Explicação dos fundamentos da usinagem de engrenagens cilíndricas

As engrenagens são um dos componentes de transmissão importantes na transmissão mecânica. Devido à sua relação de transmissão precisa, alta transferência de potência, alta eficiência, estrutura compacta, boa confiabilidade e durabilidade, elas são amplamente utilizadas. O segredo da usinagem de engrenagens é a usinagem dos dentes da engrenagem. Como a usinagem de corte pode alcançar maior precisão do perfil do dente e menores valores de rugosidade da superfície do dente, atualmente é o principal método de usinagem de engrenagens.

I. Princípios de usinagem de engrenagens

Há muitos métodos de usinagem de corte para engrenagens, mas, em termos de seus princípios de usinagem, há dois tipos: método de formação e método de geração.

1. Método de formação

O método de formação de engrenagens de usinagem usa um cortador com um formato de lâmina consistente com a seção transversal da ranhura do dente da engrenagem que está sendo usinada, para usinar o perfil do dente da engrenagem na peça bruta da engrenagem. Esse tipo de fresa de conformação geralmente inclui fresas de conformação de perfil de dente único e placas de engrenagem de perfil de vários dentes, modeladores de engrenagem, etc.

As fresas de engrenagem de perfil de dente único comumente usadas incluem fresas de engrenagem do tipo disco e fresas de engrenagem do tipo dedo, conforme mostrado na Figura 1. As fresas de engrenagem do tipo disco são adequadas para a usinagem de engrenagens cilíndricas cônicas retas e engrenagens cilíndricas helicoidais com módulo inferior a 8 mm.

As fresas de engrenagem do tipo dedo são adequadas para a usinagem de engrenagens cilíndricas cônicas retas, engrenagens cilíndricas helicoidais, especialmente engrenagens em espinha, com um módulo de 8~40 mm. A vantagem desse método é que as ferramentas e os acessórios usados são relativamente simples, usinados em uma fresadora universal comum, e o custo de produção é baixo. No entanto, como o perfil do dente da engrenagem é involuto, para engrenagens com o mesmo módulo, desde que o número de dentes seja diferente, suas formas de perfil de dente involuto não são as mesmas, exigindo diferentes fresas de formação.

Na produção real, cada módulo geralmente tem apenas um conjunto de 8 ou 15 fresas de formação, cada fresa adequada para usinar uma determinada faixa de números de dentes. Assim, o perfil do dente usinado é aproximado, de modo que a precisão da usinagem é baixa e o tempo auxiliar para fresar os dentes é longo, resultando em menor produtividade. Portanto, o uso de fresas formadoras de perfil de dente único só é adequado para a usinagem de engrenagens com precisão abaixo do grau 9 em peças únicas, produção de pequenos lotes ou trabalhos de reparo em que a precisão não é alta.

Com o uso de fresas formadoras de perfis com vários dentes, como placas de engrenagens ou modeladores de engrenagens, o formato do dente involuto da fresa pode ser fabricado de acordo com a precisão do perfil do dente da peça. Durante a usinagem, um ou vários perfis de dentes de engrenagem podem ser concluídos em um ciclo de trabalho da máquina, com precisão e produtividade relativamente altas.

Mas as placas e os modeladores de engrenagens são ferramentas especiais, com estruturas complexas, difíceis de fabricar e de alto custo. Cada conjunto de ferramentas só pode usinar engrenagens de um módulo e um número de dentes, e o equipamento usado também deve ser especializado. Portanto, esse método só é adequado para produção em massa.

2. Método de geração

O método de geração de engrenagens de usinagem baseia-se no princípio de engrenamento de engrenagens, ou seja, transformar uma das engrenagens do par de engrenagens em uma ferramenta, tratar a outra como uma peça de trabalho e forçar a ferramenta e a peça de trabalho a realizar um movimento de engrenamento rigoroso, cortando assim o perfil do dente da engrenagem na peça de trabalho, esse movimento é chamado de movimento de geração. Por exemplo, o processo de fresagem de engrenagens é equivalente ao processo de movimento de engrenagem do par de engrenagens helicoidais cruzadas, conforme mostrado na Figura 2.

a) Engrenagem Hobbing

b) Formação da curva do perfil do dente

No par de engrenagens de engrenagens, uma engrenagem helicoidal tem poucos dentes e o ângulo da hélice em seu círculo de passo também é muito pequeno, de modo que ela se torna um sem-fim. Depois de entalhar, cinzelar, resfriar e retificar o sem-fim, ele se torna uma placa de engrenagem.

Quando a placa de engrenagens se move com a velocidade de corte e realiza o movimento de geração com a engrenagem sendo cortada, o perfil do dente involuto é gradualmente cortado na peça de trabalho, obviamente, esse perfil do dente é envolvido por uma série de posições contínuas do perfil do dente da placa durante o movimento de geração.

Na usinagem de engrenagens pelo princípio do método de geração, a forma da aresta de corte da ferramenta não corresponde à forma da seção transversal da ranhura do dente da engrenagem que está sendo usinada, e o perfil involuto da aresta de corte está relacionado apenas ao número de dentes da própria ferramenta, sem relação com o número de dentes da engrenagem que está sendo usinada. Portanto, se o módulo e o ângulo de pressão forem os mesmos, será necessária apenas uma ferramenta para usinar engrenagens com diferentes números de dentes.

Além disso, também é possível usinar engrenagens modificadas alterando a distância central entre a ferramenta e a peça de trabalho. A precisão e a produtividade da usinagem de engrenagens pelo método de geração são relativamente altas, mas são necessárias máquinas-ferramentas especializadas e ferramentas de corte de engrenagens. Em geral, a estrutura das máquinas-ferramentas especializadas em usinagem de engrenagens é relativamente complexa, com muitos mecanismos de transmissão e altos custos de equipamento.

Há muitos métodos de usinagem de engrenagens que utilizam o princípio do método de geração, sendo os mais comuns o hobbing, a modelagem, o shaving, o brunimento e a retificação, etc. Embora as ferramentas e as máquinas-ferramentas usadas nos vários métodos sejam diferentes, todas elas podem ser aplicadas à usinagem de engrenagens de alta precisão em vários tipos de produção.

II. Métodos de usinagem de engrenagens e máquinas-ferramentas

1. Engrenagem Hobbing

A fresagem de engrenagens é o método de usinagem de engrenagens mais amplamente utilizado, caracterizado pela boa versatilidade, alta produtividade e boa qualidade de usinagem.

A fresadora de engrenagens Y3150E é uma fresadora de engrenagens universal de médio porte, usada principalmente para usinagem de engrenagens cilíndricas retas e helicoidais, e também pode usar o método de alimentação radial manual para usinar engrenagens sem-fim. Essa máquina-ferramenta pode processar engrenagens com um diâmetro máximo de 500 mm, uma largura máxima de 250 mm, um módulo máximo de 8 mm e um número mínimo de dentes de 5k (k é o número de cabeças de fresa).

A Figura 3 mostra o formato externo da fresadora de engrenagens Y3150E, que consiste em componentes principais, como a base 1, a coluna 2, o carro da ferramenta 3, o corpo da ferramenta 5, a coluna traseira 8 e a mesa de trabalho 9. A coluna 2 é fixada na base 1, e o carro da ferramenta 3 aciona o corpo da ferramenta 5 para realizar o movimento de avanço vertical ou o movimento rápido ao longo do trilho de guia da coluna. A placa é instalada na barra de ferramentas 4, acionada pelo eixo do corpo da ferramenta 5 para girar como movimento principal.

1 dormitório
2 colunas
3-Tool slide
Barra de 4 ferramentas
Corpo de 5 ferramentas
6-Bracket
7 eixos
8-Coluna traseira
9-Mesa de trabalho
Sela de 10 máquinas

O corpo da ferramenta pode girar em torno de seu eixo horizontal para ajustar o ângulo de instalação da placa. A peça de trabalho é fixada no eixo 7 da mesa de trabalho 9 ou fixada diretamente na mesa de trabalho, girando junto com a mesa de trabalho.

A mesa de trabalho e a coluna traseira 8 são montadas no selim da máquina 10, que pode se mover ao longo do trilho de guia horizontal da base para ajustar a posição radial da peça de trabalho ou realizar o movimento de alimentação radial manual. O suporte na coluna traseira pode apoiar a extremidade superior do eixo da peça de trabalho com uma ponta central ou uma luva de eixo para melhorar a estabilidade do trabalho de fresagem.

(1) Usinagem de engrenagens cilíndricas retas

Ao usinar engrenagens com uma placa de acordo com o princípio do método de geração, é necessário manter rigorosamente a relação de movimento entre a placa e a peça de trabalho. Portanto, os movimentos de trabalho da máquina de fresagem de engrenagens ao usinar engrenagens cilíndricas retas são:

1) Movimento principal

É o movimento rotacional da placa n _刀 (r/min). A velocidade da placa depende da velocidade de corte razoável v (m/min) e do diâmetro da placa D _刀 (mm).

2) Geração de movimento

É o movimento composto do movimento rotacional da placa e do movimento rotacional da peça de trabalho, ou seja, o movimento de engrenagem entre a placa e a peça de trabalho, e a relação de transmissão de um par de engrenagens deve ser mantida com precisão entre eles. Supondo que o número de cabeças de fresa seja k e o número de dentes na peça de trabalho seja z, então, para uma rotação da fresa, a peça de trabalho deve girar k/z voltas.

3) Movimento de avanço axial

É o movimento de avanço contínuo da fresa ao longo da direção axial da peça de trabalho, cortando o perfil do dente em toda a largura do dente da peça de trabalho. A relação de transmissão é que, para uma rotação da peça de trabalho, a fresa avança axialmente f(mm/r).

Além dos três movimentos acima, também é necessário ajustar manualmente a profundidade de corte radialmente ao longo da peça de trabalho para cortar a altura total do dente.

(2) Usinagem de engrenagens cilíndricas helicoidais

O perfil do dente das engrenagens cilíndricas helicoidais é uma linha de dente helicoidal, portanto, ao fresar engrenagens cilíndricas helicoidais, além do movimento principal, do movimento de geração e do movimento de avanço axial necessários para usinar engrenagens cilíndricas retas, para formar uma linha de dente helicoidal, um movimento adicional deve ser feito pela peça de trabalho enquanto a placa está fazendo o movimento de avanço axial, e ambos devem manter uma certa relação, ou seja, à medida que a placa se move axialmente, a peça de trabalho deve adicionar com precisão uma volta para um avanço L da linha helicoidal.

(3) Usinagem de engrenagens sem-fim

As engrenagens sem-fim podem ser usinadas na máquina de fresagem de engrenagens Y3150E usando o método de avanço radial. A usinagem de engrenagens sem-fim requer três movimentos: movimento principal, movimento de geração e movimento de avanço radial. A corrente de transmissão do movimento principal e o movimento de geração são completamente iguais aos da usinagem de engrenagens cilíndricas retas, e o movimento de avanço radial só pode ser feito manualmente. O módulo, o número de cabeças e o diâmetro do passo da placa da engrenagem sem-fim devem ser os mesmos da engrenagem sem-fim.

Ao instalar a placa, o eixo da placa deve estar perpendicular ao eixo da engrenagem sem-fim que está sendo usinada e localizado dentro do plano central da engrenagem sem-fim. Quando a placa da engrenagem sem-fim cortar gradualmente desde a parte superior do dente até a profundidade total do dente da peça de trabalho, interrompa o avanço radial, e a peça de trabalho continuará a manter o movimento de engrenagem com a placa e cortará por várias voltas para corrigir o perfil do dente.

(4) Placa de engrenagens

Uma placa de engrenagem é um cortador em forma de rosca sem fim, com várias ranhuras igualmente divididas em torno de sua circunferência, perpendicular à linha espiral da rosca sem fim ou paralela ao eixo da placa. Depois que o perfil do dente é moldado e a parte traseira do dente é cortada para dar o formato correto do dente e o ângulo traseiro, seguido de têmpera e retificação da parte frontal, forma-se uma placa de engrenagem, conforme mostrado na Figura 4.

A placa de engrenagem consiste em vários anéis de dentes de corte, cada dente com uma lâmina superior e duas lâminas laterais à esquerda e à direita, sendo que tanto a lâmina superior quanto as lâminas laterais têm um determinado ângulo de retorno. As duas lâminas laterais do dente de corte são distribuídas em uma superfície helicoidal, que constitui o sem-fim básico da placa.

As placas de engrenagens são divididas em graus de precisão AA, A, B e C. Grosso modo, a relação entre o grau de precisão da placa e o grau de precisão da engrenagem que está sendo processada é mostrada na Tabela 1, para referência ao selecionar uma placa.

Tabela 1 Relação entre o grau de precisão da placa e o grau de precisão da engrenagem

Ao selecionar uma placa de engrenagem, o módulo e o ângulo do perfil do dente da placa devem ser os mesmos que o módulo normal e o ângulo do perfil do dente normal da engrenagem que está sendo processada, e seu grau de precisão também deve corresponder ao grau de precisão da engrenagem que está sendo processada.

(5) Fixação da peça de trabalho durante a fresagem de engrenagens

Ao processar engrenagens com diâmetro pequeno, a peça de trabalho é fixada no mandril por meio da localização do furo interno, e o corpo cilíndrico na extremidade superior do mandril é apoiado pela ponta superior ou pela luva no suporte da coluna traseira para aumentar a rigidez de fixação da peça de trabalho. Ao processar engrenagens com diâmetro maior, elas geralmente são fixadas com uma base e um mandril com uma face de extremidade maior, ou a engrenagem é fixada diretamente na mesa de trabalho da máquina de fresagem.

(6) Características do Gear Hobbing

A fresagem de engrenagens é amplamente utilizada, e suas principais características estão refletidas nos seguintes aspectos:

1) Boa adaptabilidade

Como a fresagem de engrenagens usa o princípio do método de geração, uma fresa pode processar engrenagens com diferentes números de dentes que tenham o mesmo módulo e o mesmo ângulo de perfil de dente, o que amplia muito a gama de processamento de engrenagens.

2) Alta produtividade

Como a placa está girando continuamente durante o processamento, o corte contínuo da peça de trabalho é realizado sem cursos ociosos, e as placas com vários cabeçotes podem ser usadas para aumentar a eficiência do fresamento de desbaste.

3) Pequeno erro de passo da engrenagem

Durante a fresagem de engrenagens, vários dentes da fresa participam do corte ao mesmo tempo, e todas as ranhuras dos dentes na peça de trabalho são cortadas por esses dentes da fresa, resultando em um pequeno erro de passo.

4) Superfície do dente da engrenagem mais áspera

Durante a fresagem de engrenagens, a peça gira 1 dente e a fresa gira 1/k de volta (k é o número de cabeçotes da fresa). Como o número de dentes da fresa por círculo na fresa é limitado, a polilinha do perfil do dente da ferramenta que forma a linha do envelope do perfil do dente da peça também é muito limitada, muito menor do que a da modelagem de engrenagens, de modo que o valor da rugosidade da superfície do perfil da engrenagem processado por fresagem é geralmente maior do que o processado por modelagem de engrenagens.

5) Usado principalmente para processar engrenagens cilíndricas de dentes retos, engrenagens cilíndricas helicoidais e engrenagens sem-fim

A fresagem não pode processar engrenagens internas e engrenagens com diâmetros menores em conjuntos de várias engrenagens.

2. Modelagem de engrenagens

A modelagem de engrenagens é usada principalmente para o processamento de engrenagens cilíndricas de dentes retos, especialmente adequada para o processamento de engrenagens internas e engrenagens com diâmetros menores em conjuntos de várias engrenagens que não podem ser processados por fresagem.

A aparência da máquina de modelagem de engrenagens do tipo Y5132 é mostrada na Figura 5. Ela é composta principalmente pela base 1, coluna 2, poste da ferramenta 3, fuso 4, mesa de trabalho 5, sela 7 e outros componentes. A coluna é fixada na base, a fresa de modelagem de engrenagens é instalada no fuso da ferramenta, a peça de trabalho é fixada na mesa de trabalho e o selim pode se mover radialmente ao longo do trilho de guia da base para alimentar a peça de trabalho para corte e se aproximar ou retrair rapidamente.

1 dormitório
2 colunas
Posto de 3 ferramentas
4-Eixo principal
5-Bancada de trabalho
6-Suporte do bloco de parada
Sela com 7 camas

(1) O movimento de modelagem da engrenagem

A modelagem de engrenagens é baseada no princípio do método de geração. A fresa de modelagem de engrenagens é essencialmente uma engrenagem com a face final retificada em um ângulo frontal e a parte superior e as laterais dos dentes retificadas em um ângulo posterior, conforme mostrado na Figura 6a. Durante a modelagem da engrenagem, a fresa de modelagem da engrenagem e a peça de trabalho se envolvem em um movimento de engrenagem sem intervalos, cortando gradualmente o formato do dente na peça de trabalho. A curva do perfil do dente é formada pelo envelope das posições instantâneas da aresta de corte durante vários cortes pelo cortador de moldagem de engrenagens, conforme mostrado na Figura 6b.

a) Modelagem de engrenagens
b) Formação da curva do perfil do dente

Movimentos necessários para a usinagem de engrenagens cilíndricas cônicas retas:

1) Movimento principal

O movimento principal na modelagem de engrenagens é o movimento linear alternativo feito pela fresa de modelagem de engrenagens ao longo da direção axial da peça de trabalho. O movimento para baixo da fresa de modelagem de engrenagens é o curso de trabalho, e o movimento para cima é o curso de inatividade. O movimento principal é representado pelo número de cursos alternativos por minuto, ou seja, cursos alternativos/min.

2) Geração de movimento

Durante a modelagem de engrenagens, a fresa de modelagem de engrenagens e a peça de trabalho devem manter uma relação de movimento de engrenagem sem intervalos como um par de engrenagens cilíndricas. Quando a fresa de modelagem de engrenagens gira um dente, a peça de trabalho também deve girar um dente. O movimento rotativo de engrenagem feito pela fresa de modelagem de engrenagens e pela peça de trabalho é chamado de movimento de geração.

3) Movimento de alimentação circular

O movimento de avanço circular é o movimento de rotação da fresa de modelagem de engrenagens em torno de seu próprio eixo. A velocidade de rotação determina a velocidade de rotação da peça de trabalho e também afeta a carga de corte da fresa de modelagem de engrenagens, a qualidade da superfície da peça de trabalho, a produtividade da usinagem e a vida útil da fresa de modelagem de engrenagens. A quantidade de avanço circular é representada pelo comprimento do arco girado pela fresa de modelagem de engrenagens no círculo de passo para cada curso alternativo, em unidades de mm/por curso duplo.

4) Movimento de alimentação radial

Para evitar danos à ferramenta e à peça de trabalho devido à carga de corte excessiva, a peça de trabalho deve fazer um avanço radial gradual em direção à fresa de modelagem de engrenagens. Quando a peça de trabalho é cortada até a profundidade total do dente pela fresa de modelagem de engrenagem, o movimento de avanço radial é interrompido e a peça de trabalho gira mais uma vez para produzir um perfil de dente completo. A quantidade de avanço radial é representada pela distância de avanço radial da peça de trabalho para cada curso recíproco da fresa de modelagem de engrenagem, em unidades de mm/por curso duplo.

O movimento de alimentação radial da máquina de modelagem de engrenagens Y5132 é obtido movendo-se a peça de trabalho em direção ao cortador de modelagem de engrenagens acionado pela bancada de trabalho. Durante a usinagem, a bancada se move rapidamente a uma distância maior para aproximar a peça da ferramenta e, em seguida, inicia o avanço radial. Quando a usinagem da peça é concluída, a bancada retorna rapidamente à sua posição original.

5) Movimento de retração da ferramenta

Quando a fresa de modelagem de engrenagens se move para cima durante o curso ocioso, para evitar arranhar a superfície da peça de trabalho e reduzir o desgaste da ferramenta, deve haver um espaço de cerca de 0,5 mm entre a ferramenta e a peça de trabalho. Antes de a fresa de modelagem de engrenagens iniciar o curso de trabalho descendente, ela retorna rapidamente à sua posição original para permitir que a ferramenta faça o próximo corte. Esse movimento de retração e retorno à posição original é chamado de movimento de retração da ferramenta. Essa máquina-ferramenta realiza o movimento de retração da ferramenta por meio da oscilação do eixo da ferramenta.

(2) Cortador para modelagem de engrenagens

Há principalmente três tipos de fresas de modelagem de engrenagens de dentes retos usadas na modelagem de engrenagens: fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos do tipo disco, fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos do tipo tigela e fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos com haste cônica, conforme mostrado na Figura 7.

a) Fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos do tipo disco
b) Fresa de modelagem de engrenagem de dente reto tipo tigela
c) Fresa para modelagem de engrenagens com haste cônica e dentes retos

A fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos do tipo disco é posicionada pelo orifício interno e pela face da extremidade de suporte e é fixada ao eixo da máquina com uma porca. É usada principalmente para usinagem de engrenagens externas de dentes retos e engrenagens internas de dentes retos de grande diâmetro. Seus diâmetros de círculo de passo comumente usados são quatro tipos: 75 mm, 100 mm, 160 mm e 200 mm, adequados para a usinagem de engrenagens com um módulo de 1 a 12 mm.

A fresa de modelagem de engrenagens de dentes retos do tipo tigela é usada principalmente para usinagem de engrenagens multi-link e engrenagens com ombros convexos. Esse tipo de fresa para modelagem de engrenagens é posicionado por seu orifício interno, e a porca de fixação pode ser acomodada dentro do corpo da fresa. Os diâmetros de círculo de passo comumente usados também são de quatro tipos: 50 mm, 75 mm, 100 mm e 125 mm, adequados para a usinagem de engrenagens com módulo de 1 a 8 mm.

A fresa para modelagem de engrenagens de dentes retos com haste cônica é uma estrutura integral com uma haste cônica (haste cônica Morse) e é conectada ao eixo da máquina com um conector especial com um furo cônico interno. Ela é usada principalmente para usinagem de engrenagens internas de dentes retos. Os diâmetros nominais do círculo de passo são de dois tipos: 25 mm e 38 mm, adequados para a usinagem de engrenagens com um módulo de 1~3,75 mm.

Geralmente, há três graus de precisão para as fresas shaper de engrenagens: AA, A e B, que são usadas em condições normais de processamento para processar engrenagens de graus de precisão 6, 7 e 8, respectivamente.

(3) Características da modelagem de engrenagens

1) Alta precisão do perfil do dente

Os dentes de uma fresa modeladora de engrenagens podem ser retificados por uma máquina de retificação de engrenagens de alta precisão para obter um perfil de dente involuto preciso, de modo que o perfil do dente processado tenha alta precisão.

2) O valor da rugosidade da superfície do perfil do dente obtido é relativamente pequeno

Durante a modelagem da engrenagem, o cortador do modelador de engrenagens corta continuamente os cavacos ao longo de todo o comprimento da engrenagem, enquanto que durante a fresagem da engrenagem, o cortador da fresa corta uma pequena seção do perfil do dente na direção do comprimento da engrenagem a cada vez, e todo o comprimento do dente é formado pelo corte intermitente do cortador da fresa várias vezes. Portanto, a modelagem da engrenagem atinge um valor de rugosidade de superfície menor do que a fresagem da engrenagem.

3) Favorável à melhoria da precisão do perfil do dente e à redução do valor da rugosidade da superfície

Durante a modelagem da engrenagem, ao reduzir a quantidade de avanço circunferencial e aumentar o número de linhas quebradas que formam o envelope do perfil do dente involuto, a precisão do perfil do dente e o valor da rugosidade da superfície são aprimorados. Durante a fresagem da engrenagem, a involução do mesmo perfil do dente da peça de trabalho é envolvida por um número menor de linhas quebradas, portanto, a precisão do perfil do dente não é alta e o valor da rugosidade da superfície é maior.

4) A alteração no comprimento normal comum da peça de trabalho é relativamente grande

Durante a modelagem de engrenagens, devido à presença de erros de passo do próprio cortador de engrenagens, erros de instalação do cortador de engrenagens e erros de passo cumulativos da roda sem-fim que aciona o cortador de engrenagens para girar na máquina de modelagem de engrenagens, haverá um erro angular relativamente grande quando o cortador de engrenagens girar. Portanto, a alteração no comprimento normal comum das engrenagens processadas por modelagem de engrenagens é maior do que a das engrenagens processadas por fresagem de engrenagens.

5) Baixa produtividade

Durante a modelagem de engrenagens, como a ferramenta se move em um movimento alternativo reto, o aumento da velocidade de corte é limitado e há um curso ocioso. Portanto, em condições gerais, a produtividade da modelagem de engrenagens é menor do que a da fresagem de engrenagens.

6) A usinagem de engrenagens helicoidais é muito inconveniente, e as engrenagens sem-fim não podem ser usinadas

É muito inconveniente para uma máquina de moldagem de engrenagens usinar engrenagens cilíndricas helicoidais, o que exige a substituição por trilhos-guia inclinados e um longo tempo auxiliar. Além disso, as máquinas de moldagem de engrenagens não podem usinar engrenagens sem-fim.

3. Outros métodos de usinagem de engrenagens

No caso de engrenagens com grau de precisão acima de 6, a usinagem de desbaste geralmente é realizada primeiro com o uso de fresagem ou modelagem de engrenagens, seguida pela usinagem fina da superfície do dente. Para a usinagem de superfícies de engrenagens endurecidas, o tratamento térmico geralmente é realizado após a fresagem ou modelagem, seguido pela usinagem fina da superfície do dente. Os métodos comuns de usinagem fina para superfícies de dentes incluem raspagem, brunimento e retificação.

(1) Corte de engrenagens

O shaving de engrenagens é comumente usado para a usinagem fina do perfil do dente de engrenagens cilíndricas não endurecidas, com alta produtividade, e é amplamente utilizado na produção em lote.

O corte de engrenagens também pertence ao processo de geração. O movimento de geração do corte de engrenagens é equivalente ao engrenamento de um par de engrenagens cilíndricas helicoidais de eixo cruzado, e a fresa de corte de engrenagens é essencialmente uma engrenagem helicoidal de alta precisão. Pequenas ranhuras são abertas ao longo da direção involuta na superfície do dente, e as superfícies laterais dessas pequenas ranhuras formam as bordas de corte do cortador de engrenagens, conforme mostrado na figura 8a.

a) Cortador de engrenagens para barbear
b) Ilustração do processo de corte de engrenagens

Durante o corte de engrenagens, a peça de trabalho é primeiramente fixada no eixo central entre os dois centros da máquina-ferramenta e, em seguida, a fresa de corte de engrenagens é instalada no eixo principal da máquina-ferramenta, acionada pelo eixo principal para girar, realizando o movimento principal. O eixo da fresa de corte de engrenagens forma um ângulo de cruzamento de eixo β com o eixo da peça de trabalho, a peça de trabalho se engrena com a fresa de corte de engrenagens sob uma certa pressão e é acionada para girar pela fresa de corte de engrenagens, realizando um movimento de engrenagem livre sem intervalos com a fresa de corte de engrenagens, conforme mostrado na figura 8b.

Como a fresa de raspagem de engrenagem e a peça de trabalho são equivalentes ao engrenamento de um par de engrenagens cilíndricas helicoidais de eixo cruzado, a direção da velocidade no ponto de engrenamento é inconsistente, causando deslizamento relativo ao longo da direção do comprimento do dente entre a fresa de raspagem de engrenagem e a superfície do dente da peça de trabalho. Essa velocidade de deslizamento é v0 = v1 sinβ, que é a velocidade de corte do corte de engrenagens. Devido à presença dessa velocidade, a borda de corte do cortador de engrenagens pode cortar cavacos microfinos da superfície do dente da peça de trabalho, obtendo uma usinagem fina da superfície do dente da peça de trabalho.

Para obter o mesmo efeito de raspagem em ambos os lados do perfil do dente da peça, a fresa para raspagem de engrenagens deve mudar alternadamente o sentido de rotação durante o processo de raspagem. Durante o raspamento de engrenagens, para raspar o comprimento total do dente da peça, a mesa de trabalho deve executar um movimento alternativo reto longitudinal.

Depois de cada deslocamento unidirecional da mesa de trabalho, o cortador de corte de engrenagem inverte, a mesa de trabalho se move na direção oposta, cortando o outro lado da engrenagem. Após o deslocamento em duas direções da mesa de trabalho, o cortador de engrenagens executa um avanço radial intermitente uma vez, raspando gradualmente o excesso de material na superfície do dente e, por fim, atendendo aos requisitos de desenho.

O corte de engrenagens tem as seguintes características:

1) Alta eficiência, baixo custo

Em geral, a usinagem de uma engrenagem leva apenas 2~4min, e o custo é, em média, 90% menor do que o da retificação de engrenagens. O shaving de engrenagens é adequado para a usinagem fina do perfil do dente de engrenagens não endurecidas.

2) Baixa capacidade de correção de erros tangenciais das engrenagens

Em termos de arranjo do processo, é mais apropriado usar a fresagem de engrenagens como o processo anterior ao corte de engrenagens, porque a precisão do movimento das engrenagens processadas por fresagem é maior do que a das engrenagens processadas por modelagem de engrenagens. Embora o erro de formato das engrenagens processadas por fresagem seja maior do que o das engrenagens processadas por modelagem, não é difícil corrigi-lo no corte de engrenagens.

3) Propício para melhorar a precisão do perfil do dente da engrenagem

Isso ocorre porque o shaving de engrenagens tem uma forte capacidade de correção de erros de perfil de dente de engrenagem e erros de passo. Desde que o próprio cortador de corte tenha alta precisão e a qualidade de retificação seja boa, ele pode raspar engrenagens com um valor de rugosidade de superfície de Ra1,25 ～ 0,32 μm e precisão de até grau 7 ～ 6.

(2) Processamento de engrenagens de afiação

O processamento de engrenagens por brunimento é um dos métodos para o processamento fino de perfis de engrenagens endurecidas, usado principalmente para remover a camada de óxido na superfície do dente após o tratamento térmico, reduzir a rugosidade da superfície dos dentes da engrenagem e, assim, reduzir o ruído da transmissão da engrenagem.

A ferramenta usada para brunir engrenagens é um rebolo de brunimento, também conhecido como anel de brunimento, que consiste em um bloco de rebolo e um anel de dente, conforme mostrado na figura 9a. O bloco do rebolo é feito de aço e a parte do anel dentado é fundida ou prensada a quente com abrasivos (óxido de alumínio, carbeto de silício), aglutinante (resina epóxi) e agente de cura (etilenodiamina). Sua estrutura é semelhante à das ferramentas de esmerilhamento, só que a velocidade de corte do brunimento é muito menor do que a do esmerilhamento, mas maior do que a do raspamento.

a) Roda de afiar
b) Esquema do processamento da engrenagem de afiação
c) Roda de afiação em forma de rosca sem fim Engrenagem de afiação

O movimento das engrenagens de brunimento é o mesmo que o das engrenagens de corte. Durante o processamento da engrenagem de brunimento, o rebolo de brunimento e a peça de trabalho estão em malha livre, contando com a pressão e o deslizamento relativo entre as superfícies dos dentes, o corte é realizado pelo abrasivo, conforme mostrado na figura 9b.

Na produção em massa, os rebolos de afiação em forma de rosca sem fim são amplamente usados para afiar engrenagens, conforme mostrado na figura 9c. O rebolo de brunimento é um sem-fim de grande diâmetro, com um diâmetro de 200 a 500 mm, e seu perfil de dente pode ser retificado com precisão acima do grau 5 em uma máquina de retificação de roscas.

Devido à alta precisão do perfil do dente e à alta velocidade de brunimento, sua capacidade de corrigir erros na peça de trabalho é aprimorada, especialmente para erros no perfil do dente da peça de trabalho, desvios de passo e erros de excentricidade radial do anel do dente, que podem ser corrigidos até certo ponto. O processamento de engrenagens por brunimento pode brunir diretamente engrenagens de precisão de grau 9~8 para precisão de grau 6, possivelmente eliminando o processo de raspagem antes do brunimento.

O processamento de engrenagens por afiação tem as seguintes características:

1) Boa qualidade de superfície

Durante o brunimento, devido à baixa velocidade de corte, o processo de processamento é uma combinação de retificação, lapidação e polimento de baixa velocidade; a peça de trabalho que está sendo brunida não produzirá queimaduras e rachaduras; a qualidade da superfície é muito boa, com um valor de rugosidade de superfície de Ra1,25 ～ 0,16 μm.

2) Baixa capacidade de correção de erros

Como o rebolo de brunimento é altamente elástico e a margem de usinagem é pequena, apenas 0,025 mm, e o tamanho do grão abrasivo é grande, a capacidade de correção de erros das engrenagens de brunimento é pior do que a das engrenagens de retificação. No entanto, o erro do próprio rebolo de brunimento tem pouco impacto na precisão da usinagem. Antes do brunimento, o processamento de engrenagens deve usar preferencialmente a fresagem, que tem maior precisão de movimento do que a modelagem, reduzindo assim os requisitos de correção para erros de passo cumulativos, etc.

3) A precisão de modelagem do rebolo de afiação

Alto O perfil do dente do rebolo de afiação é simples, o que facilita a obtenção de alta precisão de modelagem.

4) Alta produtividade e longa vida útil do rebolo de afiação

A eficiência do brunimento de engrenagens é geralmente 10~20 vezes maior do que a da retificação de engrenagens, e a vida útil da ferramenta é muito alta, com o rebolo de brunimento sendo capaz de brunir 60~80 engrenagens após cada dressagem.

(3) Processamento de retificação de engrenagens

O processamento de retificação de engrenagens é usado principalmente para a usinagem de precisão de engrenagens de alta precisão ou engrenagens endurecidas, com a precisão das engrenagens atingindo o grau 6 ou superior. De acordo com o método de formação do perfil do dente, os métodos de processamento de retificação de engrenagens também incluem o método de geração e o método de retificação de forma. Como a precisão das engrenagens retificadas pelo método de retificação de forma é menor, a maior parte da retificação de engrenagens é feita usando o método de geração. Há vários métodos de retificação de engrenagens pelo método de geração.

1) Método de geração de métodos de retificação de engrenagens

O método de geração de retificação de engrenagens inclui principalmente o método de geração de indexação contínua e o método de geração de indexação de dente único.

Retificação de dentes com geração de indexação contínua. A retificação de geração de indexação contínua é o processo de retificação dos dentes das engrenagens com um rebolo em forma de sem-fim, que é semelhante ao processo de laminação de engrenagens, conforme mostrado na Figura 10.

O movimento rotacional B₁₁ do rebolo em forma de sem-fim é o movimento principal, o movimento rotacional B₁₂ da peça de trabalho que se encaixa no rebolo é o movimento gerador, e o movimento de alimentação axial A₁ é geralmente completado pelo movimento da peça de trabalho para cima ou para baixo. Como o rebolo em forma de rosca sem fim retifica continuamente o perfil do dente da peça durante o processamento, sua produtividade é a mais alta entre todos os métodos de retificação de engrenagens.

A desvantagem desse método de retificação de engrenagens é que é difícil afiar novamente o rebolo em forma de sem-fim e, muitas vezes, não se obtém alta precisão. Ao retificar engrenagens de módulos diferentes, é necessário trocar o rebolo em forma de sem-fim. Além disso, as peças de transmissão do equipamento usado têm velocidades muito altas, a transmissão mecânica pode facilmente produzir ruído e as peças de transmissão se desgastam rapidamente. Esse método de retificação de engrenagens é adequado para a produção em lote e em massa de engrenagens de módulos médios e pequenos.

Indexação de dente único gerando retificação de dentes. O esmerilhamento gerador de indexação de dente único pode ser realizado usando diferentes formatos de rebolos, como rebolos em forma de disco, rebolos em forma de cone etc., conforme mostrado na Figura 11. Seus processos de moagem Todos utilizam o princípio de engrenagem entre a cremalheira e a engrenagem para retificar a engrenagem.

2) Características do processamento de retificação de engrenagens

A principal característica do processamento de retificação de engrenagens é que ele pode produzir engrenagens de alta precisão. Em condições gerais, a precisão das engrenagens processadas pode atingir o nível 6 a 4, e a rugosidade da superfície pode atingir Ra0.8 a 0.2μm. Como o processamento de retificação de engrenagens adota o movimento de malha forçada do rebolo de retificação e da peça de trabalho, ele não só tem uma grande capacidade de corrigir erros de engrenagem, mas também é particularmente adequado para o processamento de engrenagens com dureza de superfície de dente muito alta.

No entanto, com exceção da retificação de engrenagens com rebolo em forma de sem-fim, a eficiência do processamento geral de retificação de engrenagens é relativamente baixa, a estrutura do equipamento é relativamente complexa, o ajuste do equipamento é difícil e o custo de processamento é alto. Atualmente, a retificação de engrenagens é usada principalmente para processar engrenagens com requisitos de precisão muito altos, especialmente engrenagens com superfícies de dentes duros.