Versnellingstransmissie: Beginselen en Toepassingen van het Vormfrezen en Genererende Methode bij de Versnijding van Tandwielen

01 Basismethoden van de genererende methode

1.1 Wiskundige grondslagen

• Omhullingsprincipe : De bewegingsbaan van de snijkant van gereedschappen (zoals staafmalplaatjes en tandwielvormfrezen) vormt een reeks continue krommen, waarvan de omhullende het theoretische tandprofiel vormt (bijvoorbeeld involuut, cycloïde).
• In elkaar grijpende vergelijking : Voldoet aan de relatieve bewegingsrelatie tussen gereedschap en werkstuk om nauwkeurigheid van het tandprofiel te garanderen.

1.2 Belangrijke kenmerken

• Hoge Precisie : In staat om complexe tandprofielen te bewerken (bijvoorbeeld involuut, cirkelvormige tandwielen).
• Hoge efficiëntie : Doorlopend snijden maakt massaproductie mogelijk.
• Grote veelzijdigheid : Een enkel gereedschap kan tandwielen met verschillende aantal tanden bewerken (mits ze dezelfde modulering hebben).

1.3 Typische genererende methoden

1.3.1 Frezen met een vijlworm

• Principe : Maakt gebruik van de in elkaar grijpende beweging tussen een vijlworm (vorm vergelijkbaar met een schroefworm) en het tandwielblik, waarbij het snijden wordt voltooid via axiale toevoer.
• Bewegingsrelatie : Rotatie van de vijlworm (hoofdzaagbeweging) + rotatie van het werkstuk (genererende beweging) + axiale toevoer.
• Voordelen : Hoge efficiëntie, geschikt voor massaproductie (bijvoorbeeld auto-tandwielen); kan rechte tandwielen, schuine tandwielen, wormwielen, enz. bewerken.
• Toepassingsvoorbeelden : Bewerking van planeetwielen en zonnewielen in windturbineversnellingsbakken.

1.3.2 Tandwielverspanen met een tandvormfrezer

• Principe : Gebruikt een tandvormfrezer (vorm vergelijkbaar met een tandwiel) die een heen-en-weer gaande snijbeweging uitvoert op het werkstuk terwijl het roteert volgens een ingrijpverhouding.
• Bewegingsrelatie : Verticale heen-en-weer gaande snijbeweging van de tandwielvormfrezer + genererende rotatie van het werkstuk en de tool.
• Voordelen : Kan complexe structuren bewerken zoals binnenkeringen en dubbele tandwielen; betere oppervlakteruwheid van de tandflank vergeleken met frezen (Ra 0,8–1,6 μm).
• Beperkingen : Lagere efficiëntie dan frezen; hogere gereedsapkosten.
• Toepassingsvoorbeelden : Bewerking van interne tandkransen in versnellingsbakken en kleine precisietandwielen.

1.3.3 Tandwielshaven

• Principe : De shavemeule en het werkstuk roteren in elkaar grijpend onder lichte druk, waardoor de vormnauwkeurigheid van de tand verbeterd wordt door het schurende effect van de snijkanten van de meule. Het is een afwerkproces dat gebruikt wordt voor bijwerken na frezen of vormfrezen.
• Voordelen : Kan fouten in de tandvorm corrigeren en de overbrengingsoptische gladheid van tandwielen verbeteren; bewerkingsnauwkeurigheid bereikt DIN 6–7 klasse.
• Toepassingsvoorbeelden : Afwerkende bewerking van tandwielen voor autoversnellingsbakken.

1.3.4 Tandwiel slijpen

• Principe : Gebruik van een gevormde slijpschijf of wormslijpsteen om de tandoppervlakken te slijpen via een genererende beweging, voornamelijk bedoeld voor het afwerken van geharde tandwielen.
• Voordelen : Extreem hoge precisie (tot DIN 3–4 klasse); kan moeilijk te bewerken geharde tandoppervlakken (HRC 58–62) frezen.
• Beperkingen : Hoge kosten en lage efficiëntie, meestal gebruikt in toepassingen met hoge precisie-eisen.
• Toepassingsvoorbeelden : Vliegtuigmotorversnellingen en hoogtoerenversnellingen in windturbineversnellingsbakken.

02 Basisprincipes van vormfrezen

• Hoge afhankelijkheid van het gereedschap : De nauwkeurigheid van het tandprofiel hangt direct af van de contournauwkeurigheid van het gereedschap.
• Geen genererende beweging : Het bewerkingsproces simuleert geen tandwielin elkaar grijpen, maar is uitsluitend gebaseerd op de relatieve beweging tussen het gereedschap en het werkstuk.
• Een hoge flexibiliteit : In staat om niet-standaard tandprofielen te bewerken (bijvoorbeeld cirkelvormige tanden, rechthoekige tanden).

2.1 Wiskundige Grondslagen

• Profileringbeginsel : De geometrische vorm van de snijkant van de tool past perfect bij de tandruimte van het tandwiel.
• Indexbeweging : Gebruikt indexeerapparaten (bijvoorbeeld verdeelkoppen) voor het per tand bewerken om een gelijke tandafstand te garanderen.

2.2 Voordelen en Nadelen

Voordelen

• Eenvoudige uitrusting : Uitvoerbaar met gewone freesmachines.
• Geschikt voor Enkelvoudige Productie, Kleine Series of Reparatie : Ideaal voor maatwerk- en onderhoudssituaties.
• : In staat om zeer grote modulertandwielen te bewerken : Zoals tandwielen die worden gebruikt in mijnbouwmachines.

Nadelen

• Lage Precisie : Meestal DIN 9–10 kwaliteit.
• Lage efficiëntie : Vereist machinaal bewerken per tand.
• Slechte Gereedschapsveelzijdigheid : Er zijn gespecialiseerde gereedschappen nodig voor elke moduul.

2.3 Typische vormfrezenprocessen

2.3.1 Tandwiel frezen

• Principe : Gebruikt een schijffrees of einde-frees; de frees draait tijdens het frezen, en het werkstuk wordt tand voor tand geïndexeerd via een verdeelhoofd.
• Bewegingsrelatie : Freesrotatie (hoofdbewerking) + Axiale toevoer van het werkstuk + Indexeringsrotatie.
• Toepassingsscenario's : Enkelvoudige en kleine series productie van rechte tandwielen en schuine tandwielen; tandwielen met grote modulen (moduul ≥20 mm) of reparatietandwielen.
• Gevalstudie : Tandwielen van de lage-snelheidsfase van scheepreductoren (moduul 30, materiaal: 42CrMo) bewerkt met een freesbeitel + CNC-indexering, met een tandoppervlakteruwheid van Ra 3.2 μm.

2.3.3 Vormslijpen

• Principe : Gebruik van een sleufbeitel (een meer-tands trapsgewerk gereedschap) om in één doorgang de gehele tandholte te bewerken.
• Bewegingsrelatie : Lineaire beweging van de sleufbeitel (snijden) + vastgeklemd werkstuk.
• Voordelen : Zeer hoge efficiëntie (één tandholte per slag voltooid); relatief hoge precisie (tot DIN 7-niveau).
• Beperkingen : Alleen geschikt voor massaproductie van binnen- of buitenkant tandwielen; hoge kosten voor de vervaardiging van de sleufbeitel, ideaal voor grote oplagen van één specificatie.
• Toepassingsvoorbeelden : Massaproductie van automobiel synchronisatie ringen (cyclus tijd <10 seconden/stuk).

2.3.3 Vormslijpen

• Principe : Gebruik van een gevormde slijpschijf (met contour afgestemd op de tandholte) om geharde tandwielen te slijpen.
• Bewegingsrelatie : Roterende slijpschijf + indexering van het werkstuk.
• Voordelen : Kan hoge-hardheid tandwielen bewerken (HRC >60); precisie tot DIN 4-niveau (tandprofielfout <5 μm).
• Toepassingsvelden : Afwerking van tandwielen voor lucht- en ruimtevaartmotoren en precisiereductietandwielen.

03 Vergelijking en industriële toepassingen van de twee methoden

Vergelijking tussen genererende methode en vormfrezen

Industriële toepassingen van de genererende methode

3.1 Windturbineversnellingsbakken

• Verplichtingen : Hoge koppelkracht, lange levensduur (≥20 jaar).
• Procescombinatie : Frezen (voorsnede) → Warmtebehandeling → Slijpen van tandwielen (nabewerking).