Повышение эффективности зубофрезерования червячных и спироидных колес посредством комплексного управления процессом – часть 1

Машиностроение      Постоянная ссылка | Все категории

На правах рукописи

СУХАРСКИЙ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ зубофрезерования ЧЕРВЯЧНЫХ и спироидных КОЛЕС посредством комплексного управления процессом

Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Орел 2009

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения и конструкторско-технологическая информатика» Орловского государственного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Тарапанов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Комаров Владимир Алексеевич

кандидат технических наук, доцент

Сотников Владимир Ильич

Ведущее предприятие Российский электротехнический концерн

ООО «РУСЭЛПРОМ» (г. Москва)

Защита диссертации состоится « 25 » декабря 2009 г. в «14» часов в ауд. 212 на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 по адресу: 302020, Россия, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, главный корпус, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета (302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29).

Автореферат разослан « 23 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Василенко Ю. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обработка деталей с периодическими профилями (червячные колеса, спироидные колеса, зубчатые колеса, зубчатые муфты, детали шлицевых соединений и др.) является одним из наиболее трудоемких видов производств современного машиностроения. Решением вопросов качественного изготовления червячных передач наука и производство занимаются более 100 лет.

В любых разновидностях червячной передачи, включая глобоидные и спироидные, передаточное число многократно превышает отношение делительных диаметров червяка и колеса, что позволяет заменить одной компактной передачей многоступенчатый зубчатый редуктор. Поэтому червячные передачи оригинальных конструкций, наряду со стандартизированными редукторами, широко применяются в металлургическом и ремонтном оборудовании, различных силовых и делительных механизмах станков и прочих машинах. Использование многозаходных червячных и спироидных передач позволяет во многих случаях упростить кинематику, повысить надежность, уменьшить габаритные размеры, снизить трудоемкость изготовления привода.

Реальный рост нагрузочной способности, долговечности и точности червячных и спироидных передач, напрямую зависит от метода формообразования производящей поверхности и точности изготовления червячной фрезы для червячных колес, прогнозирования сил резания, определением погрешностей зубчатых колес, вызванных деформацией технологической системы.

Современные разработки инструментальщиков и станкостроителей в области создания новых схем разделения срезаемых слоев, определения оптимальной геометрии, использования станков с ЧПУ, оперативно вводящих коррекцию по результатам измерений обрабатываемой или обработанной детали, расширяют возможности такого зубофрезерования и позволяют повысить его производительность и эффективность.

Изменения, вносимые в отработанные технологические процессы, в свою очередь, приводят к большим затратам, связанным с детальным изучением схемы резания и разработкой режимов обработки и влиянием вносимых изменений на показатели качества готовой детали. В этой связи актуальна задача определения степени влияния различных параметров (конструкций инструмента, схем резания, режимов резания) на такие показатели, как качество червячного и спироидного колес, производительность обработки, стойкость червячной фрезы и создание методики управления процессом, основанная на анализе виртуальных моделей, позволяющей не только значительно сократить расходы, но и исключить нерациональные варианты обработки на ранних стадиях проектирования.

Проблемы достижения данной цели при обработке червячных и спироидных колес зубофрезерованием, сопряжен с кинематически сложным процессом, зависимостью его от множественных входных параметров, а также от большого количества стохастических погрешностей, сопутствующих нарезанию зубьев.

Цель работы. Повышение эффективности зубофрезерования червячных и спироидных колес на основе управления комплексом параметров процесса, включающим широкий диапазон сочетания подач и размеров заборного конуса инструмента.

Для реализации цели работы необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:

- разработать математическую модель, отображающую обработку червячных и спироидных колес червячными фрезами;

- выполнить анализ кинематики, включающий определение рабочих углов инструмента и параметров срезаемого слоя;

- провести анализ составляющих сил и выявить степень влияния режимов обработки, схем резания, параметров нарезаемого червячного и спироидного колес и инструмента на их величину и изменения;

- определить среднюю высоту профиля шероховатости зубьев червячных и спироидных колес за счет разработанной универсальной методики;

- экспериментально установить адекватность теоретических расчетов;

- разработать практические рекомендации по повышению точности деталей и производительности обработки.

Методы исследования. Использовались научные основы технологии машиностроения, теории резания металлов. Теоретическое исследование проводилось на базе методологии системного анализа, векторного анализа, теорий зубчатых зацеплений, дифференциальной геометрии.

Экспериментальные исследования проводились на действующем оборудовании в лабораториях кафедры ТМиКТИ ОрелГТУ и в реальных производственных условиях ОАО «Промприбор» (г. Ливны Орловская обл.) на заводе им. Медведево (г. Орел). Измерения производились в «Центральной измерительной лаборатории» ОАО «Промприбор» при помощи многофакторного планирования экспериментов и статистического анализа, математического моделирования и программирования.

Научная новизна. Разработана универсальная математическая модель процесса зубофрезерования червячных и спироидных колес червячными фрезами со стандартным и модифицированным профилем, позволяющая за счет управления технологическими параметрами, параметрами детали и инструмента повысить эффективность процесса обработки.

Новый способ обработки червячных и спироидных колес комбинированной подачей фрезы с заборным конусом.

Практическая ценность работы заключается:

- в повышении эффективности зубофрезерования червячных и спироидных колес за счет комбинированной подачи червячной фрезой с определенным заборным конусом;

- в управлении величиной шероховатости червячных и спироидных колес, и исключении нерациональных вариантов обработки на стадии проектирования;

- в улучшении параметров точности профиля боковой поверхности зубьев червячных и спироидных колес на 1-2 степени;

- в снижении максимальных составляющих силы резания при зубофрезеровании в 1,2 раза;

- в экономии инструментального материала до 35%.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебном процессе при чтении курса «Технология машиностроения» в ОрелГТУ, а также апробированы и внедрены на ОАО «Промприбор» (г. Ливны Орловская обл.), ООО «Электромаш» (г. Ливны Орловская обл.).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» (г. Орел, 2007, 2008, 2009 г.); «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе. Технология – 2008» (г. Орел, 2008 г.), «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2007 г.); «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, 4 из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, для публикации трудов на соискание ученых степеней и 4 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 165 страницах основного текста, содержит 91 рисунок и 2 таблицы. Состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 99 наименования, 3 приложений.

Автор выражает благодарность к. т.н. доценту Полохину О. В. за консультации по теме диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований нарезания зубьев червячных колес на основе анализа математического отображения схем резания, позволяющих повысить точность червячных и спироидных колес и производительность обработки.

В первой главе представлены основные типы и тенденции развития червячных передач в современных машинах и механизмах, определена степень влияния различных параметров на такие показатели, как точность и качество червячного колеса, производительность обработки. Доказано, что несмотря на широкую распространенность данного метода зубофрезерования червячных колес существует ряд направлений, позволяющих повысить эффективность и производительность обработки червячных колес.

Проведен анализ современных конструкций инструментов червячного типа, ориентированных на чистовое зубонарезание или на предварительную обработку червячных колес. Рассмотрены особенности кинематики формообразования при обработке червячных колес, современные кинематические схемы зубофрезерования червячных колес, включая станки с ЧПУ, позволяющие увеличить точность нарезаемых колес за счет оперативного введения коррекции по результатам измерения обработанной или обрабатываемой детали.

В рассмотренных работах причины линейного размерного износа и закономерность его увеличения в процессе резания исследованы в достаточной степени и даны практические рекомендации по его уменьшению, однако физические причины возникновения локального износа (лунки) на выходном режущем лезвии червячной фрезы, а также ее увеличение и смещение с увеличением скорости резания и сложности срезаемых слоев были изучены недостаточно полно.

Проанализировано состояние вопроса расчета составляющих силы резания в свете работ российских и зарубежных исследователей. Рассмотрены современные воззрения на влияние силы резания, ее составляющих и их изменения в процессе обработки на точность и шероховатость червячных колес, обрабатываемых червячными фрезами.

Определены основные направления по управлению параметрами точности и шероховатости зубофрезерованию червячных колес. Поставлена цель работы и сформулированы задачи исследований.

Проведенный анализ литературных источников позволяет сделать вывод, что в настоящее время не существует обобщенной методики теоретической оценки зубонарезания, которая позволяла бы производить исследование методов нарезания червячных и спироидных колес, обладающих определенным набором общих свойств, с целью прогнозирования параметров процесса резания на этапе разработки технологического процесса, а также при анализе новых способов зубофрезерования.

Во второй главе разработана комплексная методика теоретико – экспериментального исследования зубофрезерования червячных и спироидных колес, позволяющая прогнозировать и управлять основными параметрами процесса: силы резания, точность и шероховатость боковой поверхности зуба колеса, пространственное математическое отображение схемы резания червячных колес с радиальной подачей:

(1)

где m – модуль; a0 – угол профиля; «±» – входная или выходная кромка; aw – межосевое расстояние, Sр – радиальная подача инструмента; диаметр вершин червячной фрезы; – делительный радиус червячного колеса.

Для преобразования математического отображения схемы резания (1) с тангенциальной подачей следует приравнять радиальную подачу к нулю, наложить ограничения на боковые режущие кромки по длине, а вершинную режущую кромку выразить в долях модуля.

Предложенное математическое отображение схемы резания является трансформируемым для обработки зубчатого венца спироидной передачи червячной фрезой (рис. 1):

(2)

где – осевая подача инструмента, – смещение инструмента вдоль оси Z.

Параметрами варьирования математического отображения являются y (параметр подачи), j (параметр скорости) и Dh (параметр режущей кромки). Изменение Dh дает возможность воспроизвести контур режущих лезвий зуба инструмента (червячная фреза), изменение y, j – перемещение этого контура в соответствии с особенностями кинематики зубофрезерования.

Пространственное представление математического отображения схемы резания позволяет рассчитать траекторию любой точки режущей кромки в пространстве, а, следовательно, и определить кинематическое изменение углов резания и толщины срезаемых слоев.

Для определения кинематических параметров режущей кромки необходимо провести векторный анализ пространственного математического отображения схемы резания.

Рисунок 1 – Цилиндрическая спироидная Рисунок 2 – Схема определения

передача. кинематических параметров при

профилировании зуба червячного колеса.

– вектор скорости (рис. 2) перемещения в направлении движения подачи:

(3)

– вектор скорости перемещения в направлении движения резания:

(4)

– вектор скорости перемещения в направлении движения радиальной подачи:

(5)

где t – время.

Кинематическое изменение заднего угла определяется c помощью вектора скорости колеса и вектора скорости инструмента по формуле (рис. 1):

, (6)

где – координаты вектора подачи ,

координаты вектора скорости

Для вычисления толщины срезаемого слоя необходимо получить уравнение плоскости р, касательной к поверхности резания в точке N. Эта плоскость определяется тремя векторами.

Вектор , в направлении которого измеряется толщина срезаемого слоя, должен быть перпендикулярен к плоскости p в точке N:

Машиностроение      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника