CNC Machining Gears | Expert Manufacturing

CNC-Bearbeitung bezieht sich auf den computergesteuerten Prozess der Herstellung von Präzisionszahnrädern mit Hilfe von automatisierten Werkzeugmaschinen. Dieser fortschrittliche Fertigungsansatz ermöglicht die Herstellung komplexer Zahnradgeometrien mit einer Genauigkeit von 5-10 Mikrometern und ist daher für Hochleistungsanwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Bereich der Industrieausrüstung unerlässlich.

Unter Yijin HardwareWir sind darauf spezialisiert, zuverlässige CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für eine breite Palette von Zahnradtypen anzubieten, wobei wir fortschrittliche Bearbeitungstechnologien einsetzen, um Präzision und Effizienz zu gewährleisten. Wir haben diesen umfassenden Leitfaden erstellt, um die verschiedenen Arten von Zahnrädern zu untersuchen, die durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden, die verschiedenen Herstellungsmethoden zu erforschen, ihre komparativen Vorteile zu analysieren und eine Anleitung zur Auswahl des richtigen Ansatzes für bestimmte Anwendungen zu geben.

Wichtigste Erkenntnisse

• Die CNC-Zahnradbearbeitung ist ein computergesteuertes Verfahren, das Präzisionszahnräder mit Toleranzen von 5-10 µm herstellt und komplexe Geometrien bei gleichbleibender Qualität ermöglicht.
• Die Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern reichen vom Wälzfräsen, Stoßen und dem Sunderland-/Zahnstangenfrässystem für hohe Stückzahlen bis hin zu spanabhebenden Verfahren (Fräsen, Räumen, Erodieren) für Spezialprofile oder Kleinserien.
• Bei der Herstellung von Hochleistungsgetrieben sind moderne CNC-Ausrüstungen - wie Hochgeschwindigkeitsspindeln, Schleifmaschinen und mehrachsige Rundtische - und Fehlerkompensationstechniken erforderlich, um die strengen Anforderungen an Genauigkeit und Leistung zu erfüllen.

Was ist CNC-Getriebebearbeitung?

Die CNC-Zahnradbearbeitung ist ein computergesteuertes Verfahren zur Herstellung von Präzisionszahnrädern mit automatisierten Werkzeugmaschinen. Diese Technologie ermöglicht es den Herstellern, Genauigkeitsstufen zu erreichen, die mit manuellen Bearbeitungsmethoden nicht möglich sind, wobei fortschrittliche Systeme in der Lage sind, Profilformabweichungen von weniger als 10 μm und durchschnittliche Zahnlinienfehler von nur 5 μm zu erreichen. Im Gegensatz zur traditionellen Zahnradherstellung, die auf Wechselräder und mechanische Vorrichtungen angewiesen ist, verwendet die CNC-Zahnradherstellung eine hochentwickelte Software zur Steuerung von Schneidvorgängen mit außergewöhnlicher Präzision und Wiederholbarkeit.

Auf vielen älteren Zahnradbearbeitungsmaschinen werden Wechselräder verwendet, um das Werkstück zu "programmieren", wobei verschiedene Kombinationen die Synchronisierung von Werkstück- und Werkzeugspindel steuern. Dieser Prozess erfordert das Einstellen von Wälzfräswinkeln, das Auswechseln von Rücklaufnocken, das Ändern der Hübe von Fräsköpfen und andere zeitaufwändige Aufgaben, die spezielle Kenntnisse erfordern.

Was sind die verschiedenen Arten von Zahnrädern für die CNC-Bearbeitung?

Es gibt verschiedene Arten von Zahnrädern, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, z. B. Stirnrad- und Schrägzahnräder:

• Stirnräder: Dies sind die gebräuchlichsten Typen, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Achsen der Zahnräder parallel verlaufen. Sie werden häufig mit CNC-Bearbeitungsverfahren wie Abwälzfräsen hergestellt.
• Schrägverzahnung: Ähnlich wie Stirnräder, aber mit abgewinkelten Zähnen, die einen reibungsloseren Betrieb und eine höhere Tragfähigkeit ermöglichen. Auch sie werden in der Regel mit CNC-Bearbeitungstechniken hergestellt.
• Kegelradgetriebe: Werden verwendet, wenn sich die Achsen der Zahnräder kreuzen, häufig in Fahrzeuggetrieben. Die CNC-Bearbeitung hilft bei der Herstellung dieser Zahnräder mit präzisen Winkeln und Abmessungen.

Was sind die verschiedenen Arten von CNC-Zahnradbearbeitungsmethoden?

Bei der CNC-Verzahnungsherstellung kommen verschiedene spezialisierte Verfahren zum Einsatz, die jeweils unterschiedliche Vorteile für verschiedene Anwendungen bieten. Die verschiedenen Arten der CNC-Bearbeitung von Zahnrädern lassen sich grob in die Bereiche Verzahnen und Formfräsen einteilen.

Wie funktioniert die Getriebeerzeugung?

Beim Wälzfräsen wird das Material durch einen kontinuierlichen Schneidprozess abgetragen, der den Zahneingriff von Zahnrädern simuliert. Das Prinzip besteht in der Erzeugung des Zahnprofils durch gleichzeitige Drehung des Rohlings und des Schneidwerkzeugs. Zu den gängigen Verzahnungsmethoden gehören:

Was ist Wälzfräsen?

Beim Wälzfräsen wird eine Verzahnung durch die Drehung eines zylindrisch geformten Fräsers hergestellt, der als "Wälzfräser" bezeichnet wird (daher der Begriff Wälzfräsen). Der Wälzfräser kann mit einem Gewinde versehen sein, je nachdem, wie viele Zähne pro Umdrehung erzeugt werden sollen.

Stirnräder werden am häufigsten mit dieser Methode hergestellt, aber auch eine Vielzahl anderer Zahnräder - wie Zykloiden, Schrägzahnräder, Schnecken, Ratschen und Kettenräder - werden durch Wälzfräsen gefertigt. Ein gut konzipierter Wälzfräser ist von entscheidender Bedeutung, vor allem wenn es sich um eine komplexe Geometrie handelt, und dieses Verfahren eignet sich in der Regel nicht für Innenverzahnungen.

Das Wälzfräsen ist eines der gängigsten und effizientesten Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern. Es verwendet ein rotierendes Schneidwerkzeug (Wälzfräser), um das Material schrittweise zu entfernen, was es besonders effektiv für die Massenproduktion von Stirnrädern, Schrägstirnrädern und Schnecken macht. Das Verfahren ermöglicht ein kontinuierliches Schneiden und eignet sich daher ideal für die Herstellung von Großserien.

Wie funktioniert Gear Shaping?

Bei dieser Methode der Verzahnung sind Fräser und Zahnradrohling durch Zahnräder verbunden, damit sie nicht zusammenrollen, wenn sich der Fräser hin und her bewegt. Der Fräser beginnt, sich in die gewünschte Tiefe zu fräsen, dann drehen sich Fräser und Zahnradrohling langsam, während die Zähne gefräst werden.

Das Wälzstoßen wird in der Regel zum Schneiden von Stirnrädern, Fischgrätenrädern und Ratschenrädern verwendet. Diese Methode kann auch für andere Arten von Zahnrädern verwendet werden, aber da ein Fräser verwendet wird, der die Zahnradform hin- und herbewegt, wird sie häufig für die oben genannten Zahnradarten eingesetzt.

Beim Wälzstoßen wird ein hin- und hergehender Fräser verwendet, der die Form des herzustellenden Zahnrads widerspiegelt. Es ist vielseitig einsetzbar für die Herstellung von Innen- und Außenverzahnungen und eignet sich für die Herstellung von Zahnrädern mit komplexen Profilen. Diese Methode eignet sich besonders für Werkstoffe, die mit anderen Techniken nur schwer zu bearbeiten sind.

Was ist die Sunderland-Methode?

Zahnstangenfräser sind eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von Zahnrädern. Das Verfahren des Zahnstangenfräsens ist auch als Sunderland-Methode oder Sunderland-System bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Zahnradmaschine verwendet, die aus einem Zahnstangenfräser mit Span- und Freiwinkeln besteht, der das Zahnprofil auf einem Zahnradrohling erzeugt.

Es nutzt die spezifische Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Fräser während der Bearbeitung, um Zahnprofile zu erzeugen, und ähnelt einer Zahnstange und einem Ritzel. Das Sunderland-Verfahren ist speziell für die Herstellung größerer Zahnräder mit hoher Präzision konzipiert. Sie verwendet einen zahnstangenartigen Fräser mit Span- und Freiwinkeln und umfasst zwei Zerspanungsvorgänge: Schruppen und anschließendes Feinschlichten.

Bei diesem Verfahren werden gleichmäßig geformte Zähne erzeugt, so dass alle mit demselben Fräser gefrästen Zahnräder korrekt ineinander greifen. Es ist vielseitig und kosteneffizient für mittlere bis hohe Produktionsserien.

Wann sollten Sie Formschneideverfahren verwenden?

Das Formschneiden wird im Allgemeinen nicht bevorzugt, da es nur geringe Produktivität und schlechte Qualität bietet. Die verschiedenen Techniken des Formschneidens sind jedoch nützliche Alternativen für Reparatur und Wartung, wenn dies erforderlich ist.

Beim Formfräsen von Zahnrädern werden Werkzeuge verwendet, die speziell für die Herstellung des Zahnradprofils entwickelt wurden. Dieses Verfahren ist relativ begrenzt einsetzbar, eignet sich aber gut für die Herstellung komplexer Zahnradgeometrien, wenn andere Methoden nicht geeignet sind. Zu den Formfräsmethoden gehören:

Wie funktioniert das Zahnradfräsen?

Die Methode des Formfräsens ist in ihrer Anwendung relativ begrenzt, eignet sich aber gut für die Herstellung komplexer Zahnradgeometrien. Das CNC-Fräsen wird für die Bearbeitung von schrägverzahnten und geradverzahnten Zahnrädern für verschiedene Industriezweige eingesetzt, z. B. für Fahrzeuggetriebe und Wälzfräser.

Das Fräsen von Zahnrädern ist langsam, da es zu einer starken Wärmeübertragung auf das Werkstück kommt, was bedeutet, dass aufeinander folgende Zähne nicht direkt nacheinander gefräst werden sollten.

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Was ist Zahnradrädeln?

Dies ist eine schnelle Methode, bei der ein Räumwerkzeug (ein Schneidwerkzeug mit vielen Zähnen) verwendet wird, das speziell für Zahnradverzahnungen entwickelt wurde. Das Räumen von Zahnrädern kann auf jeder Drehbank, Fräsmaschine, jedem Bearbeitungszentrum oder jeder Drehmaschine durchgeführt werden, ist aber recht teuer, da jedes Räumwerkzeug für eine bestimmte Art oder Größe von Zähnen ausgelegt ist.

Sein Preis und die Tatsache, dass es eines der schnellsten Verzahnungsverfahren ist, ist der Grund dafür, dass es hauptsächlich für Teile mit hoher Stückzahl eingesetzt wird.

Wie funktioniert die Funkenerosion (EDM) bei Zahnrädern?

Die Funkenerosion ist ein elektromechanisches Fertigungsverfahren, bei dem das Material von einem Werkstück durch eine Reihe von Stromentladungen zwischen zwei Elektroden, die durch eine dielektrische Badflüssigkeit getrennt sind, abgetragen wird. Statt zu schneiden, wirkt der Funke wie ein "Schneidwerkzeug", das das Material abträgt.

Die Funkenerosion eignet sich gut für das Schneiden komplexer Geometrien aller Größen, auch für das Verzahnen, aber das Verfahren hat seine Grenzen. Ohne gute Steuerung und präzise Programmierung kann es leicht zu Beschädigungen der Werkstückoberflächen kommen - vor allem bei gekrümmten Zahnprofilen, die für CNC-Programme schwierig auszuführen sind. Hochwertige und intuitive 3D-Modellierungs- und CAM-Software - wie Feature CAM, Autodesk Fusion, Master CAM und andere - kann jedoch die reibungslose Bewegung erzeugen, die zum Schneiden von gekrümmten Zähnen erforderlich ist.

Präzisions-CNC-Bearbeitung für Hochleistungszahnräder

Die CNC-Präzisionsbearbeitung von Hochleistungszahnrädern erfordert fortschrittliche Technologien und Ausrüstungen, um sicherzustellen, dass die Zahnräder die strengen Leistungsanforderungen erfüllen. Dazu gehören der Einsatz von Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitungsmaschinen und die Anwendung von Kompensationstechniken zur Reduzierung von Bearbeitungsfehlern.

Die Präzisionsbearbeitungstechnologie und die Ausrüstung, die in diesem Prozess verwendet werden, sind entscheidend für die Qualität der Zahnräder.

Schlüsseltechnologien

• Technologie und Ausrüstung für die Präzisionsbearbeitung: Wir verwenden fortschrittliche CNC-Werkzeugmaschinen, um eine hohe Präzision zu erreichen. Diese Werkzeuge sind darauf ausgelegt, Fehler zu minimieren und eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.
• Kompensationstechnik für CNC-Getriebe: Hilft bei der Reduzierung von Fehlern aus mehreren Quellen während der Bearbeitung. Dabei werden Verzerrungen und Geometriefehler ausgeglichen, um präzise Zahnradabmessungen zu gewährleisten.
• Modifizierungsverfahren für Hochleistungszahnräder: Beinhaltet die Optimierung der Prozessparameter zur Verbesserung der Zahnradleistung. Dazu gehören die Analyse der Zahnradkonstruktion und die Anpassung der Bearbeitungsbedingungen zur Verbesserung der Effizienz.

Ausrüstung für die Bearbeitung

Zu den Bearbeitungsmaschinen für Hochleistungszahnräder gehören CNC-Fräsmaschinen, CNC-Schleifmaschinen sowie 4-Achsen- und Rundtische:

• CNC Milling Machines: Equipped with end mills for precise gear cutting. These machines are versatile and can handle complex gear designs.
• CNC-Schleifmaschinen: Unverzichtbar für die Erzielung hochwertiger Oberflächengüten. Das Schleifen wird häufig als Endbearbeitungsverfahren zur Verfeinerung der Verzahnung eingesetzt.
• Tische mit 4 Achsen und Drehtische: Werden für komplexe Zahnradkonstruktionen verwendet, die mehrere Bewegungsachsen erfordern. Dies ermöglicht die präzise Bearbeitung von Zahnrädern mit komplizierten Formen.

Welche Arten von Zahnrädern werden durch CNC-Bearbeitung hergestellt?

Stirnräder, Schrägzahnräder, Doppelschrägzahnräder, Kegelräder und Schneckenräder werden alle mit Hilfe der CNC-Bearbeitung hergestellt. Wir haben die verschiedenen Arten von Zahnrädern skizziert, die Sie mit der CNC-Bearbeitung von Zahnrädern herstellen können.

Stirnräder

Stirnräder haben gerade Zähne, die auf parallelen Wellen montiert sind, und sind damit der am häufigsten verwendete Zahnradtyp. Sie eignen sich hervorragend für Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen und hohen Drehmomenten und bieten eine wirtschaftliche Produktion mit hoher Präzision. Zu den üblichen Anwendungen gehören elektrische Schraubendreher, Waschmaschinen, Uhren und Baumaschinen.

Schraubenförmige Zahnräder

Schrägverzahnte Zahnräder haben abgewinkelte Zähne, die sich allmählich ineinander schieben, was zu einem sanfteren und leiseren Betrieb führt als bei Stirnradgetrieben. Ihr abgewinkeltes Design schafft eine größere Kontaktfläche, wodurch sie schwerere Lasten und höhere Geschwindigkeiten bewältigen können, was sie ideal für Fahrzeuggetriebe und Industriemaschinen macht.

Doppelt schraubenförmige (Fischgräten-) Zahnräder

Doppelschrägverzahnte Zahnräder kombinieren zwei schrägverzahnte Zahnräder mit entgegengesetzten Zahnwinkeln, wodurch der bei schrägverzahnten Standardkonstruktionen übliche Axialschub entfällt. Diese Konfiguration sorgt für einen außergewöhnlich reibungslosen Betrieb mit hoher Tragfähigkeit, wodurch sie sich ideal für Hochleistungsanwendungen in Turbinen, Kompressoren und Schiffsantrieben eignen.

Kegelradgetriebe

Kegelräder übertragen die Kraft zwischen sich schneidenden Wellen, in der Regel im 90-Grad-Winkel. Ihr konisches Design mit schräg geschnittenen Zähnen macht sie für Anwendungen, die Richtungsänderungen erfordern, wie z. B. Differentiale, Bohrmechanismen und Druckpressen, unverzichtbar. Moderne CNC-Verfahren ermöglichen die Herstellung von Spiralkegelrad-Varianten, die einen reibungsloseren Betrieb und eine höhere Belastbarkeit für Hochleistungsanwendungen bieten.

Schneckengetriebe

Schneckengetriebesysteme bestehen aus einer schraubenartigen Schnecke, die in ein Zahnradgetriebe eingreift und hohe Untersetzungsverhältnisse auf kleinem Raum bietet. Diese Konfiguration bietet Selbsthemmung und einen gleichmäßigen, leisen Betrieb für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erfordern. Zu den üblichen Anwendungen gehören Förderanlagen, Aufzüge und Lenkmechanismen. Ihr Design erzeugt eine erhebliche Reibung, was sie weniger effizient macht, aber sie eignen sich hervorragend für Anwendungen, die einen Widerstand gegen Rückwärtsfahren erfordern.

Unter Yijin Hardwaresind wir auf die zuverlässige CNC-Bearbeitung einer breiten Palette von Zahnradtypen spezialisiert. Unser Know-how in der CNC-Präzisionsbearbeitung stellt sicher, dass unsere Kunden qualitativ hochwertige Zahnräder erhalten, die ihren spezifischen Anforderungen entsprechen. Kontaktieren Sie uns heute um mehr über unsere CNC-Bearbeitungsmöglichkeiten zu erfahren und darüber, wie wir Sie bei der Herstellung von Getrieben unterstützen können.

FAQs zur CNC-Bearbeitung von Zahnrädern

Welche Verzahnungsverfahren gibt es, und wann sollte ich sie wählen?

Die gebräuchlichsten Verfahren sind das Abwälzfräsen für gerad- und schrägverzahnte Räder in hohen Stückzahlen, das Wälzstoßen für Innenverzahnungen oder Kleinserien und das Schleifen für hochpräzise Zahnoberflächen. Wählen Sie das Abwälzfräsen, wenn Sie einen schnellen Durchsatz benötigen, das Wälzstoßen für komplexe Zahnräder oder Kleinserien, und das Schleifen, wenn Toleranzen unter 5 µm und eine hervorragende Oberflächenqualität erforderlich sind.

Welche Toleranzen kann die moderne Zahnradbearbeitung erreichen?

Standard-CNC-Verzahnungsfräsen hält in der Regel DIN 6 oder AGMA 10 ein (±0,02 mm Rundlauf), während Zahnradschleifmaschinen und Endbearbeitungsverfahren DIN 3 oder AGMA 6 erreichen können (±0,005 mm). Die Wahl der Toleranz hängt von der Geräuschentwicklung, der Tragfähigkeit und den Anforderungen an die Lebensdauer ab.

Welche Materialien werden am häufigsten für Industriegetriebe verwendet?

Legierte Stähle (z. B. 4140, 8620) dominieren aufgrund ihrer Festigkeit und Einsatzhärte bei B2B-Kraftübertragungsanwendungen, während Messing, Bronze oder technische Kunststoffe für niedrig belastete, geräuscharme B2C-Produkte verwendet werden. Bei der Materialauswahl werden Belastung, Verschleißfestigkeit, Gewicht und Kosten abgewogen.

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