Präzisionsverzahnung funktioniert einwandfrei. Sie passt Zahnform, Prozessschritte und Prüfungen optimal an Ihre Anforderungen hinsichtlich Belastung, Drehzahl und Geräuschentwicklung an. Bei Yonglihao Machinery fertigen wir CNC-Bearbeitungsteile Von Prototypen bis zur Serienproduktion.
Dieser Artikel behandelt die Zahnradbearbeitung mit CNC-Maschinen. Er umfasst die wichtigsten Bearbeitungs- und Nachbearbeitungsschritte, listet gängige Zahnradtypen auf, die wir fertigen, und bietet einen einfachen Arbeitsablauf zur Auswahl der Bearbeitungsschritte. Der Schwerpunkt liegt auf der CNC-Zahnradbearbeitung. Auch die zugehörigen Hartbearbeitungsschritte werden beschrieben. Diese gewährleisten einen gleichmäßigen Eingriff und eine lange Lebensdauer.
Zahnradbearbeitung in der CNC-Maschine
Die Zahnradbearbeitung entfernt Material von einem Rohling und erzeugt exakte Zahnteilungen. Die Zahnräder greifen reibungslos ineinander und übertragen Drehmoment geräusch- und verschleißarm. In unserer Werkstatt bedeutet Präzision ein gleichmäßiges Zahnprofil, gleichmäßige Teilung, Rundlaufgenauigkeit und eine optimale Oberflächenbearbeitung. Dadurch werden Vibrationen reduziert und vorzeitiger Verschleiß unter Ihren Bedingungen verhindert.
Die meisten Zahnradzähne haben eine festgelegte Form. Sie hängen nicht von den Frässpuren ab. Diese Form bestimmt das Eingriffsmuster und die Lastverteilung. Sie beeinflusst den Wirkungsgrad und zeigt, wie das Zahnradgerüst Ausrichtungsfehler bei der Montage ausgleicht.
Zahnprofil: Involut vs. Cycloidal
Evolventenverzahnungen sind weit verbreitet. Sie gleichen geringe Achsabstandsfehler aus und gewährleisten einen guten Eingriff. Zykloidenverzahnungen kommen in bestimmten Mechanismen vor und sind in älteren Konstruktionen zu finden. Sie sind unter bestimmten Kontaktbedingungen hilfreich, erfordern jedoch eine präzise Kontrolle der Eingriffsform und entsprechende Prüfungen.
Aus Bearbeitung, Entscheidend ist nicht die Kurvenbezeichnung, sondern ob die Zeichnung das Profil klar definiert und wie dies überprüft wird. Unklare Prüfungen bergen das Risiko, dass die Maße überschritten werden. Trotzdem kann es zu Störungen oder ungleichmäßigem Verschleiß kommen.
Druckwinkel (14,5° / 20° / 25°)
Der Eingriffswinkel beeinflusst die Zahnfestigkeit und das Zahnverhalten. Wir betrachten ihn als bewusste Konstruktionsentscheidung, nicht als Standardeinstellung. Ein größerer Winkel führt zu festeren Zähnen und erhöht die Tragfähigkeit. Allerdings kann er, wenn das System nicht entsprechend ausgelegt ist, Geräusche und Vibrationen verstärken.
Ein Druckwinkel von 20° ist üblich. Er bietet in vielen industriellen Anwendungen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Effizienz. Bei Anwendungen mit engen Lärmgrenzwerten oder ungewöhnlichen Belastungen überprüfen wir den Winkel frühzeitig. Er beeinflusst Werkzeugauswahl, Fräserform und Abnahmeregeln.
Teilung und Zahnabstand
Die Teilung der Zähne sorgt für einen gleichmäßigen Zahnteilungsabstand. Ein gleichmäßiger Zahnteilungsabstand gewährleistet einen ruhigen Lauf des Zahnrads und verhindert übermäßige Belastung. Selbst wenn ein Zahn optisch korrekt erscheint, kann eine ungenaue Teilung Probleme verursachen. Teilungsfehler oder ein hoher Rundlauffehler führen zu Lastwechseln, die sich in Vibrationen, Wärmeentwicklung und schnellem Verschleiß äußern.
Die Anforderungen an die Teilung hängen maßgeblich von der CNC-Einrichtung ab. Die Stabilität der Werkstückspannung ist entscheidend. Die Kalibrierung der Drehachse ist unerlässlich. Die Referenzfläche entscheidet über die Präzision oder das Geräusch des Zahnrads.
Hauptverfahren der Zahnradfertigung
Es gibt kein allgemeingültig bestes Verfahren zur Zahnradfertigung. Das richtige Verfahren hängt von der Zahnform, der Losgröße, der geforderten Genauigkeit und der Wärmebehandlung ab. Im Folgenden stellen wir die wichtigsten CNC-Verfahren vor und erläutern deren jeweilige Vorteile.
Wälzfräsen
Das Wälzfräsen ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Außenstirn- und Schrägverzahnungen. Es ermöglicht eine schnelle und wiederholgenaue Fertigung. Ein rotierender Wälzfräser und der Rohling bewegen sich synchron. Dadurch wird die Zahnherstellung kontinuierlich und effizient.
Beim Wälzfräsen werden Innenverzahnungen aufgrund der eingeschränkten Werkzeugzugänglichkeit nicht bearbeitet. Für Innenverzahnungen verwenden wir Form- oder Räumfräsen. Die Wahl des Verfahrens richtet sich nach Volumen- und Formgrenzen.
Zahnradformung
Die Zahnradformung erfolgt mit einem hin- und hergehenden Fräser. Dieser passt sich dem Zahnzwischenraum an. Fräser und Rohling rotieren synchron. Dieses Verfahren eignet sich für Innenverzahnungen und insbesondere für Bereiche in der Nähe von Zahnschultern oder Blöcken, die mit Werkzeugen schwer zugänglich sind.
Das Formen kann langsamer sein als schnelle, kontinuierliche Prozesse. Der Rückhub verlangsamt den Prozess. Es bleibt jedoch bei komplexen Formen und kleinen bis mittleren Losgrößen zuverlässig. Bei Designs mit engen Zwischenräumen oder Risiken ist das Formen oft die sicherste Methode, um eine gute Zahnform zu erzielen.
Zahnradfräsen
Beim Zahnradfräsen wird jeweils ein Zahnzwischenraum bearbeitet. Dabei kommt ein Formfräser oder eine Frässcheibe zum Einsatz. Zwischen den Fräsvorgängen wird das Werkstück positioniert. Das Verfahren eignet sich für Prototypen und Kleinserien. Es ist auch für sehr große Zahnräder geeignet, bei denen Wälzfräser unpraktisch sind. Die Werkzeugkosten sind in diesem Fall schwer zu rechtfertigen.
Fräsen ist hilfreich, wenn individuelle Bearbeitungen ohne Spezialwerkzeuge erforderlich sind. Der Nachteil ist der Zeitaufwand. Die Bearbeitung einzelner Zähne ist in der Serienfertigung langsamer als die kontinuierliche Bearbeitung.
Zahnradräumen
Beim Zahnradräumen wird ein Mehrzahn-Räumwerkzeug durch eine Bohrung geschoben oder gezogen. Dabei entstehen in einem Arbeitsgang Innenverzahnungen oder Zahnradprofile. Mit einem speziellen Räumwerkzeug ist das Verfahren schnell und präzise. Die Produktionsmenge muss die Werkzeugkosten decken.
Die Grenzen liegen in den Kosten und der Flexibilität. Räumwerkzeuge sind an ein bestimmtes Profil und eine bestimmte Größe gebunden. Für kundenspezifische Kleinserien von Innenverzahnungen ist das Räumen selten wirtschaftlich.
Zahnradschleifen
Beim Zahnradschleifen werden die Zahnoberflächen mit einer Schleifscheibe bearbeitet. Häufig folgt darauf eine Wärmebehandlung. Es eignet sich für Anwendungen mit sehr engen Toleranzen, für eine bessere Oberflächengüte und geringere Geräuschentwicklung sowie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Das Schleifen ist zeitaufwändiger und erfordert Spezialausrüstung. Es sollte für Hochleistungsanwendungen und nicht für Standardverzahnungen eingesetzt werden. Falls eine Wärmebehandlung geplant ist, besprechen wir dies. Schleifen. Es korrigiert Verzerrungen und erfüllt die endgültigen Vorschriften.
Zahnradbearbeitung (Honen/Läppen/Glätten)
Bearbeitungsverfahren wie Honen, Läppen und Polieren verbessern die Oberflächenstruktur und das Kontaktverhalten. Sie beseitigen jedoch keine größeren Fehler. Diese Schritte reduzieren das Rauschen und verbessern die Verzahnung, indem sie kleinste Unregelmäßigkeiten aus vorherigen Bearbeitungsschritten entfernen.
Die Oberflächenbearbeitung ersetzt nicht die korrekte Formgebung. Sie dient jedoch als letzter Schritt, wenn Form und Abstände den Vorgaben entsprechen. Wir passen die Oberflächenbearbeitung an Ihre Anforderungen hinsichtlich Geräuschentwicklung, Lebensdauer und Schmierung an. Wir verzichten auf Standardpolituren.
Haupttypen von Zahnrädern, die wir bearbeiten
Die Wahl des Getriebetyps richtet sich nach den Leistungsanforderungen und den räumlichen Gegebenheiten. Das gleiche Übersetzungsverhältnis kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Dies führt zu unterschiedlichen Wirkungsgraden und Geräuschentwicklungen. Gängige Getriebetypen fertigen wir per CNC-Maschine. Wir prüfen jeden Typ anhand typischer Anwendungsfälle und berücksichtigen dabei die Auswirkungen der Fertigung auf die Konsistenz.
Schneckengetriebe
Schneckengetriebe ermöglichen hohe Untersetzungsverhältnisse. Sie eignen sich für kompakte Bauweisen und können in bestimmten Konfigurationen selbsthemmend wirken. Sie sind die richtige Wahl für beengte Platzverhältnisse und für große Drehzahlreduzierungen in einer Stufe.
Der Kompromiss liegt in der Effizienz. Gleitreibung erzeugt mehr Wärme und Verluste als andere Reibungsarten. Die Materialwahl ist entscheidend. Auch die Oberflächenqualität spielt eine Rolle, insbesondere im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit im Verhältnis zur Reibung.
Kegelradgetriebe
Kegelräder übertragen Kraft zwischen sich kreuzenden Wellen. Sie kommen in Antriebssträngen und Winkelgetrieben zum Einsatz. Sie eignen sich für Systeme, die Kraft unter einem Winkel übertragen. Varianten wie gerade, spiralförmige und Hypoid-Kegelräder beeinflussen Belastung, Geräuschentwicklung und Laufruhe.
Kegelradformen reagieren empfindlich auf Einstellungen und Prüfungen. Wir klären die Varianten und Kontaktanforderungen frühzeitig. Kegelräder bilden eine Familie, keine einheitliche Zahnform.
Stirnrad
Stirnräder sind einfach aufgebaut. Die Zähne verlaufen parallel zur Achse. Sie eignen sich gut für parallele Wellen. Sie sind kostengünstig und robust, wenn Geräuschentwicklung keine entscheidende Rolle spielt.
Ihre Grenze liegt im Geräuschpegel bei höheren Drehzahlen im Vergleich zu Schrägverzahnungen. Wenn Ihr System drehzahlempfindlich ist oder strenge Geräuschgrenzwerte einhält, können Stirnräder eine Lösung sein. Sie erfordern jedoch eine präzise Verzahnung und Ausrichtung.
Stirnrad
Schrägverzahnte Zahnräder haben schräg gestellte Zähne. Dadurch erfolgt der Eingriff stufenlos. Sie laufen ruhiger als Stirnräder. Sie eignen sich für höhere Belastungen und geringere Geräuschentwicklung.
Beachten Sie den Axialschub. Die Lager müssen ihn aufnehmen. Berücksichtigen Sie dies bei der Montage. Wir weisen frühzeitig darauf hin. Der Zahnradtausch mag einfach erscheinen. Die Systemlasten sind jedoch unterschiedlich.
Fischgrätengetriebe
Pfeilverzahnungen kombinieren entgegengesetzte Schrägungswinkel. Sie heben den Axialschub auf und gewährleisten einen reibungslosen Eingriff. Sie eignen sich für anspruchsvolle Anwendungen mit hoher Belastung und stabilem Betrieb.
Sie sind komplex und kostspielig in der Herstellung. Wir setzen sie ein, wenn die Leistung den Fertigungsaufwand übersteigt. Wenn Sie eine leisere Lösung als Stirnradverzahnungen benötigen, ist eine Schrägverzahnung oft einfacher.
Wie wählen wir Zahnradtyp und Fertigungsverfahren aus?
Wählen Sie gemeinsam Zahnradtyp und -verfahren für stabile und kostengünstige Zahnräder. Konkret gehen wir von Ihren Zielvorgaben aus. Wir definieren daraus Ihren Bedarf an Zahnrädern und wählen dann ein Verfahren, das diesen Bedarf in Ihrer gewünschten Stückzahl zuverlässig deckt.
Wir orientieren uns an drei Achsen: Geometriezugriff, Produktionsvolumen und Präzisionsanforderungen. Materialien und Nachbearbeitungsschritte sind darauf abgestimmt.
Was wir Sie bitten, zu bestätigen, bevor wir die Route sperren (eine Checkliste):
- Zahnradtyp und ob die Zähne außen oder innenliegend sind, sowie etwaige Schulter-/Interferenzbeschränkungen.
- Last, Drehzahlverhältnis, Geräuschgrenzwerte und Umgebungsbedingungen (Schmierung, Temperatur, Verschmutzung).
- Eingriffswinkel, Teilungsdefinition und alle besonderen Anforderungen an das Zahnprofil sowie Ihre Vorgehensweise bei der Prüfung/Abnahme des Zahnrads.
Dieses Verfahren verhindert eine Überbearbeitung. Wenn Ihr Zahnrad ein Prototyp für Passung und grundlegende Funktion ist, kann Fräsen mit anschließender sorgfältiger Prüfung optimal sein. Schleifen könnte unnötige Kosten verursachen. Bei Anwendungen mit hohen Drehzahlen und hoher Geräuschempfindlichkeit kann das Auslassen der Hartbearbeitung zu Geräuschen und anderen Problemen führen. Dies tritt selbst dann auf, wenn das Zahnrad die grundlegenden Abmessungen erfüllt.
Produktionsablauf, Werkzeuge und Qualitätskontrollpunkte
Zuverlässige Kontrollen und Überprüfungen beim Verzahnungsschneiden sind unerlässlich. Es geht nicht nur um die Ausführung eines Programms. Unser Workflow sorgt für Stabilität des Werkstücks, gewährleistet eine konsistente Indexierung, minimiert Wärmeentwicklung und Werkzeugverschleiß und überprüft Parameter, die das Eingriffsverhalten vorhersagen.
Rohlingsvorbereitung und Werkstückspannung zur Kontrolle des Rundlaufs
Ein gutes Zahnrad beginnt mit einem guten Rohling. Zahngenauigkeit allein kann eine instabile Form nicht ausgleichen. Wir prüfen die Abmessungen und den Materialzustand des Rohlings. Wir kontrollieren Referenzmerkmale wie Zentrierbohrungen oder Montageflächen. Diese bestimmen Rundlaufgenauigkeit und Teilungsstabilität nach der Bearbeitung.
Die Werkstückspannung minimiert Rundlauffehler und Verformungen unter Krafteinwirkung. Kleine Bewegungen am Werkstück führen zu Fehlern am Zahn. Wird das Zahnrad auf einer Welle oder Nabe montiert, richten wir die Bezugspunkte an den Funktionsbezugspunkten aus. Dadurch wird vermieden, dass die Zähne perfekt auf der falschen Achse liegen.
Maschineneinrichtung und die Werkzeuge, die den Prozess wiederholbar machen
Die Kernausrüstung hängt vom jeweiligen Prozess ab. Ziel ist eine präzise Indexierung und Ausrichtung. CNC-Fräszentren fertigen Prototypen und Sonderanfertigungen. Spezialmaschinen wie Wälzfräsmaschinen oder Stoßmaschinen eignen sich für die Serienfertigung oder die Herstellung von Innenverzahnungen.
Die Werkzeugauswahl richtet sich nach Zahnform und Bearbeitungsprozess. Wälzfräser, Formfräser, Räumwerkzeuge und Schleifscheiben spielen dabei jeweils eine Rolle. Wir betrachten den Teilkopf bzw. den Drehtisch als Präzisionswerkzeug. Exakte Rotation und Indexierung sind entscheidend für die Zahnteilung.
Programmierhebel: Vorschübe, Drehzahlen, Werkzeugwege und Kühlmittel
Die Programmierung optimiert Oberflächenqualität, Werkzeugstandzeit und Bearbeitungszeit. Sie schützt die Zahnform. Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit werden an Material und Werkzeug angepasst. Schnitttiefe und Schnittwege werden ebenfalls optimiert. Aggressive Einstellungen erhöhen Verschleiß und Wärmeentwicklung. Konservative Einstellungen verteuern die Bearbeitung und können zu schlechten Oberflächen führen.
Kühlung und Schmierung sind beim Verzahnungsschneiden entscheidend. Wärmeausdehnung beeinflusst Passung und Verschleiß. Auch die Wärmeeinflusszone wirkt sich aus. Die Kühlmittelzufuhr wird entsprechend dem Werkstoff, der Werkzeugbeschichtung und der Spanbelastung geplant. Dadurch bleibt die Zahnform stabil.
Nachbearbeitung: Entgraten, Wärmebehandlung und Endbearbeitungsschritte
Die Nachbearbeitung entscheidet über den Erfolg oder Misserfolg von Zahnrädern. Sie beseitigt Grate und Kanten, die Montage und Verschleiß beeinflussen. Durch Entgraten werden scharfe Kanten entfernt und Beschädigungen der Zahnform vermieden. Unkontrolliertes Entgraten kann die Zähne abrunden und den Kontakt verändern.
Bei geplanter Wärmebehandlung berücksichtigen wir mögliche Verformungen. Wir planen eine Hartbearbeitung, um die Endtoleranzen zu erreichen. Bearbeitungsverfahren wie Schleifen, Honen oder Läppen erfüllen die Anforderungen an Oberflächengüte und Geräuschdämpfung. Wir verzichten auf Standardzusätze.
Prüfpunkte, die das tatsächliche Vernetzungsverhalten vorhersagen
Die Qualitätskontrolle prüft die Merkmale der Verzahnung. Dazu gehören Zahnprofil, Teilungsgenauigkeit, Rundlauf und Oberflächengüte. Wir setzen Messtechnik bedarfs- und volumenabhängig ein. Die Ergebnisse werden zur Sicherstellung der Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit dokumentiert.
Die Inspektion verbessert die Prozesssteuerung. Die Verzahnungsbearbeitung reagiert auf Werkzeugzustand und -ausrichtung. Treten Probleme auf, prüfen wir den Werkzeugverschleiß, die Maschinenkalibrierung, die Stabilität der Werkstückspannung und die Schnittparameter, die die Abweichung beeinflussen.
Abschluss
Präzisionsverzahnung ist zuverlässig. Drei Dinge müssen von Anfang an beachtet werden: Wählen Sie den Verzahnungstyp passend zu Ihrer Anwendung. Entscheiden Sie sich für das Bearbeitungsverfahren, das die Genauigkeit bei Ihrer Stückzahl gewährleistet. Verwenden Sie einen Prüfplan, der den Eingriff sicherstellt. CNC-Bearbeitung macht dies möglich. Dafür benötigt sie jedoch präzise Eingangsdaten wie Eingriffswinkel, Teilung und Nachbearbeitung.
Bei Yonglihao Machinery übernehmen wir die CNC-Zahnradbearbeitung für Prototypenfertigung und Chargen. Wir kombinieren die Prozessauswahl mit Einrichtung und Qualitätskontrolle. Teilen Sie uns Ihre Zeichnung, Volumen, Material und Randbedingungen mit. Wir empfehlen einen Fertigungsablauf und die entsprechenden Prüfungen. So erhalten Sie in der Montage zuverlässige Zahnräder – nicht nur Teile, die auf dem Papier stimmen.
Häufig gestellte Fragen
Welches ist das gebräuchlichste Verfahren zur Präzisionszahnradfertigung?
Wälzfräsen ist das gängigste Verfahren zur Herstellung von Außenverzahnungen. Es ist schnell und ermöglicht wiederholgenaue Ergebnisse bei Stirn- und Schrägverzahnungen. Es eignet sich besonders für mittlere bis hohe Stückzahlen. Die Verzahnung muss außenliegend sein und einen guten Zugang zum Wälzfräser aufweisen. Für Innenverzahnungen empfiehlt sich das Wälzfräsen oder Räumen.
Wie bestimme ich den korrekten Eingriffswinkel für meine Getriebeanwendung?
Der korrekte Eingriffswinkel erfüllt die Anforderungen an Festigkeit und Geräuschdämpfung. Er ist auf die Passung und die Randbedingungen abgestimmt. Ein Winkel von 20° ist üblich. Er bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Zahnfestigkeit und Effizienz für industrielle Anwendungen. Größere Winkel verstärken die Zähne, können aber bei hohen Geschwindigkeiten zu mehr Geräuschen und Vibrationen führen.
Welche Rolle spielt ein Teilkopf bzw. ein Drehtisch bei der Zahnradfertigung?
Ein Teilkopf oder Drehtisch ermöglicht präzises Indexieren. Jeder Zahnzwischenraum ist exakt zum vorherigen positioniert. Die Indexiergenauigkeit ist entscheidend für gleichmäßige Teilung und reibungslosen Zahneingriff. Ungenaues Indexieren erlaubt zwar das Einhalten der Grundmaße, führt aber zu Geräuschentwicklung.
Kann man mit CNC-Bearbeitung Zahnräder mit komplexen oder kundenspezifischen Zahnprofilen herstellen?
Ja. CNC-Fräsen ermöglicht die Herstellung komplexer oder kundenspezifischer Profile. Die Geometrie muss klar definiert sein. Der Prozess muss eine Überprüfung ermöglichen. Fräsverfahren sind flexibel für Prototypen und Sonderformen. Sie machen Spezialwerkzeuge überflüssig. Die Grenzen liegen oft in den Kontrollen und Toleranzen, nicht in der Formgebung selbst.
Welche Schlüsselfaktoren sind bei der Auswahl eines Getriebetyps zu berücksichtigen?
Entscheidende Faktoren sind Last- und Drehzahlverhältnis. Platzbeschränkungen und Lärmgrenzwerte sind ebenso zu berücksichtigen wie Effizienz und Umgebungsbedingungen. Diese Faktoren bestimmen, ob eine Stirn-, Wendel-, Fischgräten-, Schnecken- oder Kegelverzahnung am besten geeignet ist. Die Herstellbarkeit und die Nachbearbeitung für die Zielvorgaben müssen beachtet werden.
Wie beeinflusst die Steigung die Getriebeleistung?
Die Teilungsgenauigkeit beeinflusst Eingriff, Vibrationen und Verschleiß. Unregelmäßige Teilungen führen zu zyklischer Belastung, die sich in Geräuschen, Wärmeentwicklung und vorzeitigem Verschleiß äußert. Einrichtung, Indexiergenauigkeit und Rundlaufgenauigkeit sind daher entscheidend für die Präzisionsverzahnung.
