CNCギアプロトタイプ加工プロセス: 精密ギアのガイド

あなたが機械システムに取り組んでいる製品エンジニアまたは調達の専門家なら、自動車の送信など, 産業用ロボット, または医療機器 - CNCギアプロトタイプ加工プロセス 高品質を作成するための鍵です, テスト可能なギアパーツ. ギアは、動きとパワーを送信するために重要です, したがって、それらの精度はシステムのパフォーマンスに直接影響します. 従来の機械加工とは異なります, CNCギアプロトタイピングは、コンピューター制御を使用して非常に高い精度と再現性を実現します, 大量生産の前に設計をテストするのに最適です. このガイドは、プロセスのすべてのステップを分類します, 間違いを回避し、信頼できるプロトタイプを取得するのに役立つ実際のケースとデータを使用して.

1. CNCギアプロトタイプの機械加工とは何ですか?

初め, 基本を明確にしましょう: CNCギアプロトタイプの機械加工 コンピューターの数値制御を使用する精密製造方法です (CNC) 原材料をギアプロトタイプに形作るための工作機械. これらのプロトタイプはテストに使用されます:

ギアがトルクをどの程度送信し、回転速度を処理するか (機械的性能).
ギアがシステム内の他のコンポーネントに適合する場合 (寸法互換性).
ギアの耐久性は、現実世界の使用中です (耐摩耗性).

このプロセスは、手動機械加工で作るのが難しい、らせんやベベルのギアなど、複雑な輪郭を備えたギアを作成できるため、際立っています。. 航空宇宙で広く使用されています, 自動車, および医療分野, ここでさえ小さなエラー (0.01mmという小さい) システムの故障を引き起こす可能性があります.

なぜそれが重要なのか: 自動車部品サプライヤーが一度手動機械加工を使用してトランスミッションギアのプロトタイプを作成しました. プロトタイプの寸法誤差は0.15mmでした, テスト中に騒々しい操作と早期摩耗につながります. CNCギアプロトタイピングへの切り替え, エラーを0.02mmに減らしました, そして、次のテストの実行は摩耗の問題なしでスムーズでした.

2. 段階的なCNCギアプロトタイプ加工プロセス

プロセスにはあります 6 コアステージ - プロトタイプが設計基準を満たすことを保証するために重要です. 下の表を使用して、適切な機器に一致します, 材料, プロジェクトのパラメーター.

2.1 デザイン & プログラミング: 精度の基礎を築きます

この段階は、ギアのデザインを機械の読み取り可能な指示に変えることです. これらの手順に従ってください:

3Dギアモデルを作成します: SolidWorksなどのソフトウェアを使用します, Autocad, またはSiemens NX. のような重要な詳細を含めます:

歯数 (例えば。, 20-40 ほとんどの工業用具の歯).
モジュール (ギア歯のサイズ - 共通の値: 0.5-5mm).
圧力角 (通常、標準ギアの場合は20°).

機械加工に最適化します: たとえば、ギアのアプリケーションを検討してください:

高トルクを処理する必要がある場合, ギアハブをモジュールの1.5倍に厚くします.
ノイズが懸念される場合, 歯のプロファイルにわずかな曲線を追加します (歯の冠) 摩擦を減らすため.

CNCコードを生成します: CAMソフトウェアを使用します (例えば。, Mastercam, 融合 360) 3DモデルをGコードに変換します. このコードは、CNCマシンに切断パスを伝えます, スピード, および供給率.

ケーススタディ: ロボティクス会社はヘリカルギアプロトタイプを設計しましたが、ヘリックス角度の切断パスを調整するのを忘れていました (15°). 彼らの最初のCNCランは、歪んだ歯でギアを生産しました. ヘリックス角を考慮してCAMソフトウェアを再プログラミングした後, 次のプロトタイプには完璧な歯の幾何学がありました.

2.2 機器の選択: ギア加工用のマシンを選択します

すべてのCNCマシンがギアに機能するわけではありません。剛性が高く、正確な制御が必要なギアが必要です. これが最良のオプションの内訳です:

機器の種類	重要な機能	に最適です
CNCギアホッビングマシン	円筒形のギアに特化しています; 連続したスパイラルで歯を切ります.	拍車ギア, らせんギア (最も一般的なギアタイプ).
CNCギアシェーピングマシン	往復カッターを使用して歯を形作ります; 内部ギアで動作します.	内部ギア, 狭い顔のギア.
高リジット垂直マシニングセンター (VMC)	ギアカットツールを装備しています; 複雑なギアの形状の多用途.	ベベルギア, ワームギア (非標準ギアタイプ).

2.3 材料の準備 & 固定

ギアの目的の使用に一致する素材を選択します, 次に、シフトを防ぐためにマシンに固定します.

2.3.1 材料の選択

材料	機械的特性	に最適です
アルミニウム合金 (6061-T6)	軽量 (2.7 g/cm³), 優れた機械性.	低トルクアプリケーション (例えば。, 小さなロボット工学).
ステンレス鋼 (304)	耐性耐性, 高強度 (515 MPA引張強度).	食品加工, 医療機器.
合金鋼 (4140)	高い硬度 (28-32 熱処理後のHRC), 耐摩耗性.	高トルクアプリケーション (例えば。, 自動車の送信).

2.3.2 材料固定

aを使用します 3-ジョーチャック 円筒形のギアブランク用 (同心性を保証します。滑らかな回転のために重要です).
大きなギア用 (diameter >200mm), aを使用します フェイスプレート T-Slotsを使用して、ブランクを保護します.
ランアウトを確認してください (振動) ダイヤルインジケーターを使用して - 加工エラーを避けるために0.01mm未満のランアウト.

2.4 荒れ: 余分な材料を速く削除します

ラフ化は、ギアの空白をすぐに近くの形にすぐに形作ることです. 重要なパラメーター:

切削工具: 高速スチール (HSS) またはカーバイドホブ (ホッビングマシン用).
切断速度: 80-150 m/my (アルミニウムの方が速い, スチールの場合は遅い).
フィードレート: 50-100 mm/min (速度とツールの寿命のバランス).
ゴール: 仕上げのために0.1-0.3mmの材料を残します (「加工手当」と呼ばれる).

2.5 仕上げ: 最終的な精度を達成します

仕上げは、正確なデザイン仕様を満たすためにギアを改良します. この段階は、歯の精度と表面の品質にとって重要です:

切削工具: 研磨されたカーバイドホブまたはギアシェーパーカッター (滑らかな歯の表面用).
切断速度: 60-120 m/my (ツールの摩耗を減らすために、ラフよりも遅い).
フィードレート: 20-50 mm/min (より良い精度のために遅い).
ゴール: ±0.01-0.03mmの寸法精度とRAの表面粗さを達成する 0.8-1.6 μm.

2.6 治療後 & 品質検査

機械加工後, テストのためにプロトタイプを準備し、その品質を検証します:

クリーニング: 脱脂剤を使用します (例えば。, イソプロピルアルコール) ギアの歯から切断液と金属チップを削除する.
表面処理 (必要に応じて):

熱処理 (例えば。, 合金鋼用の浸炭) 硬度を高めるために 58-62 HRC.
マット仕上げのサンドブラスト (食品加工装置のまぶしさを減らします).
メッキ (例えば。, ステンレス鋼用の亜鉛メッキ) 耐食性を改善するため.

品質検査:

aを使用します ギア測定センター 歯のプロファイルを確認します, ピッチ, そしてランアウト.
動力計を使用したテストトルク容量 - a 4140 スチールギア 20 歯 (モジュール2mm), のトルク容量を目指します 50-100 n・m.
交尾ギアでギアを実行してノイズを確認してください 1,000 RPM—ノイズレベルは以下にする必要があります 70 DB.

3. 技術的な利点 & CNCギアプロトタイプの機械加工の課題

長所と短所を理解することは、プロジェクトを効果的に計画するのに役立ちます.

3.1 重要な利点

高精度: ±0.005mmという小さい寸法エラーを達成します。航空宇宙または医療機器のギアについては批判的.
再現性: CNCマシンは毎回同一のプロトタイプを生成します。複数の設計反復をテストするのに最適です.
複雑: 標準以外のギアを機械加工できます (例えば。, ワームギア, ベベルギア) 伝統的な方法はできません.

3.2 一般的な課題

高い機器コスト: CNCギアホッビングマシンのコスト \(50,000-\)200,000 - 小さなスタートアップのリーチのアウト.
プログラミングの複雑さ: ヘリカルまたはベベルギア用のGコードには高度なカムスキルが必要です。.
ツールウェア: ギアカットツールは速く摩耗します (例えば。, 炭化物のホブが続きます 50-100 鋼のプロトタイプ) - 材料コストを増やします.

4. 業界アプリケーションのケース

CNCギアプロトタイプの機械加工は、3つの重要な分野で使用されます:

自動車: 自動車メーカーがCNCプロトタイピングを使用してエンジンタイミングギアをテストしました. プロトタイプの精度は±0.02mmでした, テストでは、エンジンノイズが減少したことが示されました 15% 古いデザインと比較して. 彼らは今、このデザインを最新のセダンモデルで使用しています.
産業用ロボット: ロボットメーカーは、腕のために高精度の明確なギアを必要としていました. CNCプロトタイピングにテストを許可します 3 イテレーション 2 週 (vs. 6 伝統的な方法を備えた週). 最終的なプロトタイプのランアウトは0.01mmでした, スムーズなロボットの動きを確保します.
医療機器: 医療機器会社はCNCプロトタイピングを使用して外科用ドリル用のギアを作成しました. ステンレス鋼のプロトタイプは腐食耐性があり、のトルク容量がありました 80 n・m - ドリルの高速操作に最適です.

CNCギアプロトタイプの機械加工プロセスに関するYiguテクノロジーの見解

Yiguテクノロジーで, サポートしています 300+ 最適化するクライアント CNCギアプロトタイプ加工プロセス. 最大の問題点は、精度とコストのバランスをとることです。多くのチームは、シンプルなギアのハイエンドマシンで過剰に支出しています. 私たちの解決策: たとえば、カスタム機器 - 材料パッケージ, 予算に優しいVMCのペアリング 6061 低トルクギア用のアルミニウム, またはギアホッビングマシンと 4140 高トルク部品用のスチール. これにより、コストが削減されます 25% 精度を±0.03mmに保ちながら. また、コードエラーを回避するためのCAMプログラミングサポートも提供しています.