Tandwielen zijn de stille, onmisbare helden van de moderne wereld. Van de complexe werking van een voertuigtransmissie tot de kolossale kracht van een windturbine, deze getande componenten zijn essentieel voor de mechanische krachtoverbrenging. Eeuwenlang was de productie van tandwielen een streven naar precisie en efficiëntie, gedomineerd door gevestigde processen zoals frezen, vormen en brootsen. De onophoudelijke eisen van de moderne industrie – voor hogere productievolumes, grotere kostenefficiëntie en een nauwere componentintegratie – hebben echter de ontwikkeling van een transformatieve technologie gestimuleerd:Machinaal skiën.

Het bewerkingsprincipe van power skiving

In essentie is power skiving een continu generatief snijproces dat de hoge rotatiesnelheid van het vertanden synergetisch combineert met de gereedschap-werkstukopstelling van het tandwielvormen. Het is een complex "rol"- of "schaaf"-proces waarbij een gespecialiseerde, meertandige frees en het tandwiel in een nauwkeurig gesynchroniseerde, in elkaar grijpende beweging roteren.

Het kenmerkende van power skiving is dehoek van het snijpunt met de assen (Σ)In tegenstelling tot vertanden (waarbij de assen van het gereedschap en het werkstuk een hoek van 90 graden vormen, met een verschuiving ten opzichte van de spiraalhoek) of schaven (waarbij de assen parallel lopen), werkt mechanisch schaven met de assen van het gereedschap en het werkstuk onder een specifieke, niet-parallelle en niet-kruisende hoek. Deze hoek is de belangrijkste factor die het proces mogelijk maakt.

Deze zorgvuldig berekende hoek creëert een specifieke relatieve snelheid (slip) tussen de snijkanten van het gereedschap en de flanken van het werkstuk. Terwijl het gereedschap en het werkstuk met hoge snelheid roteren, genereert deze slipsnelheid de snijwerking. Het snijgereedschap, dat lijkt op een schaaffrees maar een spiraalhoek heeft, "schaaft" of "pelt" effectief materiaal van het werkstuk af bij elke doorgang van een snijkant, waardoor continu het involute tandprofiel ontstaat terwijl beide componenten roteren.

Gereedschap: het hart van het proces

De frees voor power skiving is een zeer complex en gespecialiseerd gereedschap. Deze wordt doorgaans gemaakt van massief gecoat hardmetaal voor maximale stijfheid en slijtvastheid, of van hoogwaardig poedermetallurgisch (PM) snelstaal (HSS). Het ontwerp van het gereedschap – inclusief de spiraalhoek, spaanhoek en profiel – wordt specifiek berekend voor het kinematische model van de machine en de exacte geometrie van het te bewerken tandwiel. Deze gereedschapsspecifieke complexiteit is een belangrijke factor in de totale kosten en de insteltijd van het proces.

Voordelen en nadelen van machinaal schaven

Net als elk ander productieproces kent ook het machinaal schaven een aantal unieke afwegingen.

Voordelen:

Extreem hoge productiviteit: Het is aanzienlijk sneller (3-10 keer) dan tandwielvormen en zeer concurrerend met frezen. Voor inwendige tandwielen is het vaak de meest productieve beschikbare methode.

Ongeëvenaarde flexibiliteit: Met dit proces kunnen zowel interne als externe tandwielen, evenals spiebanen, schroefvormige tandwielen en rechte tandwielen op één machine worden bewerkt.

"Alles-in-één"-functionaliteit: Het kan voorbewerken, semi-afwerken en afwerken in één enkele opspanning. Het is ook geschikt voor hard schaven, oftewel het bewerken van tandwielen na warmtebehandeling, waardoor latere slijpbewerkingen overbodig worden.

Hoge kwaliteit: Wanneer uitgevoerd op een robuuste, moderne machine, kan power skiving zeer nauwkeurige tandwielen produceren (bijv. AGMA 10-11, DIN 6-7) met een uitstekende oppervlakteafwerking.

Lost lastige geometrieën op: Het is ideaal voor onderdelen met beperkte gereedschapsruimte, zoals tandwielen met een schouder of flens, waar een frees niet volledig kan uitlopen. Dit is een veelvoorkomend probleem bij compacte transmissieontwerpen.

Nadelen:

Hoge machinekosten: Het proces vereist een zeer geavanceerde, robuuste en thermisch stabiele 5-assige (of meer) CNC-machine met perfecte elektronische synchronisatie, wat een aanzienlijke investering vertegenwoordigt.

Complexe processen en gereedschappen: De kinematica is buitengewoon complex. Procesplanning vereist geavanceerde simulatiesoftware om gereedschapspaden te berekenen en botsingen te voorkomen. De gereedschappen zelf zijn duur en toepassingsspecifiek.

Instelgevoeligheid: Het proces is zeer gevoelig voor een correcte instelling, met name de snijhoek van de assen. Elke verkeerde uitlijning kan de levensduur van het gereedschap en de kwaliteit van het onderdeel drastisch beïnvloeden.

Spanenbeheersing: Het snel verwijderen van grote hoeveelheden materiaal kan uitdagingen met zich meebrengen op het gebied van spanenbeheersing, met name bij het bewerken van diepe binnentanden van tandwielen waar spanen zich kunnen ophopen.

Toepassingsscenario's

Machinaal schaven is geen universele vervanging voor alle andere tandwielproductieprocessen, maar het is wel een dominante oplossing in specifieke, hoogwaardige sectoren, met name in de massaproductie.

Automobielindustrie: Dit is de grootste afnemer. Het proces wordt veelvuldig gebruikt voor de productie van interne transmissieonderdelen zoals kroonwielen, planetaire tandwielen en vertande koppelingshuizen. De mogelijkheid om snel en met hoge precisie interne tandwielen en complexe vertanding te creëren is van onschatbare waarde voor moderne, compacte automatische en elektrische voertuigtransmissies.

Lucht- en ruimtevaart: Gebruikt voor de productie van spiebanen en tandwielen voor aandrijfsystemen, waar hoge betrouwbaarheid en complexe, lichtgewicht ontwerpen van cruciaal belang zijn.

Industriële machines: Ideaal voor de productie van componenten zoals pomptandwielen, koppelingen en andere spiebanen waar productiviteit en precisie essentieel zijn.

De ideale kandidaat voor machinaal schaven is een component met een middelgroot tot groot productievolume, met name een inwendig tandwiel of een tandwiel met overlappende schouders, waarbij de tijdsbesparing de hoge initiële investering in machines en gereedschap kan rechtvaardigen.

Conclusie

Power skiving heeft met succes de sprong gemaakt van een 100 jaar oud theoretisch concept naar een moderne, krachtige productiemethode. Door de snelheid van vertanden te combineren met de flexibiliteit van vormgeven, heeft het een cruciale kloof in de tandwielproductie fundamenteel overbrugd. Het biedt een ongeëvenaarde oplossing voor de massaproductie van interne tandwielen en complexe spiebanen, wat de efficiëntie verhoogt en de weg vrijmaakt voor de volgende generatie compacte, krachtige mechanische systemen. Naarmate de technologie van werktuigmachines, simulatiesoftware en snijgereedschappen zich verder ontwikkelt, zal de toepassing van power skiving naar verwachting toenemen, waardoor de rol ervan als revolutionaire kracht in de tandwielproductie verder wordt versterkt.