فرزکاری غلتکی

یک ماشین برش دهنده چرخ‌دنده درکنار یک چرخ‌دنده.

برش‌دهنده چرخ‌دنده

فرزکاری غلتکی (به انگلیسی: Hobbing) یک فرایند ماشین‌کاری و نوع خاصی از ابزار فرزکاری است که برای ایجاد برش یا شیار مورد نظر در چرخدندها و شفت‌ها، چرخ زنجیر‌ها مورد استفاده هستند. این نوع ابزار برش به صورت تدریجی با قطعه‌ای به نام برش‌دهنده چرخ‌دنده برش مورد نظر در قطعه کار ایجاد می‌کند. در مقایسه با دیگر فرایند برش چرخ‌دنده فرایندی ارزان و دقیق است و در طیف گسترده‌ای کاربرد دارند.

منابع

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Hobbing». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۸ اسفند ۱۳۹۳.

یک هال - کاتری که برای هابینگ استفاده می‌شود.

هابینگ (به انگلیسی: Hobbing) یک فرایند ماشین‌کاری برای برش چرخ‌دنده، برش اسپلاین و برش زنجیر بر روی دستگاه هابینگ است که نوع خاصی از دستگاه فرز است. دندانه‌ها یا خارهای چرخ‌دنده به تدریج در مواد (یک قطعه فلزی مسطح و استوانه ای) توسط یک سری برش‌هایی که توسط ابزار برشی به نام هاب ایجاد می‌شود، بریده می‌شوند. در مقایسه با سایر فرآیندهای شکل دهی چرخ‌دنده، نسبتاً ارزان است اما هنوز کاملاً دقیق است، بنابراین برای طیف گسترده‌ای از قطعات و مقادیر استفاده می‌شود.

این پرکاربردترین فرایند برش دنده برای ایجاد چرخ‌دنده‌های ساده و مارپیچ است و دنده‌های بیشتری نسبت به هر فرایند دیگری با سوراخ کردن بریده می‌شوند زیرا نسبتاً سریع و ارزان است.

برای برش چرخ‌دنده‌های داخلی که با یک کاتر چرخشی (به جای این که شکل داده شوند یا برش داده شوند) بریده می‌شوند، می‌توان از نوعی فرایند برش دادن شبیه به چرخ‌دنده‌های بیرونی استفاده کرد.

روند

چرخ‌دنده‌ها بر روی دستگاه افقی چرخ‌دنده CNC

چرخ‌دنده‌ها بر روی دستگاه افقی چرخ‌دنده CNC

هابینگ از یک دستگاه هابینگ با دو دوک برش استفاده می‌کند که یکی با قطعه کار برش نخورده و دیگری با هاب نصب شده‌است. زاویه بین دوک (محور) هاب و دوک قطعه کار بسته به نوع محصول تولید شده متفاوت است. به عنوان مثال، اگر یک چرخ‌دنده در حال تولید باشد، زاویه هاب برابر با زاویه محور صفحه است. اگر یک چرخ‌دنده مارپیچ تولید می‌شود، زاویه باید به اندازه زاویه حلزونی چرخ‌دنده مارپیچافزایش یابد. انواع چرخ‌دنده‌ها در تولید شده توسط فرایند هابینگ عبارتند از: مستقیم، مارپیچ، اریب مستقیم، صورت، تاج دار، حلزونی، سیلکرو و پخ.دو شفت با یک نسبت متناسب می‌چرخند، که تعداد دندانه‌های روی برش نخورده را تعیین می‌کند. به عنوان مثال، برای یک هاب تک رزوه ای اگر نسبت دنده ۴۰:۱ باشد، هاب ۴۰ بار در هر چرخش صفحه برش نخورده می‌چرخد، که ۴۰ دندانه در فضای برس نخورده ایجاد می‌کند. اگر هاب چندین رزوه داشته باشد، نسبت سرعت باید در تعداد رزوه‌های روی هاب ضرب شود.سپس هاب به قطعه کار وارد می‌شود تا عمق مناسب دندان به دست آید. در نهایت هاب بر روی قطعه کار به موازات محور چرخش قسمت برش نخورده حرکت می‌کند.

اغلب، در طول تولید انبوه، چندین قطعه با استفاده از یک حالت مناسب روی هم چیده می‌شوند، سپس در یک عملیات بریده می‌شوند.

برای چرخ‌دنده‌های بسیار بزرگ می‌توان ابتدا قسمت‌های ناصاف برش نخورده را به شکل صاف درآورد تا کار کردن آسان‌تر شود.

تجهیزات

یک دستگاه هابینگ افقی

یک دستگاه هابینگ افقی

یک ماشین هابینگ افقی برای چرخ‌دنده‌های CNC

ماشین‌های هابینگ، که به نام هابر نیز شناخته می‌شوند، ماشین‌های کاملاً خودکاری هستند که در اندازه‌های مختلف تولید می‌شوند، زیرا باید بتوانند هر چیزی را از چرخ‌دنده‌های ابزار کوچک تا چرخ‌دنده‌های دریایی با قطر ۱۰ فوت (۳ متر) تولید کنند. هر دستگاه چرخ‌دنده معمولاً از یک چاک و دم برای نگه داشتن قطعه کار یا یک دوک، دوکی که هاب روی آن نصب شده‌است و یک موتور محرکه تشکیل شده‌است.

برای پروفیل دندانه‌ای که از نظر تئوری یک پیچ‌خوردگی است، قفسه پایه یک طرفه است، با دو طرف به زاویه فشار شکل دندانه، با بالا و پایین صاف. برای تصحیح ادندوم (به انگلیسی: addendum) لازم برای اجازه دادن به استفاده از پینیون‌های با شماره‌های کوچک را می‌توان با اصلاح مناسب این قفسه به شکل مدور در نوک‌ها، یا با سوراخ کردن در قطر دایره گام نظری به دست آورد. از آنجایی که نسبت دنده بین هاب و فضای خالی ثابت است، چرخ‌دنده به دست آمده گام صحیحی روی دایره گام خواهد داشت، اما ضخامت دندانه برابر با عرض فضا نخواهد بود.

ماشین‌های هابینگ با بزرگترین ماژول یا قطر گامی که می‌توانند تولید کنند مشخص می‌شوند. به عنوان مثال، یک ماشین با ظرفیت ۱۰ اینچ (۲۵۰ میلی‌متر) می‌تواند چرخ‌دنده‌هایی با قطر گام ۱۰ و معمولاً حداکثر ۱۰ در عرض صورت تولید کند. بیشتر ماشین‌های هابینگ هابر عمودی هستند، به این معنی که قسمت خالی به صورت عمودی نصب می‌شود. معمولاً از دستگاه‌های هابینگ افقی برای برش قطعات کار طولانی‌تر استفاده می‌شود. به عنوان مثال برش خطوط در انتهای یک شفت.

هاب

چرخ‌دنده ساخته شده توسط دستگاه هابینگ

هاب یک ابزار برشی است که برای برش دندانه‌ها در قطعه کار استفاده می‌شود. استوانه‌ای شکل با دندانه‌های برش مارپیچ است. این دندانه‌ها دارای شیارهایی هستند که در طول هاب قرار دارند که به برش و حذف کردن براده کمک می‌کند. همچنین هاب‌های مخصوصی برای چرخ‌دنده‌های خاص مانند چرخ‌دنده‌های اسپلاین و چرخ‌دنده زنجیری طراحی شده‌است.

شکل مقطع دندانه‌های هاب تقریباً به شکل دندانه‌های چرخ‌دنده‌ای است که با محصول نهایی استفاده می‌شود. تغییرات جزئی در شکل برای اهداف تولید وجود دارد، مانند افزایش طول دندانه هاب برای ایجاد فضای خالی در ریشه‌های چرخ‌دنده. برای کاهش اصطکاک، هر یک از دندانه‌ها در قسمت پشتی شل می‌شود.

بیشتر هاب‌ها هاب‌های تک رزوه‌ای هستند، اما هاب‌های دو و سه رزوه میزان تولید را افزایش می‌دهند. نکته منفی این است که آنها به اندازه هاب‌های تک رشته‌ای دقیق نیستند.بسته به نوع دندانه چرخ‌دنده‌ای که قرار است برش داده شود، هاب‌های سفارشی و هاب‌های عمومی وجود دارد. هاب‌های حرارتی سفارشی با دیگر هاب‌ها متفاوت هستند، زیرا برای ساخت چرخ‌دنده‌هایی با پروفیل‌های دندانه‌ای اصلاح‌شده مناسب هستند. پروفیل دندانه برای افزایش استحکام و کاهش اندازه و صدای چرخ‌دنده اصلاح شده‌است.

در این لیست انواع هاب‌ها مشخص شده‌است:

• هاب چرخ زنجیر غلتکی
• هاب چرخ حلزونی
• هاب اسپلاین
• هاب‌های پخ‌دار
• هاب چرخ‌دنده حلزونی
• هاب‌های اسپلاین سمت راست
• هاب‌های اسپلاین در پیچ
• هاب دندانه‌دار
• هاب چرخ‌دنده نیمه سرپوش

کاربردها

هابینگ برای ساخت انواع چرخ‌دنده‌های تکمیل شده زیر استفاده می‌شود:

• چرخ‌دنده‌های مدور (به بخش بعدی مراجعه کنید)
• چرخ‌دنده‌های مارپیچ
• چرخ‌دنده‌های در پیچ
• ضامن چرخ‌دنده
• چرخ‌دنده‌های اسپلاین
• چرخ‌دنده زنجیردار
• چرخ‌دنده ساده
• چرخ‌دنده‌های مارپیچ

از هابینگ برای تولید بیشتر چرخ‌های حلزونی گلودار استفاده می‌شود، اما برخی از پروفیل‌های دندانه را نمی‌توان سوراخ کرد. اگر هر قسمتی از پروفیل هاب عمود بر محور باشد، در آن صورت هیچ فاصله برشی ایجاد شده توسط فرایند پشتیبان‌گیری معمولی نخواهد داشت و به خوبی برش نخواهد خورد.

اشکال مدور

برای چرخ‌دنده‌های مدور (همان‌طور که در مشخصات BS978-2 برای چرخ‌دنده‌های گام ریز استفاده می‌شود) و چرخ‌دنده‌های نوع مدور، هر ماژول، نسبت و تعداد دندانه‌ها در پینیون به کاتر هابینگ متفاوتی نیاز دارد، بنابراین این تکنیک فقط برای تولید حجم زیاد مناسب است.

برای دور زدن این مشکل، یک استاندارد چرخ‌دنده قوس دایره‌ای اضطراری در زمان جنگ تولید شد که یک سری فرم‌های نزدیک به مدور را ارائه می‌کرد که می‌توان آن را با یک صفحه برای هر ماژول برای هشت دندانه و به‌بالا برش داد تا در منابع تولید کاتر صرفه‌جویی شود. نوع دیگری از این هنوز در BS978-2a (چرخ‌دنده‌های ابزار و مکانیسم‌های ساعت. چرخ‌دنده‌های نوع مدور. چرخ‌دنده‌های نوع قوس دایره‌ای دوتایی) گنجانده شده‌است.

تلورانس‌های متمرکز بودن هاب، ماژول‌های پایینی را که می‌توان عملاً با هابینگ برش داد را تا حدود ۰٫۵ ماژول محدود می‌کند.

تاریخچه

کریستین شیله از لنکستر انگلستان، در سال ۱۸۵۶ ماشین هابینگ را به ثبت رساند. این ماشین ساده بود، اما قطعات ابتدایی آن در نقشه‌های ثبت اختراع مرسوم وجود دارد. ابزار برش هاب و چرخ‌دنده‌های قطاری برای ارائه نسبت مناسب به وضوح قابل مشاهده است. دانش هابینگ احتمالاً مقدم بر ثبت اختراع او در تجارت ساعت‌سازی است.

بسیاری از شرکت‌های تولیدی که موزه‌هایی دربارهٔ نحوه تولید محصولات در زمان‌های گذشته نگهداری می‌کنند، نمونه‌هایی از صفحه‌های هاب‌های دنده دستی دارند که به تولید چرخ‌دنده‌های قبل از قرن نوزدهم و قبل از آن کمک می‌کردند. در کنار این هاب‌های دنده دستی، نمونه‌هایی از اولین هاب‌های دنده نیمه خودکار و در نهایت نمونه‌هایی از فناوری جدیدتر که فرایند کاملاً خودکاری را که هاب‌های دنده مدرن برای تولید چرخ‌دنده‌های امروزی استفاده می‌کنند، نشان می‌دهد، ارائه خواهد شد. تعداد کمی از تولیدکنندگان هاب‌های دنده‌ای نیز ادبیات جالبی در مورد تاریخچه هاب‌های دنده‌ای دارند، از جمله جزئیاتی در مورد اینکه چگونه هاب‌های دنده مدرن می‌توانند هزاران چرخ‌دنده را در یک ساعت تولید کنند.

جستارهای وابسته

• ماشین‌کاری
• چرخ‌دنده‌سازی
• مهندسی مکانیک
• متالورژی
• ابزارهای برشی
• دستگاه فرز

کتابشناسی - فهرست کتب

• American Society for Metals; Cubberly, William H.; Bardes, Bruce P. (1978), Metals Handbook: Machining, vol. 16 (9th, Illustrated ed.), ASM International, ISBN 978-0-87170-007-0.
• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Drozda, Tom; Wick, Charles; Benedict, John T.; Veilleux, Raymond F.; Society of Manufacturing Engineers; Bakerjian, Ramon (1983), Tool and Manufacturing Engineers Handbook: Machining, vol. 1 (4th, illustrated ed.), Society of Manufacturing Engineers, ISBN 978-0-87263-085-7. صفحهٔ ۱۰۵, «اما مشخص شده بود که این کرم شکلی از قفسه‌های پیوسته‌است و تنها چیزی که برای بریدن چرخ‌دنده‌ها با آن لازم بود، ایجاد لبه‌های برشی روی آن بود - برای ساختن یک صفحه (شکل ۴۵). دندانه‌ها با این روش احتمالاً برای اولین بار توسط Ramsden در سال ۱۷۶۸ بریده شده بودند.»
• Endoy, Robert (1990), Gear hobbing, shaping, and shaving (Illustrated ed.), Society of Manufacturing Engineers, ISBN 978-0-87263-383-4.
• Jones, Franklin D. (1964), Machine Shop Training Course (5th, Illustrated ed.), Industrial Press Inc., ISBN 978-0-8311-1040-6.
• Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Manufacturing Processes Reference Guide, Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.

برای مطالعهٔ بیشتر

• Burstall, Aubrey F. (1965), A History of Mechanical Engineering, MIT Press, ISBN 0-262-52001-X, LCCN 65-10278. صفحهٔ ۳۰۳, "فرآیند هابینگ که در سال ۱۸۵۶ توسط کریستین شیله طراحی شد، به محض اینکه دندانه‌های چرخ‌دندهٔ پیچ‌شکل جایگزین نوع مدور در دهه ۱۸۸۰ شد، به یک فرآیند عملی برای کار تولید تبدیل شد، زیرا هاب پیچ‌خورده، مانند قفسه پیچ‌خورده، دارای طرف‌های مستقیم است (برای کرم شکلی از قفسه پیوسته) به طوری که برای ساختن یک هاب از کرم تنها کاری که باید انجام دهید این است که دندانه‌های کرم را بشکافید تا در حین چرخاندن قسمت خالی را برش دهید."
• GB 185702896, Schiele, Christian, "Machinery for Cutting Nuts, Screws, and Toothed Wheels", published 6 December 1856, issued 5 June 1857 
• Woodbury, Robert S. (1958), History of the Gear-Cutting Machine: A Historical Study in Geometry and Machines, MIT Press, ISBN 978-0-262-73001-3, OCLC 1689960
• Woodbury, Robert S. (1972), "History of the Gear-Cutting Machine.", Studies in the History of Machine Tools, Cambridge, Massachusetts: MIT Press, ISBN 978-0-262-73033-4, LCCN 72006354, OCLC 609185
• Dudley, Darle W. (1969), "The Evolution of the Gear Art", Published by, American Gear Manufacturers Association, Washington D.C. , Library of Congress Catalog Card Number: 72-78509
• Radzevich, Stephen P. (2017), "Gear cutting tools: science and engineering", CRC Press, Second Edition, شابک ‎۹۷۸۱۱۳۸۰۳۷۰۶۹. Chapter 1 provides a very comprehensive and contemporary history of Gear Cutting Tools in Chapter 1.