автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности зубострогания прямозубых конических колес

На правах рукописи

КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВ ИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

М 23Ц

005549003

Орел-2014

005549003

' Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном уч реждении высшего профессионального образования «Государственный университет учебно-научно-производственный комплекс»

Научный руководитель Харламов Геннадий Андреевич

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», профессор кафедры «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Официальные оппоненты Протасьев Виктор Борисович

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», профессор кафедры «Инструментальные и метрологические системы»

Алтухов Александр Юрьевич кандидат технических наук ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» (г. Курск), научный сотрудник Управления научных исследований и инновационных программ

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Брянский государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится «27» июня 2014 г. в «12—» часов на заседании дис сертационного совета Д 212.182.06 по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29 главный корпус, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственног бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образовани «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» (302020 г. Орел, Наугорское шоссе, 29).

Автореферат разослан «30» апреля 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Василенко Юрий Валерьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Прямозубые конические колеса находят широкое применение различных отраслях промышленности. Помимо использования в дифференциалах ав-омобилей их широко применяют в электроинструменте, сельскохозяйственной технике различном оборудовании. Это связано с тем, что в прямозубых конических передачах нижены осевые нагрузки по сравнению со спиральными коническими передачами, так е осевая сила постоянна по направлению, что позволяет упростить конструкцию под-ципниковых узлов.

Известен ряд способов получения прямозубых конических колес.Однако механи-1еская обработка остается основной при создании точных зубчатых колес и используется ри производстве небольших партий разных размеров. Особо важную роль этот факт риобретает в связи с тем, что в настоящее время до 75% предприятий отечественного ашиностроения выпускают продукцию, которая по своему характеру является серийной мелкосерийной.Наибольшее распространение получили процессы зубофрезерования и убострогания по методу обката. Их отличает широкий диапазон нарезаемых модулей олес и относительно высокое (до шестой степени точности) качество получаемого зуб-гатого профиля.

Возрастание требований к функциональным показателям зубчатых колес привело к рименению новых схем обработки, конструкций инструмента, новых инструменталь-шх и обрабатываемых материалов. Однако внесение изменений в отработанные техно-огические процессы ведет к большим затратам, связанным с разработкой режимов резана и определением влияния вносимых изменений на показатели качества изделия. Оп-еделением взаимосвязей параметров технологической системы и качества получаемых гзделий занимались многие российские ученые В. Ф. Безъязычный, А. С. Васильев, . М. Дальский, В. М. Кован, Э. В. Рыжов, А. П. Соколовский, Ю. С. Степанов, А.Г. Су-лов, В. Б. Протасьев, A.C. Тарапанов, О.В. Таратынов, Г.А. Харламов и др.

В этой связи представляется актуальной задача определения степени влияния различ-ых параметров технологической системы и режимов резания на производительность роцесса обработки, качество изделия, стойкость инструмента и разработки алгоритма правления процессом. Это позволит значительно сократить расходы на подготовку про-зводства и определить оптимальные параметры технологической системы, что является азой для бережливого производства.

Цель работы. Повышение качества (точности, шероховатости) и производительно-ти зубострогания прямозубых конических колес методом обката за счет совершенство-ания конструкции инструмента и управления технологическими параметрами процесса бработки.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:

1) разработать математическую модель процесса зубострогания прямозубых кониче-ких колес, позволяющую определить положение точек режущего лезвия инструмента в ространстве, осевые составляющие силы резания, точность и шероховатость обрабаты-аемого профиля;

2) разработать алгоритм управления процессом зубострогания прямозубых кониче-ких колес, сущность которого заключается в

- прогнозировании качественных параметров (точности, шероховатости) процесса бработки в зависимости от заданных параметров технологической системы (геометрии етали, оборудования, инструмента) и режимов резания;

-'определении режимов обработки и конструкции инструмента в зависимости о требуемых параметров точности и шероховатости.

3) определить рациональные величины распределения срезаемых слоев между режу щими лезвиями инструмента;

4) провести экспериментальные исследования влияния режимов обработки и конст рукции инструмента на осевые составляющие силы резания, стойкость инструмент точность и шероховатость;

5) разработать практические рекомендации, направленные на повышение эффектив ности зубострогания конических зубчатых колес по методу обката резцами с дифферен цированными схемами резания.

Объект исследования: процесс зубострогания прямозубых конических колес мето дом обката.

Предмет исследования:производительность и качество (точность, шерохова тость)зубострогания прямозубых конических колес, а так же конструкция зубострогапь ных резцов.

Методика исследований.Теоретические исследования базируются на положения теории резания металлов, проектирования режущего инструмента, научных основ техно логии машиностроения, дифференциальной геометрии, векторного анализа, инженери поверхности.

Экспериментальные исследования проводились на действующем оборудовани Госуниверситета - УНПК, Орловского ЦКП и в реальных производственных условия ОАО «Орелстроймаш» (г. Орел). В основе экспериментальных исследований использо ваны методы многофакторного планирования экспериментов и математической стати стики.

Исследования проводились с помощью лицензионных программных продуктов (Mi crosoftOffice 2007, Lab VIE W 2010, КОМПАС-3 D V13).

Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса зубостро гания прямозубых конических колес методом обката, позволяющая на основе комплекс ного анализа технологических (режима обработки, материала заготовки и жесткост оборудования) и конструкторско-технологических (схемы разделения стружки) парамет ров, управлять точностью и шероховатостью рабочего профиля детали.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• методика комплексного анализа параметров процесса зубострогания прямозубы конических колес методом обката, сочетающая в себе возможность прогнозирования ка чества изделия и определения оптимальных режимов обработки;

• результаты теоретических и экспериментальных исследований зубострогания рез цами с дифференцированными схемами резания прямозубых конических колес методо обката;

• технологические рекомендации по реализации процесса зубострогания прямозубы конических колес резцами с дифференцированными схемами резания.

Практическая значимость работы заключается в обосновании вариантов конст рукции зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания и технологи ческих рекомендаций к ним, обеспечивающих повышение производительности процесса до 1,8 раза.

Реализация результатов работы: разработанные рекомендации по конструкци инструмента с дифференцированной схемой резания и методика управления процессо

бработки прямозубых конических колес апробированы и приняты к внедрению на АО «Орелстроймаш» (экономический эффект более 200 тыс. рублей в год).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались а международных, всероссийских и региональных конференциях: «Фундаментальные и рикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», г. ипецк, 2012; XV Международной научно - технической конферен-ии«Фундаментальные проблемы техники и технологии» «Технология 2012», г. Орел, 012; «Высокие технологии в машиностроении», г. Курган, 2012; VI Всероссийской на-чно-технической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии машино-троительного производства», г. Орел, 2013; ежегодных научно-технических конферен-иях профессорско-преподавательского состава Госуниверситета-УНПК (г. Орел 2011014 гг.).

Диссертация выполнялась при поддержке гранта ФГБУ «Фонд содействия раз-итию малых форм предприятий в научно-технической сфере» «Создание программно-ппаратного комплекса,повышающего эффективность обработки конических зубчатых олес» (2013-2014 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 6 изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций материалов диссертационных иссле-ований.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 154 страницах, содержит 57 исунков и 5 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 7 наименований и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, определены ель, задачи, объект, предмет и методы исследования, раскрыта научная новизна и прак-ическая значимость работы.

В первой главе выделены основные методы производства прямозубых конических олес на современных машиностроительных предприятиях - начальное формирование, ластическое формирование, обработка резанием. Определены преимущества и недостат-и каждого метода, выделена область применения.

Резание является наиболее распространенным методом обработки в мелкосерийном и ерийном производстве, как в России, так и за рубежом. Это связано с тем, что резание по-воляет обеспечить необходимую точность профиля и производительность процесса при аименьших затратах на инструмент и оборудование.

Проведен анализ работ, посвященных обработке зубчатых профилей, оборудованию я нарезания прямозубых конических колес, современных конструкций инструментов, редназначенных для нарезания зубьев как в предварительно прорезанных впадинах, так и а цельной заготовке. Представлены особенности кинематики формообразования рабочего рофиля прямозубых конических колес. Рассматриваются современные станки, приме-яемые для обработки зубьев конических колес. Выделяются основные направления раз-ития зубообрабатывающего оборудования.

Проанализировано состояние вопроса о влиянии силы резания и ее изменения, возни-аюшего в процессе обработки на точность и качество получаемого профиля. Кроме того ассмотрены различные методики расчета данной силы.

Был произведен анализ работ, посвященных износу инструментов, предназначенны для обработки зубчатых колес. В рассмотренных работах вопрос причины линейного раз мерного износа исследован в достаточной степени.Однако, износ инструмента в процесс нарезания методом обката, в результате перемещения стружки и обработанной поверхно сти детали относительно рабочих поверхностей инструмента в условиях повышенны температур и больших давлений, является весьма сложным технологическим процессом Единой теории, охватывающей все стороны износа режущего инструмента и объясняю щей его физические причины, в настоящее время не существует.

Определены возможности влияния параметрами технологической системы на точ ность и качество получаемого изделия. Поставлена цель работы, сформулированы задач! исследования.

Проведенный анализ работ позволил сделать вывод, что на данный момент не суще ствует методики, позволяющей проанализировать процесс обработки профиля прямозубо го конического колеса на этапе технологической подготовки производства с целью опре деления оптимальных параметров технологической системы в зависимости от целево функции процесса обработки.

Во второй главе представлена методика комплексного анализа процесса обработк профиля прямозубого конического колеса методом обката. Данная методика позволяв определить: кинематическое изменение параметров резания (передний угол, задний угол толщина стружки), осевые составляющие силы, возникающей в процессе обработки точность и шероховатость рабочего профиля зуба колеса.

При ипределении зависимостей, отображающих процесс формообразования, был сделаны следующие допущения: обработка ведется по схеме плосковершинного произ водящего колеса, заготовка неподвижна, начало координат расположено в вершине на чального конуса колеса и совпадает с осью симметрии одной из впадин колеса, все необ ходимые для формообразования движения совершает инструмент, обкат происходит п делительной окружности колеса без скольжения.

Математическое описание процесса формообразования (рис. 1,2), заключающегося обработке зубчатого колеса К воображаемым производящим колесом М, представляете выражением, описывающим положение каждой точки профиля впадины прямозубог конического зубчатого колеса в любой момент обработки. Резцы представляют собой зу производящего колеса, а прямолинейные режущие кромки резцов являются сторонами смежных зубьев производящего колеса.

Математическое отображение схемы строгания прямозубого конического колеса пространстве имеет вид:

X = -sin ф (Jtgq>u + Ah) + cos Ф [/sinФ±(Ь + Ahlga')cosф\(м); tg<Pu 'S<Pi,

Y = cos ———(^SPm + bh) + sin-^—[lsin <l>±(b + àhtga')cos0]-ltg<pu (м)\ (1 tg<Pu tgVst

Z - /cos0 + (6 +A/¡íga')sin<2> (.и), где X,Y,Z - координаты точки режущего лезвия резца в процессе резания, м; / - параметр движения резания, линейное перемещение резца, м; Ф - угол поворота производящего колеса; ДА- параметр режущего лезвия, м; b — параметр технологической системы, равный расстоянию от точки А до вершины рассматриваемой режущей кромки, м; а' -профильный угол резца в сечении, перпендикулярном направлению движения;! - входная или выходная кромка.

/,Ф, ДА - являются параметрами варьирования математического отображения схемы резания. Их изменение позволяет определить положение любой точки режущего лезвия в требуемый момент времени.

ОТЧГ^Ж^ я

Рис.1. Нарезание по схеме плосковершинного-производящего колеса:/Г — нарезаемое зубчатое колесо; М — производящее колесо; Ье — длина образующей начального конуса, м; <рЛ1 -угол внутреннего конуса; 12 - радиус окружности впадин зубьев в рассматриваемом сечении, м

Рг.Л.Р/М

Рис. 2. Схема расчета математического отображения процесса резания: со -угол поворота обрабатываемого колеса

Предложенное математическое отображение позволяет произвести расчеты параметров процесса резания - кинематические изменения углов резания, а также толщин урезаемых стружек.

Проведенный векторный анализ математического отображения схемы резания позволил определить положение плоскости резания р, значения кинематических углов в каждом элементе режущего лезвия - переднего у, заднего а, углов наклона режущей кромки, а также толщины срезаемого слоя.

Оптимизация эксплуатационных возможностей зубообрабатывающих станков по производительности и качеству нарезаемых колес связана, в первую очередь, с определением максимальной амплитуды силы резания и ее изменения в процессе обработки.

Расчет осевых составляющих силы резания [производился по методике, изложенной в работах ¡В. А. Евдокимова, А. С. Тарапанова, О. В. Поло-кина и позволил оценить погрешности, возникающие при обработке прямозубых конических колес, вызванные деформациями технологической системы.

Результаты аналитического расчета осевых составляющих силы резания, возникающих в процессе обработки венца конического зубчатого колеса (2=40, ш=4 мм, <р = 45°,\/=14 м/мин, Г =25 с/зуб)представлены на рис.3. Основной ли-

/

/ \

/ V

/

/ \ - -

Л

\

Ру \

/ \

/ / Г- к \

/ N \

/ \ \

/ \

-

1 // \\

* * Г -

г-рх - — — —

Ф граа

Рис. 3. Осевые составляющие силы резания

нией показано изменение осевых составляющих силы резания при строгании универ-

сальным резцом цельной заготовки и пунктирной линией - изменения составляющих си лы резания при строгании заготовки с уже прорезанными впадинами. Из графика видно что при строгании цельной заготовки максимальная амплитуда осевой составляющей силы резания увеличивается более чем на 40%. Полученные результаты подтверждают нежелательность строгания колес среднего модуля без предварительной обработки.

Деформации технологической системы оказывают значительное влияние на формирование погрешностей обработки. В процессе зубострогания деформации изменяются во времени, поэтому такие погрешности крайне сложно компенсировать соответствующей наладкой оборудования.

Общее смещение по оси О У (рис.4):

У - Ру\ по оси ОХ:

1 СОЪфСОЪСр 1

} до

]д\

3 Е

Iо С05<рС05<р/;'

Л

х = Рх

1

] до

А 1

] д\

Р2ътсрсо%(р

л)

I

]д 1

3 £/,

3 Е

J,

л

(*), (2)

(3)

где (р- угол начального конуса;уд0, /да- динамическая жесткость технологической системы, обеспечивающей крепление и необходимые кинематические перемещения резца и заготовки соответственно, Н/м; Е - модуль упругости, МПа; Jo, J| - сосредоточенный1 момент инерции сечения державки резца и оправки колеса, кг м2; 10, // - расстояние от; точки контакта до опоры резцедержателя и бабки станка, м.

Суммарное относительное перемещение осей.

т

1 1 1

а 1 в л .........

г Ж. /1 Г А Г

/ \ / / / А м / /

бабки и люльки станка являются результатом перемещений узлов и деталей станка, составляющих упругую систему. Прямая пропорциональность между деформацией и нагрузкой имеет место в станках после устранения всех зазоров и преодоления препятствующих этому сопротивлений, а также ликвидации циклической и кинематической погрешностей.

Величина деформаций, возникающих в технологической системе прямо пропорциональна силе резания возникающей в процессе обработки, следовательно, одним из условий увеличения точности обрабатываемого колеса является уменьшение максимальной силы резания.

Расчет и прогнозирование величины шероховатости обработанной поверхности производился в соответствии с положениями учения об инженерии поверхности, учитывая динамические и кинематические особенности процесса зубообработки прямозубых конических колес. В качестве базы для расчета был использован подход А.Г. Суслова-заключающийся в том, что средняя высота профиля шероховатости определяется сле-

Рис. 4. Схема определения погрешности обработки:

а — в плоскости 20У, б - в плоскости ХОУ

дующим выражением:

Яг — }\+к2 +к,(м); (4)

Проведенный в работе анализ процесса обработки позволил получить представ-енные ниже зависимости для определения составляющих профиля шероховатости.

*, 1 \ШЛ ( л К (г) = "(л«),

/г4 = 0,8мкм (м).

(5)

1-

V

2 2 2" сдв + С Т У

М,

где р, - радиус кривизны зуба в середине формируемого участка профиля, м;6> — угол поворота производящего колеса, необходимый для полной обработки профиля зуба нарезаемого колеса;М, - ширина /-го реза, м;Л - высота зуба, м;Я(г) - мгновенное значение рилы резания, Н; РтЫ — минимальное значение силы резания, возникающей в процессе формирования профиля зуба, Н; _/ - жесткость технологической системы, Н/м\ р - радиус скругления режущей кромки, м; тсда — прочность обрабатываемого материала на сдвиг, Н/м2; су, - предел текучести обрабатываемого материала, Н/м".

Расчеты (рис. 5) показали, что наибольшее влияние на величину средней высоты профиля шероховатости оказывает составляющая И2. Это связано с большой амплитудой изменения силы резания, возникающей в процессе зубострогания. Кинематическая составляющая Доказывает заметно меньшее влияние на величину средней высоты профиля шероховатости, однако у головки зуба ее влияние достаточно высоко.

На основе проведенных исследований установлено, что на величину шероховатости обрабатываемой поверхности влияют следующие факторы: режимы обработки, свойства материала заготовки, геометрия обрабатываемого колеса.

Во второй главе была предложена конструкция инструмента - зубостро-гального резца с дифференцированной схемой резания. Аналогичный инструмент был описан в работах В. Н. Кедринского, К. М. Писманика, однако не приведены конструкторско-технологические рекомен-

голэВка

| Высота 9 зуда т

Рис. 5. График аналитического расчета изменения средней высоты профиля шероховатости в торцевом сечении колеса:2=40, т=4мм, д)=45°, сталь 45,} = 1,2 105 МП а, М=0,23мм, У=14м/мин, черновая обработка производилась методом простого врезания

]

даций по его использованию.

Резец с дифференцированной схемой резания - это такая модификация обычного резца, в результате которой он приобретает приведенную конструктивную подачу в видь разности размеров зуба по ступеням.Эта подача выражает величину смещения двух со седних поверхностей резания относительно друг друга, смещение осуществляется закономерным расположением режущих лезвий на поверхности режущей части инструмента! при отсутствии абсолютной подачи. Форма поверхностей резания, полученных при по мощи приведенной конструктивной подачи, зависит от образующих, их режущих лезвий и принятой схемы резания.

Было предложено два конструктивных) типа резцов: ;

- открытый (расстояние между черновым! и чистовым режущими лезвиями больше ши-| рины венца обрабатываемого зубчатого колеса);

- закрытый (расстояние между черновым и чистовым режущими лезвиями меньше ширины венца обрабатываемого зубчатого колесами две схемы разделения срезаемого слоя по ступеням инструмента: параллельная и распределенная (рис.6).

При параллельной схеме разделение происходит по всему периметру срезаемого слоя, и чистовая ступень инструмента отделяет постоянный, определяемый приведенной конструктивной подачей слой металла.

При распределенной схеме первый зуб работает боковыми сторонами, а второй вершиной. Для того, чтобы исключить из работы боковые режущие лезвия второго зуба резца, между ними и боковыми режущими лезвиями первого зуба делается перепад в пределах: 0,02 - 0,03мм.

Соотношения между приведенной и круговой подачей были получены аналитически, на основе анализа математической модели процесса и зависимостей, связывающих параметры качества обрабатываемого колеса с параметрами технологической системы.

1 2 Рис.6.Схемы разделения срезаемого слоя: / - параллельная; 2-распределенная

По вершинному режущему лезвию:

с

° КПР в

(1,2*1,3 )^(мм),

по боковым режущим лезвиям:

5

«,«=(0,9*1,0)-(у**),

(6)

(7)

где Т- время обработки зуба конического колеса, с.

Была предложена методика, позволяющая управлять процессом нарезания зубчатого венца конического колеса. Использование данной методики позволит прогнозировать качество и точность изделия на этапе технологической подготовки производства для нового технологического процесса, а также определить оптимальные режимы резания, необходимые для обработки зубчатого колеса требуемой точности.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки и изложена методика экспериментального исследования, позволяющая определить осевые составляющие силы резания, возникающей в процессе зубострогания. Исследование силы резания при обработке прямозубых конических колес производилось с помощью универсального динамометра УДМ-600, персонального компьютера и среды ЬаЬУюуу.

Кроме того, была предложена методика исследования процесса обработки прямозубых конических колес резцами с дифференцированными схемами резания, целью которого являлось подтверждение аналитических зависимостей для расчета приведенной конструктивной подачи.

С целью определения влияния, распределения срезаемого слоя металла по ступеням на стойкость инструмента, качество получаемого профиля и производительность процесса резцы с дифференцированной схемой резания были испытаны и внедрены на ¡предприятии.

Для контроля параметров шероховатости зубчатой поверхности прямозубого конического колеса использовался иммерсионно-репликовый метод (метод слепков). Шероховатость слепков измерялась с помощью электромеханического профилографа-профилометра модели 201.

Исследование точности прямозубых конических колес проводилось с помощью координатно-измерительной машины Рнэто 7. Пятно контакта проверялось на специальных обкаточных приспособлениях. Оценка существенности различия между средними значениями показателей точности и шероховатости производилась с помощью критерия Стьюдента.

Износ зубострогальных резцов оценивался без снятия инструмента со станка. При проведении экспериментов через определенные промежутки времени измеряли максимальный износ задних поверхностей резцов с помощью бинокулярной лупы. Критерием прекращения эксперимента являлось достижение критического износа задней поверхности чистовой ступени резца.

В четвертой главе проведено экспериментальное исследование силы резания. Подтверждено ее соответствие с аналитическими данными. Разница между прогнозируемыми и экспериментальными силами не превышает 10%, что доказывает возможность применения расчетных значений осевых составляющих силы резания для определения качественных параметров обрабатываемого изделия.

Было проведено экспериментальное исследование процесса обработки зубчатого фонического колеса резцами с дифференцированными схемами резания (рис.7,8). Анализ результатов измерения подтвердил справедливость полученных с помощью математической модели процесса зависимостей между приведенной конструктивной подачей и окружной подачей. Наибольшее уменьшение всех составляющих силы резания осуществится лишь при значении приведенной конструктивной подачи резца, являющейся оптимальной при данных условиях обработки.

Производительность процесса зубообработки инструментами с дифференцированными схемами резания повышается в 1,5 - 1,8 раза без потери точности обработки. Это происходит за счет возможности использования больших подач и сокращения числа проходов за которое обрабатывается изделие.

Рис.7. Зубострогальные резцы с дифференцированной схемой резания

Рис.8. Процесс обработки прямозубого конического колеса специальными резцами

Анализ результатов измерений показывает, что среднее значение шероховатости1 зубьев, обработанных специальным инструментом с параллельной схемой резани: уменьшается по сравнению с обычными резцами на 20%, а шероховатость зубьев обра ботанных инструментом с распределенной схемой резания уменьшается на 10%.

При исследовании точности и шероховатости установлено, что точность изделий изготовленных согласно рекомендациям, полученным с помощью математической мо-•дели процесса, соответствует требованиям чертежа и прогнозируемым значениям (прогнозируемые значения отличаются от полученных экспериментально на 10-15%).

Различие средних значений показателей точности зубчатого венца существенно. Среднее значение радиального биения при использовании зубострогальных резцов с дифференцированной схемой резания открытого типа уменьшается более чем на 30% по сравнению со стандартными резцами (рис. 9 б).Закрытый тип увеличивает биение зубчатого венца на 10 - 12%, по сравнению с открытым (рис. 9 а). Параллельная схема резания дает более стабильные показатели точности по сравнению с распределенной.

— | Обработка зу бострогачьным

■□□*«**■»»•• ' «: ц^ -ГОСТ 5192-80

|_| _|---закрытого пита с ^

г-п

параллельно и схемой резания.

агтхтш

11111»

Ю 0.05 007 009 0.11 яв 0.15 т

а

ГГГП

у I— ' —' Обработка зуоострогальным —1 —^ —■' резцсми:

-1-й

ГОСТ 5392-80: от крыт ого типа с пара л л гл ьно й схем ой резания:

уытого типа с распределенной схем ой резания.

0.01 0.03 0.05 0.07 0.О9 б

Ой 0.5 "кг--

Рис.9. Радиальное биение зубчатого венца конической шестерни

Размер пятна контакта профиля конического зубчатого колеса (рис.10) при обработке резцами с дифференцированными схемами резания увеличивается более чем на 20%.

! !

а — длина пятна контакта, б - высота пятна контакта

Согласно результатам эксперимента стойкость резцов с параллельной схемой резания увеличивается по сравнению с обычными резцами в 1,2 -1,5 раза, а с распределенной в 1,6 — 2 раза (рис. 11).Это объясняется тем, что создаются благоприятные условия резания, влияющие на лимитирующую по стойкости чистовую ступень резца, которая при параллельной схеме резания имеет одинаковую толщину срезаемых слоев металла вдоль режущих лезвий.

Обработка зубострога1ъными резцами:

------ГОСТ 5392-80

V=20M¿um; Т=47сен/зуб; m¡=áítw; z=i6,

—ú-л— - с параллельной схемой резания

У~20.м/мин: Т~18сек/зу0; tm=6\ai; z=I6,

—л---л— - с параллельной схемой резания

V=20m/muh: Т=47сек/3}0; !П:-6ми; z=I6.

—о-о— • с распределенной схемой резания

У=20м/ми»; Т-18сек/зуб; rm=d\at; z=]6.

- -о---о— - с распределенной схемой резания

V=20m/muh; Т 47сек/зуб; пъ=6мм; z=I6.

90 120 SO 180 210 НО 270 300 330 160 ¡90

Рис.11. Зависимость износа зубострогальных резцов от конструкции инструмента и времени обработки

"ГПТТТГ1

-U-I-

-М-н^!-!-

4нн

ггН-

Di

lf!

t j ' ' ~1 ' i í I |l I

üllltnnib

I _L _1 J_ J_ I_I_I_I

"□jjxrnj-jjicn

:iJJ±J_LLUJJJJJ

-1-1+-

HVr'-V-i-

1-1

^ÜJiUKG ^jJüL^+u !_|J.4-4-U|-_ HJ

.!_;_! jaСО*

í_/l "T"

¿jTT + lh-ri r-biii bdig

"i'LLüi+tgJ

—[Ц J + 4-Ul-f-l-l-l ■pf-N-t -+ 4- f- — I—|—I

mittpiirpd

Об работ ка зубо строгач ь ным езцами:

-ГОСТ 5392-S0;

---от крытого типа с

параллельной схемой резания.

30 50 60 70 80 90 а30 4-0 S0 60 70 80 90 h~% а б

Рис. 10. Пара метры пятна контакта конической шестерни:

При распределенной схеме резания геометрия слоев металла, срезаемых вершин ным лезвием черновой ступени и боковыми режущими лезвиями чистовой ступени, зна чительно упрощается, что и предопределяет увеличение стойкости инструмента.

Исследования процесса обработки резцами с дифференцированными схемами ре зания подтверждают снижение составляющих силы резания и более равномерное их пе рераспределение, что увеличивает точность нарезаемых изделий благодаря меньшем» отжатию технологической системы в процессе обработки и увеличение стойкости инструмента за счет создания благоприятных условий резания.

В пятой главе даны рекомендации по выбору режимов резания для обработку прямозубых конических колес зубострогальными резцами с дифференцированным!) схемами резания. Приводятся поправочные коэффициента, позволяющие учитывав конструкцию резца и схему распределения срезаемого слоя.

Число двойных ходов резцов п \ необходимое для обработки профиля одного зуб^ колеса:

/г

п'=К— (дв.ход.), (8!

М

где /г -полная высота зуба на внешнем торце, м; М-ширина реза одного резца, м; К - ко эффициент, зависящий от схемы распределения срезаемого слоя.

Рекомендуемые значения коэффициента Ки ширины срезаемой стружки М приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 2 — Рекомендуемая ширина реза Л/, мм, одного резца при чис-

Таблица 1 - Рекомендуемый коэффициент К для резцов с дифференцированными схемами резания

товом нарезании прямозубых конических колес специальными резцами

Тип Схема распределения

резцов срезаемого слоя

параллельная распределенная

Открытый 0,9 1

закрытый 0,75 0,85

Модуль, Твердость обрабатываемого

мм материала, НВ

170-223 223-269 269-321

1 0,213 0,178 0,140

2 0,249 0,195 0,159

3 0,284 0,213 0,178

4 0,322 0,250 0,213

5 0,374 0,355 0,322

6 0,427 0,390 0,357

7 0,480 0,427 0,392

8 0,532 0,462 0,427

При предъявлении высоких требований к качеству поверхности, ширину реза М' необходимо уменьшить на 25%. Если требования к шероховатости поверхности невысокие, ширину площадки резания и скорость резания необходимо увеличить на 20%.

Проведена реализация результатов и расчет экономической эффективности обработки при производстве изделий «Колесо» и «Шестерня» с прямозубым коническим венцом на ОАО «Орелстроймаш». Экономический эффект составил более 200 тыс. рублей в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В представленной научно-квалификационной работе изложена совокупность ехнических и технологических решений, направленных на повышение производи-ельности и точности, а также снижение шероховатости обработки прямозубых кониче-ких колес зубостроганием за счет использования резцов с дифференцированными схе-ами резания и управления технологическими параметрами процесса.

2. На основе комплексного анализа геометрических, кинематических и силовых араметров зубострогания прямозубых конических колес разработана математическая одель процесса позволяющая связать точность и шероховатость обрабатываемой по-ерхности с параметрами технологической системы (оборудованием, изделием, инстру-ентом) и режимами обработки. Экспериментально подтверждено, что различия между асчетными и экспериментальными значениями параметров точности и шероховатости не ревышают 15%, что подтверждает адекватность полученных зависимостей.

3. Разработан алгоритм, позволяющий управлять зубостроганием прямозубых онических колес, основанный на использовании полученных зависимостей процесса об-аботки. Использование данного алгоритма позволяет как прогнозировать точность и ше-оховатость обрабатываемого изделия, так и определять режимы обработки и конструк-ию инструмента в зависимости от требуемых параметров качества (точности и шерохо-атости).

4. Предложены конструкции специального инструмента - резцов с дифференци-ованными схемами" резания, позволяющих снизить амплитуду силы резания и равномер-о её перераспределить, а также две схемы разделения срезаемого слоя по ступеням ре-ущего инструмента — параллельная и распределенная.

Рассчитаны аналитически и подтверждены экспериментально величины конструк-ивных подач предложенных резцов:

- по вершинному режущему лезвию Зд-от.л = ОД -н 1,3)—;

- по боковым режущим лезвиям ¿'л7„,= (0,9н-1,0)^.

5. Разработаны практические рекомендации по выбору режимов резания для бработки прямозубых конических колес зубострогальными резцами с дифференциро-анными схемами резания, направленные на повышение производительности процесса, становлено:

- производительность процесса зубострогания прямозубых конических колес при ^пользовании инструмента с дифференцированными схемами резания повышается в 1,5 - 1,8 раза при сохранении точностных параметров за счет увеличения подачи и со-

ращения числа проходов;

- использование резцов с дифференцированными схемами резания открытого типа озволяет повысить точность обрабатываемых колес на одну степень при сохранении

производительности процесса за счет снижения амплитуды силы резания и более равномерного распределения нагрузки по ступеням инструмента. Закрытый тип резцов снижает кинематическую точность на 15% по сравнению с открытым;

- стойкость резцов с параллельной схемой резания увеличивается по сравнению с обычными в 1,2 - 1,5 раза. Стойкость резцов с распределенной схемой резания увеличивается по сравнению с обычными в 1,6-2 раза.

6) Произведена апробация результатов исследования на предирияти ООО «Орелстоймаш». Внедрен прогрессивный технологический процесс, основанный н использовании алгоритма управления процессом зубострогания прямозубых конически колес, включающий использование специальных резцов с рекомендуемой конструктивно! подачей и предложенные режимы резания. Экономический эффект от внедрения боле 200 тыс. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Канатников, Н.В. Математическая модель схемы формообразования профиля зуб прямозубого конического колеса зубострогальными резцами [Текст] /Н.В. Канатников А.Н.Дерли // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. -2011. №6. - С.37-42.

2. Канатников, Н.В. Определение составляющих силы резания возникающей в про цессе нарезания конического прямозубого колеса инструментом с прямолинейными ре жущими кромками [Текст] / Н.В. Канатников, A.B. Хандожко, Г.А. Харламов // Фунда ментальные и прикладные проблемы техники и технологии. — 2011. - №6/3. - С.26-34.

3. Канатников, Н.В. Повышение эффективности обработки конических зубчатых ко лес среднего модуля [Текст] / Н.В. Канатников,A.A. Ревенков //Фундаментальные и при кладные проблемы техники и технологии. - 2012. -№3/3. - С.24-33.

4. Канатников, Н.В. Влияние угла наклона тыловой кромки зубострогальных резцо на силу резания. [Текст] /Н.В. Канатников, Г.А.Харламов//Фундаментальные и приклад ные проблемы техники и технологии. - 2012. - №2/6. - С.40-46.

5. Канатников, Н.В. Зубострогальные резцы с дифференцированными схемами реза ния. [Текст] / Н.В. Канатников, Г.А. Харламов, A.B. Канатников//Фундаментальные прикладные проблемы техники и технологии. - 2013. -№3-2. - С.136-141.

6. Канатников, Н.В. Определение средней высоты профиля шероховатости, возни кающей в процессе зубострогания конических зубчатых колес. [Текст] / Н.В. Канатников Г.А. Харламов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 8. -2013. - С. 117-121.

Список публикаций в других изданиях:

7. Канатников, Н.В. Влияние геометрических параметров зубострогального резца н осевые составляющие силы резания [Текст] / Н.В. Канатников, Г.А. Харламов // «Фунда ментальные проблемы техники и технологии», «Технология 2012». Материалы XV Меж дународной научно-технической конференции. - Орел: Госуниверситет - УНПКД012. С.183.

8. Канатников, Н.В. Определение погрешностей изготовления прямозубых кониче ских колес, вызванных деформацией технологической системы [Текст] / Н.В. Канатни ков, С.И. Брусов, Г.А. Харламов //«Высокие технологии в машиностроении». Материалы Международной научно-технической конференции. - Курган: КГУ, 2012. - С. 51-55.

9. Канатников, Н.В. Возможности повышения производительности процесса зубострогания конических зубчатых колес [Текст] / Н.В. Канатников, Г.А. Харламов, A.B. Канатников // Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства: Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции. - Орел: Госуниверситет - УНПК, 2013. - С.30-32.

Подписано в печать 03.04.2014 Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Times New

Roman. Печать электрографическая. Усл. печ. л. 1. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ №060П/14 Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» 302030, г. Орел, ул. Московская, 65

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Государственный университет -учебно-научно-производственный

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Г.А. Харламов

комплекс»

На правах рукописи

КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ

Орел 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС....................................................4

1.1 Механическая обработка прямозубых конических колес в современном машиностроении..............................................................................................................8

1.2 Применение инструмента с дифференцированной схемой резания, работающего по методу обката....................................................................................16

1.2.1 Классификация схем резания..............................................................................16

1.2.2 Общие сведения об инструментах с дифференцированными

схемами резания............................................................................................................22

1.2.3 Дифференцированные схемы резания...............................................................26

1.3 Управление процессами механической обработки...........................................29

1.4 Состояние вопроса динамики обработки прямозубых конических колес........39

1.5 Исследование износа зуборезных инструментов.................................................42

1.6 Влияние силы резания на точность обрабатываемых колес...............................45

1.7 Выводы по первой главе.........................................................................................49

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС..................................................................51

2.1 Математическое отображение схемы резания.....................................................51

2.2. Определение кинематических параметров зубострогания с помощью математического отображения схемы резания..........................................................55

2.3. Определение динамических характеристик процесса зубострогания..............60

2.4 Влияние угла наклона непрофилирующего лезвия зубострогального

резца на силу резания....................................................................................................65

2.5 Определение погрешностей изготовления прямозубых конических колес, вызванных деформацией технологической системы................................................70

2.6 Определение расчетных неровностей, возникающих в процессе зубострогания конических зубчатых колес................................................................75

2.7 Зубострогальные резцы с дифференцированными схемами резания................84

2.8 Методика прогнозирования качества обработки прямозубых

конических колес...........................................................................................................91

2.9 Выводы по второй главе.........................................................................................95

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 97

3.1 Экспериментальное определение конструктивной подачи зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания...................................................98

3.2 Методика исследования сил резания..................................................................104

3.3 Методика исследования точности прямозубых конических колес.................105

3.4 Методика исследования износа инструмента..................................................109

3.5 Методика экспериментального исследования шероховатости

прямозубых конических колес...................................................................................109

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАРЕЗАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС ЗУБОСТРОГАЛЬНЫМИ РЕЗЦАМИ............................111

4.1 Исследование динамических процессов, возникающих в процессе обработки

прямозубых конических колес...................................................................................111

4.1.1 Влияние модуля нарезаемого колеса на составляющие силы резания.........112

4.1.2Влияние скорости резания на составляющие силы резания...........................113

4.1.3Влияние круговой подачи на составляющие силы резания...........................114

4.2 Производственные испытания зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания................................................................115

4.3 Исследование износа зубострогальных резцов..................................................118

4.4 Экспериментальное исследование шероховатости зубьев прямозубого конического колеса.....................................................................................................121

4.5 Экспериментальное исследование точности прямозубых конических колес 123

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.............................................................129

5.1 Реализация результатов исследований.............................................................129

5.2 Расчет экономической эффективности.............................................................130

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.........................................132

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ..................................................................................134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЯ

146

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Прямозубые конические колеса находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Помимо использования в дифференциалах автомобилей их широко применяют в электроинструменте, сельскохозяйственной технике и различном оборудовании. Это связано с тем, что в прямозубых конических передачах снижены осевые нагрузки по сравнению со спиральными коническими передачами, так же осевая сила постоянна по направлению, что позволяет упростить конструкцию подшипниковых узлов.

Известен ряд способов получения прямозубых конических колес. Однако механическая обработка остается основной при создании точных зубчатых колес и используется при производстве небольших партий разных размеров. Особо важную роль этот факт приобретает в связи с тем, что в настоящее время до 75% предприятий отечественного машиностроения выпускают продукцию, которая по своему характеру является серийной и мелкосерийной. Наибольшее распространение получили процессы зубофрезерования и зубострогания по методу обката. Их отличает широкий диапазон нарезаемых модулей колес и относительно высокое (до шестой степени точности) качество получаемого зубчатого профиля.

Возрастание требований к функциональным показателям зубчатых колес привело к применению новых схем обработки, конструкций инструмента, новых инструментальных и обрабатываемых материалов. Однако внесение изменений в отработанные технологические процессы ведет к большим затратам, связанным с разработкой режимов резания и определением влияния вносимых изменений на показатели качества изделия. Определением взаимосвязей параметров технологической системы и качества получаемых изделий занимались многие российские ученые В.Ф. Безъязычный, A.C. Васильев, A.M. Дальский, В.М. Кован, Э.В. Рыжов, А.П. Соколовский, Ю.С. Степанов, А.Г. Суслов, В.Б. Протасьев, A.C. Тарапанов, О.В. Таратынов, Г.А. Харламов и др.

В этой связи представляется актуальной задача определения степени влияния различных параметров технологической системы и режимов резания на производительность процесса обработки, качество изделия, стойкость

инструмента и разработки алгоритма управления процессом. Это позволит значительно сократить расходы на подготовку производства и определить оптимальные параметры технологической системы, что является базой для бережливого производства.

Цель работы. Повышение качества (точности, шероховатости) и производительности зубострогания прямозубых конических колес методом обката за счет совершенствования конструкции инструмента и управления технологическими параметрами процесса обработки.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие

задачи:

1. разработать математическую модель процесса зубострогания ,/ прямозубых конических колес, позволяющую определить положение точек режущего лезвия инструмента в пространстве, осевые составляющие силы „

1

резания, точность и шероховатость обрабатываемого профиля; \

2. разработать алгоритм управления процессом зубострогания прямозубых конических колес, сущность которого заключается в

- прогнозировании качественных параметров (точности, шероховатости) процесса обработки в зависимости от заданных параметров технологической системы (геометрии детали, оборудования, инструмента) и режимов резания; 4

- определении режимов обработки и конструкции инструмента в зависимости от требуемых параметров точности и шероховатости.

3. определить рациональные величины распределения срезаемых слоев между режущими лезвиями инструмента;

4. провести экспериментальные исследования влияния режимов обработки и конструкции инструмента на осевые составляющие силы резания, стойкость инструмента, точность и шероховатость;

5. разработать практические рекомендации, направленные на повышение эффективности зубострогания конических зубчатых колес по методу обката резцами с дифференцированными схемами резания.

Объект исследования: процесс зубострогания прямозубых конических колес методом обката.

Предмет исследования: производительность и качество (точность, шероховатость) зубострогания прямозубых конических колес, а так же конструкция зубострогальных резцов.

Методика исследований. Теоретические исследования базируются на положениях теории резания металлов, проектирования режущего инструмента, научных основ технологии машиностроения, дифференциальной геометрии, векторного анализа, инженерии поверхности.

Экспериментальные исследования проводились на действующем оборудовании Госуниверситета - УНПК, Орловского ЦКП и в реальных производственных условиях ОАО «Орелстроймаш» (г. Орел). В основе экспериментальных исследований использованы методы многофакторного планирования экспериментов и математической статистики.

Исследования проводились с помощью лицензионных программных продуктов (Microsoft Office 2007, LabVIEW 2010, KOMTIAC-3D V13).

Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса зубострогания прямозубых конических колес методом обката, позволяющая на основе комплексного анализа технологических (режима обработки, материала заготовки и жесткости оборудования) и конструкторско-технологических (схемы разделения стружки) параметров, управлять точностью и шероховатостью рабочего профиля детали.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• методика комплексного анализа параметров процесса зубострогания прямозубых конических колес методом обката, сочетающая в себе возможность прогнозирования качества изделия и определения оптимальных режимов обработки;

• результаты теоретических и экспериментальных исследований зубострогания резцами с дифференцированными схемами резания прямозубых конических колес методом обката;

• технологические рекомендации по реализации процесса зубострогания прямозубых конических колес резцами с дифференцированными схемами резания.

Практическая значимость работы заключается в обосновании вариантов конструкции зубострогальных резцов с дифференцированными схемами резания и

технологических рекомендаций к ним, обеспечивающих повышение производительности процесса до 1,8 раза.

Реализация результатов работы: разработанные рекомендации по конструкции инструмента с дифференцированной схемой резания и методика управления процессом обработки прямозубых конических колес апробированы и приняты к внедрению на ООО «Орелстроймаш» (экономический эффект более 200 тыс. рублей в год).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», г. Липецк, 2012; XV Международной научно -технической конференции «Фундаментальные проблемы техники и технологии» «Технология 2012», г. Орел, 2012; «Высокие технологии в машиностроении», г. Курган, 2012; VI Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», г. Орел, 2013; ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Госуниверситета-УНПК (г. Орел 2011-2014 гг.).

Диссертация выполнялась при поддержке гранта ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» «Создание программно-аппаратного комплекса, повышающего эффективность обработки конических зубчатых колес» (2013-2014 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций материалов диссертационных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 145 страницах основного текста, содержит 57 рисунков и 5 таблиц. Состоит из введения, пяти глав, списка литературы, включающего 97 наименований, и приложений.

1. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС

1.1 Механическая обработка прямозубых конических колес в современном машиностроении

Обработка зубчатого профиля является наиболее трудоемкой операцией в технологическом процессе производства зубчатых колес. Реализация процесса обработки зубчатого венца охватывает многообразие схем формообразования и широкую номенклатуру конструкций инструмента.

Можно выделить три основных метода производства прямозубых конических колес на современных машиностроительных предприятиях:

1) начальное формирование;

2) пластическое формирование;

3) обработка резанием.

Примером начального формирования являются литье и спекание. Литье используется для изготовления больших зубчатых колес из цветных металлов и неметаллов. Полученные изделия используются в нетребовательных к точности передачах с невысокими передаваемыми нагрузками. Металлокерамические зубчатые колеса широко используются в ручном электроинструменте. Данными методами сложно получить однородную структуру изделия без неравномерных уплотнений, кроме того доводка профиля металлокерамических зубчатых колес крайне проблематична, так как может привести к разрушению изделия.

Ковка и штамповка в настоящее время широко применяются в массовом производстве передач конических дифференциалов. Пластическим деформированием можно обеспечить восьмой класс точности зубчатых колес, требуемый в данном производстве.

Тем не менее, резание является наиболее распространенным методом обработки зубчатого профиля конического колеса на предприятиях, как в России, так и за рубежом. Основными методами обработки зубчатого профиля

прямозубых конических колес являются: протягивание, фрезерование и строгание.

Круговое протягивание используется в массовом производстве для изготовления шестерен дифференциалов. Инструмент представляет собой наборную фрезу-протяжку (рисунок 1.1), составленную из 15-17 блоков по четыре - пять резцов в каждом. Первые 10-13 блоков - черновые, а остальные -чистовые. Черновые резцы, работающие боковыми и наружными режущими кромками, вырезают основную массу металла из впадины. Чистовые резцы имеют только боковые режущие кромки. При нарезании заготовка неподвижна, а фреза-протяжка вращается и одновременно движется поступательно в направлении образующей внутреннего конуса. Протяжка вращается равномерно, и за один ее оборот производится полная обработка впадины. Когда против заготовки оказывается сектор протяжки, свободный от резцов, происходит поворот заготовки.

Данный способ обработки является наиболее производительным из всех известных способов нарезания прямозубых конических колес. Время нарезания

Рисунок 1.1 - Схема нарезания зубчатых колес методом кругового протягивания

Из-за технологических трудностей изготовления инструмента с точным профилем зубья профилируются приближенно - по дугам окружностей; поэтому круговое протягивание применяется только в тех случаях, когда требования к точности невысоки.

Более универсальным методом обработки прямозубых конических колес является нарезание методом обката. Наиболее распространенные способы основанные на данном методе представлены в таблице 1.1.

Методом фрезерования двумя спаренными дисковыми фрезами с прямолинейными режущими кромками обрабатывают колеса модуля 1...8 мм с длинной образующей начального конуса 15...250 мм в условиях серийного и массового производства. Фрезы вращаются вокруг осей, наклоненных под углом к вертикали, близким к углу зацепления пары, причем резцы обеих фрез работают в одной и той же впадине нарезаемого зубчатого колеса, а шпиндели станка вращаются синхронно так, что резцы одной из фрез входят в промежутки между резцами другой.

Существуют разные конструкции фрез. Одна из них такова, что каждая фреза состоит из двух частей: корпуса и резцового диска. Фрезы данной конструкции выпускае