Сложность измерений зубчатых передач
Сложность измерений зубчатых передач определяется их спецификой. Можно выделить три фундаментальных фактора, которые отличают контроль геометрии “зубчатки” от всех прочих деталей.
Во-первых, это - их сложная геометрия: круговой массив зубьев, каждый из которых имеет сложную форму, отличающуюся от обычных призматических элементов. При этом существуют как цилиндрические, так и конические шестерни, зубья на которых могут располагаться как прямо (прямозубые), так и под углом (косозубые, со спиральным зубом). Встречаются и иные специфические типы, например, червячные колеса.
Во-вторых, жесткие поля допусков. В зависимости от размера и типа шестерни допуска начинаются от нескольких микрон и крайне редко достигают значений в десятые доли миллиметра.
В-третьих, это большое количество специфических контролируемых параметров, присущих только зубчатым передачам. Это - профиль зуба и его модификации, направление зуба, шаг, биение, размеры по шарикам и по роликам и т.д.
Какие средства измерений применяются?
Есть ручные инструменты. В текущей ситуации высокого дефицита кадров, требований к росту объемов производства, общей тенденции автоматизации процессов ручные методы остаются для случаев выборочного контроля, небольших производств, экспериментальных цехов и т.п. Применение ручных методов зачастую является вынужденной мерой, когда предприятие имеет какие-либо, например, экономические ограничения для внедрения ЧПУ систем.
Классическим ЧПУ средством измерений зубчатых передач являются зубоизмерительные машины. Это системы, о которых многие слышали и часто не слышали о чем бы то ни было еще для контроля “зубчатки”.
Системы состоят из гранитного основания, колонны, на которой закреплен перемещающийся в трех направлениях контактный датчик, и поворотного стола с зажимным патроном для шестерни. Датчиком чаще всего служит SP600 от Renishaw. Системы оснащаются верхней бабкой для фиксации высоких вал-шестерней, привод бабки может быть ручным или моторизованным. Результатом измерений являются XYZ координаты точек, снятых с поверхности детали, преобразуемые в программном обеспечении в фактические значения ее параметров. Измерительный диапазон таких машин позволяет контролировать детали диаметром от 250 до 1200 мм.
Специализированная зубоизмерительная машина - это законченное решение, позволяющее измерять эвольвентные зубчатые шестерни с модулем от 0,5 мм и погрешностью 1-2 мкм, определять специфические параметры, генерировать файл коррекций для зубообрабатывающего станка.
У многих специалистов до сих пор бытует мнение, что нужно купить систему от Gleasson или Klingelnberg, и это - единственное верное решение. Действительно, это - системы топового уровня от компаний, специализирующихся на производстве оборудования для изготовления и контроля зубчатых шестерней, лидеров рынка. Они всегда были в верхнем ценовом сегменте, требовали хорошего сервиса, и далеко не каждое предприятие могло «осилить» такую покупку. В текущих же реалиях поставки таких систем по параллельному импорту, если и происходят, то цена становится просто «заоблачной», при этом обеспечить локальный сервис очень сложно.
Помимо указанных сложностей с поставками и высокой ценой, есть технические ограничения. Применяемая конструкция имеет ограничения при измерениях внутреннего зубчатого колеса, а также не позволяет измерять иные типы деталей.
Конечно, на рынке появляются системы китайского и индийского производства. Но оценить их функциональность и качество, особенно, их стабильность на протяжении длительного времени пока нельзя. Есть вопросы и к программному обеспечению.
Что же делать? Решение есть?
Можно уверенно ответить, что решение для контроля зубчатых передач с учетом всех современных обстоятельств всё-таки есть.
Следует заметить, что принцип измерения и логика конструкции зубоизмерительной машины (ЗИМ) крайне схожи с принципом работы стационарной портальной координатной измерительной машины с интегрированным поворотным столом. Точно так же применяется контактный датчик, правда, чаще на поворотной головке, шестерня устанавливается на поворотный стол (измерение некоторых параметров возможно и без него), результатом являются XYZ координаты точек. Контроллер и программное обеспечение часто то же самое, соответственно, возможности по расчету параметров одинаковые. Например, компания Wenzel производит и ЗИМ , и КИМ и в обоих случаях применяет контроллеры WPC и ПО WM | Quartis с модулем WM | Gear.
При этом ЧПУ КИМ позволяют решать измерительные задачи большего ассортимента деталей, гораздо более распространены, производятся в больших количествах, шире представлены на нашем рынке, и вариантов с официальной поставкой и полноценным сервисом гораздо больше.
Отличия КИМ от ЗИМ
ЧПУ КИМ использует для перемещения датчика комбинацию перемещающейся пиноли на перемещающемся портале. Применяются моторизованные поворотные головки (классические PH10M или бездискретные пятиосевые REVO), либо возможно применение неповоротных головок SP80, в случаях, когда нужно применять большие удлинители щупа. КИМ могут оснащаться накладным или интегрированным поворотным столом с точностью позиционирования до 1-1,5 угловых секунд. При это интегрированный поворотный стол размещается в отверстии гранитной плиты, что позволяет сохранять измерительный объем по оси Z.
Измерительный объем ЧПУ координатной измерительной машины больше и имеет иную форму – вокруг измеряемой детали есть запас пространства.
Конструкция машины позволяет измерять различные типы деталей, не только тела вращения. Однако есть ограничения по измерениям высоких вал-шестерней, т.к. в конструкции отсутствует верхняя бабка. В остальном измерения происходят таким же образом, как и на ЗИМ. Объемная погрешность измерения ЧПУ КИМ составляет 1-2 мкм, что сопоставимо с погрешностью измерений на специализированной зубоизмерительной машине.
Какие типы шестерней можно контролировать на координатной измерительной машине (ЧПУ КИМ)?
Без поворотного стола:
- Цилиндрические, прямой и косой зуб
- Конические, прямой зуб
С поворотным столом:
- Конические, прямой и косой зуб
- Долбяки
- Червяки
- *Распредвалы (не относятся к шестерням, но есть схожие моменты в технологии контроля)
Итак, ЧПУ КИМ – это универсальное средство измерений, позволяющее измерять шестерни различного типа с модулем от 0,3 мм и погрешностью 1-2 мкм, с диаметрами до 1200-1500 мм. Оснащение ЧПУ КИМ поворотным столом позволяет расширить перечень решаемых измерительных задач, добиться большой скорости измерений без потери точности. Файл коррекций для зубообрабатывающего центра также может быть сгенерирован. При этом данные системы, как правило, в полтора раза дешевле ЗИМ в таком же размере, если сравнивать в линейке одного производителя.
В качестве вывода
Специализированная зубоизмерительная машина незаменима только в двух случаях: 1) при контроле высокой вал-шестерни: как правило, высота детали от 500 мм, соотношение высоты к диаметру больше, чем 3:1; 2) при контроле зубчатого колеса 0-1 класса точности, которые на практике почти нигде не встречаются. Во всех остальных случаях задачи по контролю геометрии зубчатых передач уверенно решают классические стационарные координатные измерительные машины.