для цилиндрических колес и 4 модели шлифовальных станков для конических колес.

Также компания предлагает полный набор инструмента для обработки зубчатых колес, шлифовальные круги и устройства зажима детали механического или гидравлического типа. Зажимные приспособления могут комплектоваться устройствами быстрого зажима для использования в станках Gleason или в станках для обработки конических колес других изготовителей. Конические или шариковые направляющие втулки обеспечивают осевую и радиальную точность обработки, а также высокую повторяемость. Встроенные предохранительные устройства предотвращают перебег хода зажимного механизма. Для закрепления малых зубчатых колес используются серии TANLINE® и VERSGRIP®, для зажима плоских конических колес — серии X‑PANDISK® и UNI-SPAND®.

Очевидно, рассказать обо всех моделях фирмы не представляется возможным. Остановимся только на двух.

Agilus 180TH — комбинированный станок для зубофрезерования и токарно-сверлильных операций, позволяющий производить полную обработку заготовок, имеющих форму вала и диска, за один установ. Он обеспечивает самую передовую технологию и возможность обработки цилиндрических шестерен всех видов, которые нарезаются червячной фрезой. Револьверная головка для неподвижных вращающихся инструментов позволяет производить токарную обработку, сверление, нарезание зубьев червячной фрезы, и последующее снятие фасок и заусенцев — с одной установки. Контролируемая системой ЧПУ задняя бабка позволяет станку зажимать широкий спектр заготовок с двусторонней поддержкой, обеспечивающей максимальную жесткость во время обработки. Технология зажима Quik-Flex® от Gleason — возможность быстрого зажима и оптимального доступа отвечают требованиям быстрой и легкой смены заготовок. Станок может управляться автоматически. Основные параметры заготовки — максимальный диаметр 180 мм, номинальный модуль 3 мм.

Станок Titan® 1500G — это сочетание обработки червячным и профильным кругом, что сокращает время шлифования почти на 50%.

Возможность обработки червячным шлифовальным кругом до модуля 14 — опция, не имеющая аналогов во всем мире. Полностью автоматизирована смена инструмента. Станок может быть адаптирован к нуждам заказчика постепенно, от производства одного типа деталей до полностью автоматизированного производства большого объема:
— шлифование только профильным кругом (глубина профиля до 100 мм);
— комбинация червячного круга и профильного шлифовального круга (глубина профиля до 35 мм);
— автоматическая смена инструмента и (или) заготовки;
— при наличии установочного стола, установка происходит во время процесса шлифования.

Автоматическая смена инструмента происходит во время шлифования. Обеспечены: оптимальная зернистость кругов обдирки и чистовой обработки, отсутствие прижогов во всем диапазоне диаметров.

Номинальный диаметр заготовки — 1500 мм, минимальное/максимальное межцентровое расстояние — 100/1100 мм.

Samputensili
 

Фирма Samputensili, являющаяся отделением фирмы SAMP S. p.A., предлагает зубофрезерные станки, станки для закругления кромок и снятия фасок, профилешлифования, зубонарезания методом обкатки, шлифования поверхностей червяков и винтов, станки для заточки зуборезного инструмента. Фирма занимается автоматизацией обработки и созданием производственных систем.

Станок HP 1200 фирмы Samputensili.

Инструменты, предлагаемые Samputensili, представляют собой червячные фрезы, фрезы для нарезания зубьев ленточной пилы, долбяки, шеверы, накатные ролики для снятия заусенцев, накатные ролики для закругления кромок и снятия фасок, инструменты для снятия заусенцев звездочек цепных передач, круги с покрытием из кубического нитрида бора, керамические круги.

Новые станки фирмы серии HG предназначены для обработки деталей с зубчатым венцом больших размеров. Модульный принцип не только позволяет снизить регулярные затраты, он также создает базу для универсальной конструкции. Если необходима черновая или чистовая обработка, зубонарезание или шлифовка, небольшая партия различных деталей или массовое производство деталей с зубчатым венцом — станки серии HG подойдут в любой ситуации.

Серия HG представлена тремя моделями, характеризующимися максимальными диаметрами зубчатых колес — HG 1200, HG 1600, HG 2400. Простои существенно сокращаются, благодаря инновационной концепции combi-shift® и поддержке быстросменных паллет. В то время, как быстросменные паллеты снижают вспомогательное время, затрачиваемое на установку-снятие детали, система combi-shift® предлагает оператору задействовать новые комбинации инструментов, сокращающих время черновой обработки до 40%. Таким образом, станки серии HG, комплектующиеся специализированным программным обеспечением, являются высокопроизводительным решением для производства.

Emag
 

Компания Koepfer, дочернее предприятие группы Emag, представляет три зубофрезерных станка серии К (К 160, К 200 и К 300) горизонтальной компоновки и три обрабатывающих центра VLC 200 H, VLC 250 WF и VSC 400 WF вертикальной компоновки.

Станины станков серии K изготавливаются из высококачественного материала MINERALIT®, что обеспечивает исключительно высокие демфирующие свойства и позволяет повысить качество обработки поверхности, а также стойкость инструмента. Компоновка станины с наклонными направляющими обеспечивает наиболее благоприятные условия отвода стружки и СОЖ из зоны обработки.

Зубофрезерный станок EMAG K 160.

Обработка с СОЖ или без, решения по автоматизации станка и широкий ассортимент опций делают станок модели К 160 оптимальным решением для высокопроизводительного зубофрезерования зубчатых колес модулем до 2,5. K 160, управляемый по 8‑ми осям системой ЧПУ последнего поколения, обеспечивает высокую частоту вращения фрезерной головки и главного шпинделя. С K 160 Koepfer предлагает в сфере изготовления шестерен и валов самое быстрое в мире решение с минимально возможным значением времени «от стружки до стружки». Если еще 8–10 лет назад время загрузки анкерных валов на обработку составляло 20–25 секунд, то текущий результат в 8–10 секунд станка K 160 по праву можно считать выдающимся. Кроме того, станок отличается высокой универсальностью — на нем возможно выполнять, например, высокоскоростное зубофрезерование планетарных шестерен или тангенциальное фрезерование зубьев червячных колес.

В модели K 200 не менее восьми активированных осей ЧПУ, автоматическая система загрузки заготовок, что обеспечивает высочайшую гибкость и возможность адаптации под конкретные условия производства при изготовлении шестерен. Еще одно преимущество: существует возможность предварительного зубофрезерования деталей до закалки с последующим финишным зубофрезерованием с минимальным припуском, что обеспечивает высочайшее качество зубчатого зацепления без дорогостоящего шлифования.

Основу системы автоматизации зубофрезерных станков Koepfer составляет портальный загрузочный манипулятор с V‑образным грейфером. Для различных типов заготовок и деталей могут быть предложены самые различные по конструкции накопители. Накопители повышенной ёмкости позволяют повышать продолжительность автономной работы зубофрезерного станка до нескольких часов.

На зубофрезерном станке К 300 с 9‑ю активированными осями ЧПУ можно реализовать самые различные технологические решения по обработке зубчатых колес: мягкое, твёрдое или «бреющее» зубофрезерование, высокоскоростное зубофрезерование, зубофрезерование с радиальной или тангенциальной подачей. Таким образом, станок может быть гибко сконфигурирован в соответствии с новыми производственными задачами.
Bертикальные зубофрезерные станки Emag представляют собой широкую палитру экономически эффективных решений.

Станок EMAG VSC 400 WF для комбинированной обработки.

Скоростной станок VLC 200 H отличается компактной конструкцией, малыми перемещениями рабочих органов и высокой динамикой — все это создает хорошую базу для высокоточной обработки зубчатых венцов. При обработке зубьев на деталях-телах вращения эта продуманная система обеспечивает большое преимущество в производительности. Встроенная система загрузки заготовок и выгрузки обработанных деталей посредством Pick-Up-шпинделя обеспечивает минимизацию вспомогательного времени. В качестве опции может быть установлен измерительный щуп для ориентации заготовки при загрузке и для измерения детали после обработки. Отличные условия схода и удаления стружки за счет вертикальной компоновки позволяют идеально приспособить его для зубофрезерования без СОЖ.

На вертикальных станках для комбинированной обработки моделей VSC 400 WF и VLC 250 WF такие процессы как зубофрезерование, вертикальное точение и снятие заусенцев интегрированы и выполняются за один установ. Производительность при этом возрастает практически скачкообразно. Модель VLC 250 WF была разработана для обработки деталей типа «колесо» диаметром до 230 мм и модулем до 4. Основная область применения — прецизионная обработка зубчатых венцов в условиях средне- и крупносерийного производства. VSC 400 WF разработан для обработки деталей типа «диск».

HÖfler
 

Компания Höfler специализируется на проектировании и производстве современных зубофрезерных и зубошлифовальных станков для обработки цилиндрических зубчатых колес с внешним и внутренним зацеплением
(da = 10–8000 мм).

Зубофрезерные станки Höfler с вертикальным расположением оси заготовки предназначены для обработки цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем червячными фрезами и со специальным профилем — дисковыми фрезами.

Сухое зубофрезерование на станке серии HF.

Оборудование Höfler обеспечивает современные технологии обработки. Например, высокопроизводительное зубофрезерование без использования СОЖ дисковыми и червячными фрезами со сменными твердосплавными пластинами. Благодаря такому методу достигаются скорости резания, существенно превосходящие значения при зубофрезеровании с использованием СОЖ. Благодаря отказу от СОЖ твердосплавные пластины работают в стабильном температурном режиме (отсутствует так называемый «температурный шок», который возникает при контакте СОЖ с разогретой пластиной), что существенно повышает их стойкость. Кроме того, отказ от СОЖ делает процесс зуборезания более экологичным.
 В дополнение к этому чрезвычайно высокая статическая и динамическая жесткость зубофрезерных станков Höfler, массивные направляющие V‑образной формы, а также высокая мощность привода фрезерной головки гарантируют стабильность процесса зуборезания даже при высоко интенсивных режимах.

Отметим две модели зубофрезерных станков HF 900 и HF 1250 c динамической балансировкой круга, предназначенные для фрезерования прямозубых и косозубых зубчатых колёс. Они особенно хорошо подходят для изготовления зубчатых колёс для редукторов и коробок передач для заготовок до 900 и 1250 мм в диаметре соответственно. Модульная конструкция станков позволяет впоследствии докупать необходимые блоки и программы для расширения возможностей при изменении номенклатуры производимых деталей. Станины станков прочные, жёсткие, стабильные, оптимально поглощающие сильные вибрации при зубообработке.

Зубошлифовальный станок серии RAPID FM.

Зубошлифовальные станки Höfler работают прерывистым профильным методом. Современные станки серии RAPID разработаны и изготовлены в соответствии с последними достижениями науки и имеют высокую точность углового позиционирования стола заготовки, которую обеспечивает прямой привод от моментного электродвигателя. Станина станков выполнена из полимербетона, имеющего существенно лучшие (по сравнению с чугуном) показатели по вибро- и термостойкости. Методика высокоскоростного зубошлифования (HSG), применяемая на станках, обеспечивает снижение машинного времени при шлифовании на 30–50%. Обработка производится с маленькой радиальной подачей и большой скоростью осевой подачи (до 12 м/мин.). При такой схеме СОЖ в большом количестве поступает в зону шлифования и интенсивно отводит тепло от заготовки. Особенностью данного метода является то, что при больших объемах снимаемого металла (до 8 мм3/мм•с) вероятность образования прижогов и закалочных трещин снижается с повышением скорости осевой подачи.

С целью повышения эффективности финишной обработки цилиндрических зубчатых передач компания Höfler разработала и производит многофункциональные станки RAPID — серии MFM, в которой реализован принцип последовательного исполнения операций. Станки RAPID MFM выполняют за одну установку заготовки шлифование зубчатого профиля, базового отверстия, контрольного пояска на торце заготовки и диаметра вершин зубьев до и после шлифования зубьев.

Существенным отличием станков Höfler является использование прецизионных моментных электродвигателей в приводе стола и шлифовальной/фрезерной головки. Моментные электродвигатели имеют большой запас мощности и обеспечивают высокий крутящий момент с самого начала движения, что гарантирует стабильность поворотного движения и отсутствие «отжатия» при интенсивных режимах обработки. Высокая надежность прямого привода, стабильность его работы, а также тенденция перехода большинства производителей зубообрабатывающих станков на это решение доказывают его неоспоримое преимущество перед приводом от червячной пары.

Зубообрабатывающие станки Höfler оснащаются встроенным измерительным устройством контроля зубьев, производящем их оценку и аттестацию до и после обработки.

Reishauer
 

Станки для обкатного зубошлифования компании Reishauer известны во всем мире. Наряду с высокой точностью они гарантируют надежный и эффективный процесс изготовления зубчатых колес.

Новая серия станков RZ (RZ 60, RZ 160, RZ 260 и RZ 360) объединяет все технические достижения в области зубошлифования фирмы Reishauer.

Модульный принцип построения станков этого модельного ряда обеспечивает высокую производительность при крупносерийном производстве и максимальную гибкость при мелкосерийном.

Преимущества серии RZ:
— стандартная типовая планировка для всех станков
серии;
— стандартный интерфейс для подключения всех периферийных устройств; управления, наладки;
— идентичные процессы управления, наладки и технического обслуживания;
— унификация запасных частей для всех станков серии;
— стандартный инструмент для всех станков серии;
— совместимость с другими станками фирмы Reishauer, в том числе более ранних исполнений;
— станина, стойка и шпиндели гибридной конструкции, обеспечивающие максимальную жесткость и высокие демпфирующие характеристики;
— надежно защищенные направляющие для обеспечения длительного срока службы станка и высокой производительности;
— система акустического контроля для автоматической наладки и правки;
— балансировочная система Reishauer для автоматической балансировки и контроля шлифовального круга;
— высокоточный привод Reishauer для шпинделей изделия;
— программная оболочка Reishauer для управления станком с интуитивно-понятным управлением.

Зубошлифовальный станок фирмы Reishauer RZ 160.
 

Зубошлифовальный станок RZ 160 — это развитие хорошо зарекомендовавшего станка RZ 150. В новой модели были учтены все достижения предыдущей конструкции, а также внесены улучшения.

Это самый малогабаритный станок с двумя шпинделями (второй шпиндель как опция). Правящее устройство с отдельным алмазным инструментом предназначено для более быстрой и экономичной проточки круга по наружному диаметру.

Гибкость в работе с различными системами загрузки/выгрузки с помощью стандартного интерфейса Reishauer. Простая и быстрая переналадка, доступ к зоне наладки. Модульная конструкция шлифовального шпинделя для использования различного инструмента. Переход на другой технологический метод шлифования за короткое время. Беззазорная и высокоточная поворотная ось правящего устройства дает возможность сокращения номенклатуры используемого инструмента и применения специальных технологических опций.
Технологические опции:

— профильное шлифование;
— ReishauerTwistControl Grinding — шлифование с программируемым скрещиванием профилей зубьев;
— шлифование конусных зубчатых зацеплений (бевелоидные зубчатые зацепления);
— шлифование неэвольвентных зубчатых зацеплений;
— построчечная правка шлифовального круга;
— встроенная функция центробежной очистки деталей.

И немного о наших производителях

Российские производители зубообрабатывающего оборудования, как собственно и все отечественное станкостроение, переживают не лучшие времена. Однако, хотелось бы отметить работу нескольких компаний.

Фирмой «МСЗ-Салют» выпускается гамма зубошлифовальных станков; инструментальных станков для шлифования эвольвентного профиля долбяков, шеверов и эталонных зубчатых колес; шлицешлифовальные станки, причем изготавливаются как простые станки модели 3 В451 В, так и шестикоординатные модели МШ397. Более десяти лет назад фирмой освоен выпуск кругло- и кругло-торцешлифовальных полуавтоматов. Они имеют высокую производительность и предназначены для массового и крупносерийного производства, могут работать как методом врезного шлифования, так и маятникового. Полуавтоматы и автоматы МШ204 предназначены для шлифования отверстия и торцев деталей в массовом и крупносерийном производстве. Фирмой также выпускаются рейкошлифовальные станки и двусторонние торцешлифовальные станки.

Зубошлифовальный станок СК800 фирмы «Самоточка».
 

Зубошлифовальные станки нового поколения мехатронного типа мод. СК800…1600 ООО «Самоточка» предназначены для профильного шлифования винтовых поверхностей зубьев цилиндрических колес и червяков. Выполнены на основе комплектующих зарубежных производителей и содержат наукоемкие решения, в т. ч. программу собственной разработки по оптимальному управлению циклом, реализуют маятниковую технологию, снижающую требования к шлифовальным кругам по «прижогам», обеспечивают 3–4 степень точности колес.
Фирма «Киров‑Станкомаш» специализируется на модернизации зубообрабатывающего оборудования, в т. ч. зубошлифовальных AZAF3 и RZF3 фирмы Reishauer. В процессе модернизации станков модели AZA и RZ вместо гидромеханической концепции приводов внедряется система ЧПУ фирмы Siemens Sinumerik 840D sl, сервоприводы Synamcs S120 и соответствующее программное обеспечение. Для более точных линейных перемещений рабочих органов на конечных звеньях устанавливаются оптические линейки фирмы Heidenhain. Для улучшения условий шлифования и снижения вибраций на шпиндель шлифовального круга встроена система балансировки фирмы Balance Systems. Для одновременной правки рабочего профиля круга и его наружного диаметра на аппарате правки смонтирован еще один правящий шпиндель производства фирмы BURRI. После модернизации для удобства переналадок поворот суппорта заготовки осуществляется автоматически от отдельного двигателя в заданное программой положение, которое рассчитывается автоматически исходя из данных о шлифовальном круге и обрабатываемой детали. Фиксация углового положения суппорта заготовки производится гидрозажимами. Применяемая автоматика фирмы ABB смонтирована в электрошкаф Rittal. В системе смазки используются комплектующие производства Италии и Японии (Duplomatic, ILC). Зубошлифовальный станок имеет 8 управляемых системой ЧПУ осей (5 линейных и 3 круговых). Высококачественные комплектующие изделия обеспечивают эксплуатацию модернизированного станка в течение 10–12 лет.

И в конце
 

Все, о чем было сказано (применительно к образцам зарубежной техники), — о методах, приемах, технических решениях и их реализации в виде конкретных образцов оборудования — это и есть современный уровень развития отрасли, которая непрерывно движется вперед. И все идет к тому, что скоро надо будет просто установить на стол станка закаленную заготовку и получить на выходе полностью обработанное и прошедшее полный контроль зубчатое колесо. Жаль только, что в этой гонке мы пока отстали. Пока?

Сергей Заякин