автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение точности зуборезных долбяков модификацией боковой поверхности их зубьев

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. МЕТОДИКА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор литературы. Состояние вопроса.

1.2. Анализ возникновения систематических отклонений профиля производящего контура долбяка.

1.3. Постановка задач исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИ ТОЧНАЯ БОКОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЗУБА ДОЛБЯКА.

2.1. Уравнение теоретически точной боковой поверхности зуба долбяка.

2.2. Нормальные отклонения теоретически точной боковой поверхности зуба долбяка от эвольвенты.

2.3. Производящая поверхность для изготовления теоретически точной боковой поверхности зуба долбяка.

3. МОДИФИКАЦИЯ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ДОЛБЯКОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКЕ «MAAG».

3.1. Формообразование боковой поверхности зуба долбяка на станке MAAG с произвольной формой обкатного ролика.

3.2. Фактический производящий контур долбяка, образованного по схеме «MAAG».

3.3. Определение отклонения и погрешности фактического производящего контура долбяка по точкам, заданным в декартовых координатах.

3.4. Расчетная модель для вычисления погрешности и отклонений боковой поверхности зуба и фактического производящего контура долбяка, образованного по схеме «MAAG». Синтез и анализ станочного зацепления.

3.5. Проектирование, изготовление и контроль долбяков с модифицированной боковой поверхностью зуба по схеме «MAAG».

Экспериментальная проверка теоретических результатов.

4. МОДИФИКАЦИЯ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ДОЛБЯКОВ ПРИ ФОРМООБРАЗОВАНИИ ЧЕРВЯЧНЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ КРУГОМ.

4.1. Производящая поверхность червячного шлифовального круга, образованного винтовым движениям плоской кривой.

4.2. Уравнение образующей линии в виде дуги эллипса.

4.3. Формообразование боковой поверхности зуба долбяка червячным шлифовальным кругом.

4.4. Расчетная модель для вычисления погрешности и отклонений боковой поверхности зуба и фактического производящего контура долбяка, образованного червячным шлифовальным кругом.

Синтез и анализ станочного зацепления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Зуборезные долбяки с момента своего изобрётения и по настоящее время остаются наиболее универсальными инструментами для изготовления цилиндрических зубчатых колес. С их помощью можно нарезать любое цилиндрическое колесо, если оно может быть нарезано каким-либо другим зуборезным инструментом. Наибольшее применение долбяки получили при нарезании зубьев в упор на так называемых блочных колесах и на колесах с буртами, при нарезании колес внутреннего зацепления, точных зубчатых реек методом огибания, шевронных колес с непрерывным зубом без канавки для выхода инструмента [43]. Известны случаи изготовления методом зубодолбления конических [35] и овальных колес [1].

Стандартизованные по ГОСТ 9323-79 и ГОСТ 6762-79 конструкции долбяков для нарезания прямозубых зубчатых венцов и шлицев эвольвент-ного профиля представляют собой режущее колесо с эвольвентной винтовой поверхностью зуба. Боковая режущая кромка образуется как след пересечения боковой и конической передней поверхностей. Ее ортогональная проекция на плоскость, перпендикулярную оси вращения долбяка, является профилем воображаемого производящего колеса, описываемого режущими гранями в процессе зубодолбления, и называется производящим контуром долбяка [11]. При геометрическом расчете долбяка производящий контур считают эвольвентным, хотя известно, что эвольвентная винтовая поверхность воспроизводит эвольвенту только в сечениях плоскостью, перпендикулярной винтовой оси, и указанная проекция режущей кромки с ней не совпадает. Ввиду особенностей образования режущей кромки, фактический производящий контур долбяка имеет систематические отклонения, которые в процессе зубодолбления полностью переносятся на профиль детали [58].

Исследованиями Э.Бакингема, К.А.Корнилова, В.М.Матюшина, И.И.Семенченко и других ученых установлено, что величина систематических отклонений зависит от значений переднего и заднего углов, поэтому на практике для чистовых долбяков принято ограничивать передний ув и задний ав углы заточки при вершине зуба значениями соответственно ув= 5° и ав = 6°.

С другой стороны, исследования В.М. Матюшина [37] показали, что только за счет увеличения углов заточки можно существенно, в 3-4 раза увеличить стойкость долбяка. Это характеризует важность задачи создания долбяка, производящий контур которого, независимо от величин углов заточки, образуется без систематических погрешностей. Получить такой инструмент можно за счет модификации боковой стороны зуба, выполняя ее с необходимыми отклонениями от эвольвентной винтовой поверхности. Передняя поверхность выбрана конической, чтобы метод ее образования при переточках не отличался бы от принятого. При этом у конструктора инструмента появится возможность назначать рациональные с точки зрения процесса резания углы заточки и существенно повысить стойкость долбяка.

В связи со сказанным, целью работы является разработка теоретического и технологического обеспечения процесса формообразования боковых поверхностей зубьев прямозубых долбяков повышенной точности с увеличенными передним и задним углами заточки на боковых сторонах зуба (долбяков с модифицированными зубьями).

Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:

1. Получено математическое описание теоретически точной боковой поверхности зуба долбяка и производящей поверхности инструмента для ее образования.

2. Разработан метод синтеза процесса формообразования модифицированных зубьев долбяков на зубошлифовальных станках MAAG и REISHAUER.

3. Предложена и реализована при изготовлении долбяка с модифицированными зубьями технология наладки станка MAAG.

4. Разработан метод контроля точности профиля модифицированного зуба долбяка.

При выполнении работы использовались методы аналитической геометрии в пространстве, теории зубчатых зацеплений, численные методы оптимизации и решения систем нелинейных уравнений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Аналитически доказано, что боковая поверхность зуба долбяка, образованная винтовым движением линии, полученной в результате пересечения конической передней поверхности и эвольвентной боковой поверхности зуба воображаемого производящего колеса, сопряженного с деталью при зубодолблении, является теоретически точной.

2. Предложен метод синтеза параметров процессов формообразования на станках MAAG и REISHAUER боковых поверхностей зубьев долбяков, обеспечивающий максимальную точность фактического производящего контура при требуемых углах заточки.

Практическая ценность диссертации состоит в разработанной технологии изготовления и контроля точности профиля модифицированных зубьев долбяков, включающей:

1. Пакет программ для расчета осевого профиля витка червячного шлифовального круга для изготовления долбяков с модифицированными зубьями на станке REISHAUER.

2. Расчетную модель, созданную в среде MATCAD 2000, для определения параметров наладки зубошлифовального станка MAAG при изготовлении модифицированных зубьев с использованием обкатного ролика в форме архимедовой спирали.

3. Технологию наладки зубошлифовального станка MAAG.

4. Пакет программ для расчета отклонений боковой стороны модифицированного зуба от эвольвенты при контроле точности профиля на эвольвентомере и метод контроля точности профиля модифицированного зуба долбяка.

Предложенные в работе методы изготовления и контроля точности рекомендованы к внедрению на заводе технологической оснастки ОАО «Курганмашзавод» (г. Курган).

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на VI международном симпозиуме «Теория реальных передач зацеплением» (г. Курган, 1997), на международной конференции «Теория и практика зубчатых передач» (г. Ижевск, 1998г.), на IV научно-технической конференции с международным участием «Design And Technology of Gear» (Польша, г. Лодзь, 1999г.), на II Межвузовской отраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии» (г. Новоуральск, 1999г.), на научно-технической конференции «Дни нау-ки-99» (г. Озерск, 1999г.), на 51-й научно-технической конференции (г.

Челябинск, 1999г.), на конференции «Редукторостроение России» (г. Санкт-Петербург, 2002г.).

По теме диссертации опубликовано 7 работ. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов, списка использованных источников, включающего 73 наименований, содержит 200 страниц машинописного текста, 69 иллюстраций, 10 таблиц, 3 приложения.

7. Результаты работы рекомендованы к внедрению на заводе технологической оснастки ОАО «Курганмашзавод» при производстве долбяков. Математическая модель формообразования зубьев червячным шлифовальным кругом использована в ЦСКБ «Прогресс».

1. Абрамов В. И., Гаврилин А. М., Тарапанов А. С. Исследования процесса зубодолбления овальных колес с помощью математической модели процесса. // Совершенствование процессов обработки металлов резанием Орел: НТО, 1976. - С.64 - 66.

2. Ан И-Кан, Беляев А.Е. Синтез планетарных передач применительно к роторным гидромашинам. Новоуральск: изд. НПИ, 2001. - 91с.

3. Бабичев Д.Т. Исходная инструментальная поверхность лезвийных инструментов: Тезисы международной конференции «Теория и практика зубчатых передач» Ижевск, 1998. - С.412-421.

4. Бабичев Д.Т. Новый подход к методике численного анализа реальных зацеплений: Тезисы пятого межгосударственного симпозиума "Теория реальных передач зацеплением" Курган: изд. КМИ, 1993.С.6-7.

5. Бабичев Д.Т. Перспективы использования системы обновленных геометрических примитивов при исследовании реальных зацеплений: Тезисы международной конференции «Теория и практика зубчатых передач» Ижевск, 1998. - С.531-536.

6. Бабичев Д.Т., Сидоров А.В. Фрагменты инструментальной системы для расчета передач и их элементов: Тезисы пятого межгосударственного симпозиума "Теория реальных передач зацеплением" Курган: изд. КМИ, 1993. - С.62-63.

7. Бакингем Э. Цилиндрические зубчатые колеса ОНТИ, НКТП, 1935.-с.378.

8. Болотовский И.А., Гурьев Б.И., Смирнов В.Э., Шендерей Б.И. Цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи внутреннего зацепления. Расчет геометрических параметров. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1977. - 192с.

9. Болотовский И.А., Шендерей Б.И., Щеглов Э.А. К геометрии зубчатых колес, нарезаемых долбяками //Вестник машиностроения. 1968. -N 11. - С.14-16.

10. Болотовский И.А., Шендерей Б.И., Щеглов Э.А. Переходные кривые зубчатых колес, нарезанных долбяками // Вестник машиностроения. -1969. -N 5. С.10-14.

11. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков А.В. Оптимизация параметров зуборезных долбяков // Техника машиностроения 4(22). М.: НТП "Вираж-Центр", 1999.- С. 12-16.

12. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков А.В. Расширение области применения зуборезных долбяков: Конструкторско-технологическая информатика. Труды IV международного конгресса. М.: МГТУ "Станкин", 2000. - t.L- С.73-76.

13. Булгаков Э.Б.Теория эвольвентных зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1995.-320с.

14. Громан М.Б. О выборе параметров долбяка и колес внутреннего зацепления. // Технология угольного машиностроения. Информационный бюллетень,- 1958. №11. - С.43-49.

15. Грубин А.Н., Лихциер М.Б., Полоцкий М.С. Зуборезный инструмент: В 2 ч. Ч. 1. М.:Машгиз, 1947. - 291 е.; Ч. 2. - М.:Машгиз, 1946. -232с.

16. Дрововозов Т.П., Ерихов М.Л. Некоторые вопросы профилирования спиральных фрез в связи с задачей синтеза схем обработки зубчатых колес.- В.кн.: Теория и расчет передаточных механизмов. Хабаровск, РИО Хабаровского политехи, института, 1973. С.60-73.

17. Дрововозов Т.П., Ионенко И.Д., Ратманов Э.В., Сызранцев В.Н. Исследование геометрии затылованных спирально-дисковых фрез.-В.кн.: Теория и расчет передаточных механизмов. Хабаровск, РИО Хабаровского политехи, института, 1973. - G.74-76.

18. Ерихов М.Л. Синтез зубчатых зацеплений по условиям нечувствительности к погрешностям монтажа. // Автомобильный транспорт. Сер. «Теория механизмов и детали машин», вып 17. Хабаровск, 1969. - С.2-36.

19. Ерихов М.Л., Сызранцев В.Н. Определение области допустимых значений параметров шлифовального круга при затыловании спирально дисковых фрез. // Анализ и синтез механизмов и теория передач. -Хабаровск: ХПИ, 1979. С.37-47.

20. Ерофеев А.Ф. Нарезание колес внутреннего зацепления долбяками. -М. Машиностроение, 1967. 140с.

21. Клоков В.Г., Введенская Н.П. Образование задних боковых углов при фрезеровании долбяков // "Станки и инструмент". 1939. - №7.С.14-16.

22. Колесников В.Н. Определение величины погрешностей переточек спирально-дисковых фрез. Курган, 1980.-17с. - Рукопись представлена Курганским машиностроительным институтом. Принята к деп. в ГОСИНТИ.

23. Колчин Н.И. Аналитические основы дифференциального метода исследования зубчатых зацеплений. // Труды семинара по теории машин и механизмов АН СССР, вып. 64, 1957. С.52-59.

24. Колчин Н.И. Аналитический расчет плоских и пространственных зацеплений (с приложением к профилированию режущего инструмента и расчету погрешностей в зацеплениях). M.-JL: Машгиз, 1949. -210 с.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968, - 720с.

26. Корнилов К.А. Производство зубчатых колес. М. Машгиз, 1947. -244с.

27. Коростелев JI.B. Кривизна поверхностей зубьев в пространственных зацеплениях.- В кн.: Теория машин и механизмов, вып. 98-99.М.: Наука, 1964. С.151-163.

28. Крылов Н.Н. Кривизна поверхностей, имеющих линейный контакт. -В кн.: Теория машин и механизмов, вып. 94-95. М.: Изд. АН СССР, 1963.-С.119-126.

29. Лашнев С.И. Формообразование зубчатых деталей речными и червячными инструментами. М., «Машиностроение», 1971. - 215с.

30. Лашнев С.И., Борисов А.Н. Геометрическая модель формирования поверхностей режущими инструментами // СТИН. 1995.- №4. -С. 22-26.

31. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.-392с.

32. Либуркин Л.Я. Геометрия зацепления конических колес, нарезаемых долбяком. // Труды IV совещания по осн. проблемам ТММ. Теория передач в машинах. М.: Машиностроение, 1965. - С. 183-187.

33. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. Изд. 2-е перераб. и доп. -М., Наука, 1968. - 584с.

34. Матюшин В.М., Зубодолбление. М.: Машгиз, 1953. - 485с.

35. Матюшин В.М., Применение зуборезных долбяков // Вестник машиностроения. 1953. - №8. - С.12-18.

36. Матюшин В.М., Расчет спиральных долбяков винтовых колес // Станки и инструмент. 1937. - №15. - С.6-9; №16. - С.11-12.

37. Настасенко В.А. Исследование червячных фрез с усовершенствованной формой передней и задней поверхностей // СТИН. 2000.- №6. -С. 8-10.

38. Настасенко В.А. Сокращение расхода затылованных фрез путем оптимизации геометрии режущего клина // Станки и инструмент. -1993.-№6.-С. 11-13.

39. Настасенко В.А. Червячные фрезы с положительным передним и увеличенным задним углами // Станки и инструмент. 1983.- №1. - С. 18-20.

40. Производство зубчатых колес: Справочник/Под ред. Б.А. Тайца. -М.: Машиностроение, 1975. 728с.

41. Ратманов Э.В. Аналитическое и экспериментальное исследование зацепления цилиндрических зубчатых колес, образованных спирально-дисковыми инструментами. Автореф. диссерт. М.:МВТУ.-1977. 23с.

42. Ратманов Э.В. Исследование станочного зацепления при обработке зубчатых колес транспортных машин. В кн.: Исследование рабочих процессов в транспортных машинах. - Хабаровск: РИО Хабаровского политехи, института, 1974. - С.53-60.

43. Ратманов Э.В., Сызранцев В.Н. Расчет отклонений профиля зуборезных головок с профилем Новикова.- В сб. :Проблемы исследования проектирования и изготовления зубчатых передач, тр. 5-ой зональной конференции. Хабаровск, 1974. - С.45-52.

44. Родин П.Р., Климов В.И., Якубсон С.Б. Технология изготовления зуборезного инструмента. Киев: Техника, 1982. - 206с.

45. Родин П.Р. Основы теории проектирование режущих инструментов. -Киев: Машгиз. I960,- 238с.

46. Родин П.Р. Основы формообразования поверхностей резанием. Киев: Издательское объединение "Вища школа", 1977.-192с.

47. Романов В.Ф. Проверка долбяков при нарезании колес внутреннего зацепления. // Станки и инструмент. 1959. - №6. - С.23-26.

48. Романов В.Ф. Проверочный расчет долбяков при нарезании колес с внутренним зацеплением. // Вестник машиностроения. 1962. - №6. -С.18-21.

49. Романов В.Ф. Расчеты зуборезных инструментов. М.: Машиностроение, 1969.-255с.

50. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М: Машгиз, 1962. - 952с.

51. Сызранцев В.Н. Метод решения геометрических задач, связанных с затылованием спиральных фрез.- В кн.: Теория механизмов и машин: Тез. докл. первого Всесоюз. съезда. Алма-Ата, 1977. - С. 170-171.

52. Сызранцев В.Н. Образование линейчатой поверхности затылка при изготовлении спиральных фрез.- В кн.: Теория и расчет передаточных механизмов. Хабаровск: РИО Хабаровского политехи, института, 1975. - С.86-96.

53. Сызранцев В.Н. Теоретические основы профилирования инструментов со спиральной производящей поверхностью и исследование способа обработки круговых зубьев конических колес.- Дис. канд. нехн. наук.- Курган, 1978. 209 с.

54. Сызранцев В.Н., Ратманов Э.В., Рохин JI.B. Оценка погрешности профиля долбяков, шлифуемых червячным шлифовальным кругом: Тезисы международной конференции «Теория и практика зубчатых передач». Ижевск, 1998. - С.493-498.

55. Тимофеев Б.П. Синтез обкатных конических колес с круговыми зубьями по условию равенства нулю второй производной передаточного отношения в расчетной точке контакта. В кн.: Теория передач в маштнах. - М.Машиностроение, 1970. - 493с.

56. Трифонов Б.П., Бабичев Д.Т. Исследование геометрии сложного многолезвийного режущего инструмента.- В сб.: Проблемы исследования, проектировния и изготовления зубчатых передач. Тр. 5-ой зональной конференции. Хабаровск, 1974.- С.273-278.

57. Фрадкин Е.И., Черкашин В.П., Крюков С.М. Особенности нарезания долбяком цилиндрических зубчатых колес с большим коэффициентом смещения // Станки и инструмент. 1985,- №8. - С. 21-22.

58. Фрадкин Е.И., Чурилин А.В., Хромов В.И. Повышение точности зубодолбления и зубошлифования // СТИН. 1994.- №5. - С. 7-10.

59. Фрайфельд И.А. Инструменты, работающие методом обкатки. -М.:Машгиз, 1948.-216с.

60. Фрайфельд И.А. Расчет и конструкция специального металлорежущего инструмента.- М.:Машгиз, 1957,- 357с.

61. Цвис Ю.В. Профилирование режущего обкатного инструмента. -М.:Машгиз, 1961. 156с.71 .Шевелева Г.И. Моделирование на ЭВМ зацепления зубчатой пары // "Станки и инструмент".- 1972.-№5.- С.15-18.

62. J.-F. Delavy, J. Cadisch, Dr. W. Thyssen, Dr. P. Schacke, R. Schwaig-hofer. Reishauer-fibel. Reishauer AG. 1988.-128p.

63. Syzrantsev V.N., Ratmanov E.Y., Rokhin L.V. Increase of gear shaper-cutters accuracy by its teeth profile modification: Wspolczesne metody konstrukcji i technologii elementow uz^bionych: IV konferencja naukowo-techniczna, Lodz, 1999. - P.185-191.