Зубчатые рейки, изготовленные по чертежу заказчика

Зубчатая рейка превращает вращение в поступательное перемещение. Шестерня вращается, рейка перемещается, и всё, что идёт не так на длинной оси — накопление шага, зацепляющий стык, зуб, изношенный до ступеньки, — проявляется как погрешность позиционирования у инструмента или у лазерной головки.

PinyiGear нарезает и шлифует рейки по чертежу, а не по каталожному сортаменту. Модуль, угол профиля, угол наклона зуба, длина бруса, положение стыков, материал, термическая обработка и класс точности — всё берётся с чертежа. Эта страница описывает, что должно быть на чертеже рейки, как изготавливается и измеряется зуб, и какие решения действительно определяют, удержит ли длинная ось допуск после двух лет эксплуатации.

Что должен определять чертёж рейки

В большинстве неполных чертежей реек отсутствует одна из трёх групп информации. Все три влияют на цену, поэтому все три должны быть на чертеже.

Геометрия зуба. Модуль или диаметральный питч, угол профиля, угол наклона зуба, если рейка косозубая, высота зуба, ширина венца и сам профиль. Если рейка заменяет существующую деталь, профиль может быть нестандартным — это выполнимо, но он должен быть задан размерами, а не описан словами.

Длина и стыки. Длина бруса, количество секций, составляющих ось, расположение стыков и способ обработки торцов. Ось длиной 2 м, собранная из брусов по 1 м, имеет один стык; ось длиной 6 м — пять, и каждый из них — место, где может быть потеряна точность.

Материал, термическая обработка и класс точности. Марка стали, твёрдость поверхности, где указана, и класс, по которому измеряется готовый зуб. Без указанного класса «точный» означает то, что решит поставщик.

Чертёж, содержащий эти три группы, можно расценить напрямую. Чертёж без них обычно вызывает раунд вопросов, прежде чем что-либо можно оценить.

Геометрия зуба: что определяет каждый параметр

Модуль задаёт размер зуба и вместе с ним нагрузку, которую может нести один зуб. PinyiGear работает от модуля 1 до модуля 12. Малые модули подходят для приборных и лёгких автоматизационных осей; большие модули применяются там, где шестерня должна толкать тяжёлый портал или стол станка с заготовкой.

Угол профиля определяет, какая часть нагрузки идёт вдоль боковой поверхности зуба, а какая — радиально. Распространённые значения — 20° и 14.5°. 20° является рабочим стандартом для станков, поскольку несёт большую нагрузку на единицу ширины венца без подрезания при малом числе зубьев.

Угол наклона зуба относится к косозубым рейкам. Наклон повышает коэффициент перекрытия — больше зубьев делят нагрузку в каждый момент — что распределяет нагрузку, смягчает удар на зуб и снижает шум. Наши косозубые рейки нарезаются правыми с углом 19°31'42" при угле профиля 20°, но главенствует чертёж: если ответная шестерня требует левого направления или другого угла, рейка следует за ним. Косозубая рейка также создаёт осевое усилие, и это усилие должно восприниматься подшипниками и направляющими, а не рейкой.

Ширина венца и высота зуба определяются расчётом нагрузки на стороне заказчика. Мы нарезаем по чертежу, а не предлагаем размер, потому что рейка воспринимает только ту нагрузку, которую через неё передаёт конструкция станка.

Прямая или косая: компромисс

Выбор обычно принадлежит конструктору станка, а не поставщику рейки. Для нас важно, чтобы рейка и ответная шестерня совпадали по модулю, углу профиля, углу наклона зуба и направлению — несоответствие здесь порождает шум и износ, которые не исправит никакая точность зуба.

Материал и термическая обработка

Материал выбирается под нагрузку. Марки, которые мы обрабатываем чаще всего:

Два решения важнее, чем название марки.

Нужна ли детали дополнительная мехобработка после закалки. Если рейку необходимо сверлить, фрезеровать пазы или нарезать резьбу после установки, то фрезерование её в закалённом и отпущенном состоянии — с последующей закалкой или вовсе без неё — часто оказывается практичным решением. Если закалить заранее, эти операции превращаются в шлифовальные работы.

Шлифуются ли установочные поверхности. Закалка решает проблемы износа боковых поверхностей и питтинга. Она ничего не даёт рейке, которая не ложится ровно. Шлифование всех четырёх поверхностей делает установочные поверхности базовыми, благодаря чему площадь контакта и деформация после затяжки болтов становятся предсказуемыми. Это тот этап, который чаще всего выпадает из сравнения затрат, и именно он определяет, останется ли длинная ось прямой.

Класс точности и способ измерения зуба

Точность рейки обычно указывается как класс DIN плюс накопленная погрешность шага, отнесённая к длине. Три уровня, встречающиеся на практике:

Эти цифры описывают зуб. Они не описывают ось. Ход длиной 6 м, собранный из шести секций по 1 м, накапливает ту погрешность, которую вносит каждый стык поверх собственной погрешности шага рейки, поэтому на длинном ходе стык может значить больше, чем класс на чертеже.

Стыки: где длинные оси теряют точность

Секции обычно поставляются длиной 500 мм и 1000 мм, поэтому любая длинная ось представляет собой цепочку стыков. Три механизма вызывают проблемы:

• Смещение делительной линии — две секции располагаются на разной высоте относительно установочной базы, поэтому шестерня «поднимается» и «опускается» при каждом проходе.
• Угловое несовпадение — соседние боковые поверхности зубьев не коллинеарны, и шестерня встречает излом вместо непрерывной боковой поверхности.
• Накопленная погрешность шага — шаг зубьев одной секции не продолжает картину предыдущей.

Ступенька или зазор около 0,05 мм достаточны, чтобы зуб шестерни ударил в кромку впадины вместо того, чтобы вкатиться в неё, что создаёт ударную нагрузку, растущую со скоростью. Эта величина того же порядка, что и погрешность шага шлифованной рейки, поэтому плохо выполненный стык может свести на нет большую часть точности, которую должен был обеспечить класс.

Есть два способа справиться с этим. Первый — технологическая дисциплина сборки: единая база, согласованные высоты секций, проверка совпадения зубьев на каждом стыке до окончательной затяжки болтов. Второй — компенсация погрешности: секции измеряются по отдельности, а затем подбираются так, чтобы их погрешности взаимно компенсировались вдоль оси. Компенсация требует прослеживаемых данных измерений по каждому изделию, что отличается от сертификата, подтверждающего, что партия прошла контроль.

Мы поставляем секции с обработанными как базовые поверхности стыковыми гранями и с указанием измеренной погрешности шага по каждой секции, чтобы сборочная команда могла подбирать их осознанно, а не случайно.

Механическая обработка и технологический маршрут

Рейка проходит некоторые или все из этих этапов в зависимости от чертежа:

1. Подготовка заготовки — резка, затем фрезерование или точение профиля до размера.
2. Снятие напряжений там, где сечение массивное или класс точности жёсткий, чтобы коробление проявилось до нарезания зубьев.
3. Нарезание зубьев — зубофрезерование или фрезерование впадины зуба в зависимости от модуля и профиля; косозубые рейки нарезаются с установкой угла наклона зуба на станке.
4. Термообработка — цементация, индукционная закалка или закалка с отпуском, согласно чертежу.
5. Шлифование — шлифование боковых поверхностей зубьев для работ класса DIN 6, шлифование четырёх поверхностей там, где установочные поверхности являются функциональными.
6. Вторичные операции — обработка торцов, крепёжные отверстия, базирующие элементы, фаски.
7. Маркировка — номер секции, метка ориентации и порядок стыковки, чтобы сборка не была догадкой.

Порядок имеет значение. Шлифование установочных поверхностей после закалки и сверление отверстий после снятия напряжений — это те детали последовательности, которые определяют, будет ли готовая рейка лежать ровно.

Контроль

Каждая партия измеряется, и протокол сопровождает детали:

• Профиль зуба, направление зуба и шаг на измерительном центре для зубчатых колёс, измеренные значения сравниваются с классом на чертеже
• Накопленная погрешность шага указывается на длине измерения, а не только «годен/не годен»
• Твёрдость — поверхностная, и сердцевины где указано
• Глубина цементованного слоя на цементованных деталях
• Шероховатость поверхности на шлифованных боковых поверхностях
• Геометрия — прямолинейность, плоскостность установочной поверхности, длина секции, на КИМ или поверочной плите
• Проверка зацепления с ответной шестернёй, если заказчик поставляет её или заказывает пару

Сертификат с надписью «соответствует» ничего не говорит покупателю о том, какое звено отказало, когда ось начинает браковать детали. Измеренные значения говорят.

Упаковка и отгрузка

Рейки длинные, тонкие и легко гнутся при транспортировке. Секции упаковываются с защитой кромок, а для экспорта — в деревянные или фанерные ящики, с сохранением меток ориентации, чтобы порядок стыковки сохранился в пути. Заказы из нескольких секций отгружаются пронумерованными в том порядке, в котором их следует собирать.

Где применяются рейки

Оси станков, порталы лазерной и гидроабразивной резки, автоматизация и седьмые оси роботов, деревообрабатывающее и панелеобрабатывающее оборудование, подачи прессов, упаковочные линии, сценическое и подъёмное оборудование. В большинстве из них рейка работает как половина пары, поэтому запрос обычно требует двух чертежей: рейки и шестерни. Боковой зазор и межосевое расстояние — это параметры настройки между двумя деталями, а не свойства рейки самой по себе.

Что приложить к запросу

• Чертеж рейки (PDF, DXF, STEP, DWG или IGES) с геометрией зубьев, длиной и положениями стыков
• Чертеж шестерни, если пара заказывается вместе
• Материал и термообработка, если они заданы; если нет — укажите условия работы, и класс материала может быть подобран
• Класс точности или длина оси и допуск позиционирования, который должен выдерживать станок
• Количество и характер заказа: прототип, первая партия или серийное производство

Пришлите это, и предложение охватит зубья, установочные поверхности, стыки и контроль — а не только цену за метр.

Отправить чертеж рейки для расчёта стоимости

Часто задаваемые вопросы

Можете ли вы нарезать рейку по нестандартному профилю? Да. Профиль берётся с чертежа. Нам нужен профиль с размерами, а не описание, чтобы можно было настроить инструмент и план контроля по нему.

Поставляете ли вы также шестерню? Да, и это лучший способ покупать пару. Боковой зазор и межосевое расстояние задаются между двумя деталями, поэтому изготовление обеих по одному базовому размеру устраняет один источник несоответствия.

Какой длины может быть одна рейка? Стандартные секции — 500 мм и 1000 мм. Более длинные секции возможны в зависимости от модуля, материала и класса; сверх этого ось собирается из стыкуемых секций. Практический предел определяется короблением при термообработке, а не станком.

Достаточно ли рейки с индукционной закалкой, или обязательно шлифование? Для многих осей автоматизации и деревообработки индукционной закалки достаточно. Там, где ось длинная, скорость высокая или допуск позиционирования жёсткий, именно погрешность шага и точность стыковки шлифованной рейки обеспечивают нужные показатели, и разница в цене покупает именно это.

Что нужно для расчёта стоимости комплекта со стыкованными секциями? Положения стыков, база сборки и класс точности для всей оси, а не только для каждой секции. Компенсация погрешности вдоль длинной оси работает только в том случае, если цель определена для всего хода.

Связанные страницы

• Прямозубые и косозубые шестерни
• Червячные передачи
• Изготовление шестерён на заказ
• Реечные приводы на станках с ЧПУ и лазерных резаках