автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Червячные фрезы, свободные от органических погрешностей

р Г Б Я

' 1 Туль

ульскии государственный университет

4 пи Г О.:-.

На правах рукописи

САБИНИНА Анна Львовна

ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ, СВОБОДНЫЕ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-

технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета

Научный руководитель Научный консультант

Официальные оппоненты

■ доктор технических наук, профессор Лашнев С.И.

■кандидат технических наук, доцент Борискин О.И.

■ чл.-корр. Академии Естествознания, доктор технических наук, профессор Федоров Ю.Н.

■ Заслуженный машиностроитель РФ, кандидат технических наук Ананьев В.Н.

Ведущее предприятие

■ ОАО «Тульский оружейный завод»

Защита диссертации состоится « 18» мая 1998 г. в 14® часов во 2 учебном корпусе, ауд. 104 на заседании диссертационного совета К 063.47.01 Тульского государственного университета (300600, г. Тула, проспект Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан «/¿7^» 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Е.И.Федин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.—

На современном этапе промышленного развития одним из требований рынка машиностроительной продукции выступает дальнейшее повышение качества зубчатых изделий различного профиля и назначения. Точность таких деталей формируется под действием большого числа факторов, среди которых одним из'решающих является влияние на ожидаемый уровень .качества конструктивных недостатков применяемых инструментов. Характер влияния этих факторов различен. Есть факторы, действующие случайно (они в основном связаны с техйоло-гичностью конструкций применяемого инструмента), а есть факторы, -действующий систематически (они в основном связаны с функциональными особенностями конструкции инструмента и применяемыми методами его расчета). В качестве инструментов для изготовления зубчатых колес, шлицевых валов, звездочек цепных передач, червячных колес и пр. нашли весьма широкое применение червячные фрезы, при эксплуатации которых отрицательное действие этих факторов на качество обрабатываемых деталей проявляется особенно заметно. В частности этим инструментам присущ ряд органических недостатков, приводящих к потере точности при переточках. Поэтому проблема дальнейшего совершенствования конструктивных характеристик червяных фрез является актуальной и имеет как научное, так и практическое значение. В этом ..вправлении отечественная наука знает целый ряд крупных достижений, полученных трудами В.А.Гречишникова, Г.Г.Иноземцева, С.И.ЛаШнева, П.Р.Родина, В.Ф.Романова, Г.Н.Сахарова, И.И.Семенченко, А.К.Сидоренко, Ю.В.Цвиса, А.В.Цепкова, И.А.Фрайфельда, А.Н.Шевченко, В.А.Шишкова, М.И.Юликова и других ученых.

Известные направления и методы борьбы с органическими недостатками червячных фрез сводятся,, как правило, к минимизации погрешностей," но- не дают окончательного результата. Данное исследование посвящено созданию конструкции червячной фрезы,.свободной-от органических погрешностей'« способной обеспечивать стабильный уровень качества обрабатываемых деталей при любой сточенности инструмента.

Связь работь1 : научными программами.

Диссертация выполнялась в соответствии с планом госбюджетной НИР ТулГУ № 20-6& «Совершенствование конструкций инструментов и метрологические аспекты их производства4,. а также исследованиями по гранту 62/401 «Геометрическая теория формирования поверхностей режущими-инструментами».

Цель и задачи работы. '

Целью диссертационной работы явилось создание геометрической модели червячных обкаточных фрез, свободных от органических погрешностей их расчета, конструирования и эксплуатации. Для достижения этой цели были решены следующие основные задачи:

1. Проведен кинематический и геометрический анализ червячных обкаточных фрез существующих конструкций, на базе которого определена принципиальная возможность избавить червячные фрезы от органических погрешностей расчета, конструирования и эксплуатации.

2. Создана геометрическая модель червячных обкаточныхчфрез, свободных от органических погрешностей расчета, конструирования и эксплуатации, и на ее основе разработаны примеры типовых конструкций.

3. Сделан численный анализ предложенной геометрической модели, результаты которого подтвердили возможность использования цилиндрической поверхности в качестве задней поверхности червячных фрез.

А. Рассмотрены вопросы технологии "изготовления предлагаемых типовых конструкций червячнь1х. фрез и проанализированы условия их рациональной эксплуатации.

Научная новизна. .

На основании теоретических исследований и численных экспериментов впервые были разработаны:

а) геометрическая модель червячных обкаточных фрез, свободных от органических погрешностей, основанная на свойстве цилиндрической задней поверхности сохранять размеры и форму режущих кромок после . переточек режущих элементов по передней поверхности;

. б) способ восстановления положения режущих кромок на произво-' дящей поверхности червячных фрез послё их переточки путем периодического перемещения режуЩих элементов по поверхностям рабочего корпуса, направляющие которых параллельны направляющим цилиндрической задней поверхности; ' ■

в)способ определения степени сточенности фрезы, при которой возникает необходимость корректирующего перемещения ее режущих элементов.

- Практическая значимость.

Полученные в диссертационной работе результаты теоретических исследований, аналитические Зависимости, практические рекомендации, разработанные конструкции сборных червячных фрез с цилиндри-■ ческой задней поверхностью позволяют обеспечивать постоянный уро--вень качества обрабатываемых зубчатых деталей за весь период эксплуатации инструментов.

Автор защищает:

1. Результаты теоретических исследований по выявлению источников возникновения органических погрешностей-фрез существующих конструкций.

2. Принципы, положенные з основу создания геометрической модели червячной фрезы, свободной от органических погрешностей расчета, конструирования и эксплуатации.

3. Способ, восстановления положения режущих кромок червячных фрез на производящей поверхности после переточек фрззы по передней поверхности.

4. Принципиальные решения по конструкции сборных червячных фрез, свободных от органических погрешностей, - .

5. Типовые конструкции "сборных чеевячьых фреэ, обладающих способностью сохранять форму режущих кромок и их расположение на производящей поверхности при любой степени сточенности инструмента.

6. Результаты численного анализа спроектированных фрез, рекомендации' по выбору геометрических и конструктивных параметров червячных фрез с цилиндрической задней поверхностью.

7. Способ определения степени сточенности фрезы, при которой возникает необходимость корректирующего перемещения ее режущих реек для восстановления' п-эреонзчальной точности обрабатываемых дотэлей.

?Летоды иссподованкя.

Теоретические исследования проводились на основе геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, математического анализа, дифференциальной геометрии, функциональной взаимозаменяемости, программирования. Достоверность выводов проверялась численными экспериментами. .

Апробация пяботн.

Основные положения диссертационной работы бью» доложены и обсуэданы на. научно-технических• -• конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 1995-1990 гг., на Всероссийском совещании «Проблемы теории проектирования. и производства инструмента» (г. Тула, 1995 г.), на »"ипьйной маждународней научно-технической конференции «Вопросы совершенствования технологических процессов мехчнк.чэской обработки и сборки изделий -машиностроения» (г. Тул'з, 1958 г.), на юбилейной международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков-и инструментов» (г.Тула, 1997 г.). .

Практическая реализация.

Разработанная конструкция червячной шлицевой фрезы, методика ее расчета и проектирования, рекомендации по эксплуатации были рекомендованы для внедрения в АО «Тулаточмаш» и АК «Туламашзавод».

Публикации.

По материалам проведенных исследований опубликовано 7 печатных работ. > , "

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из ведения, пяти глав, заключения и основных выводов, списка использованных источников из 86 наименований и приложений. Работа содержит 128 стр. машинописного текста, 83 рисунка, 2 таблицы.

*

Основное содержаний работы

В первой главе рассмотрены особенности нарезания зубьев обкаточными червячными фрезами с позиций геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами.

Согласно этой теории инструмент в общем случае может совер- " шать 'пять целевых движений - главное движение резания 0( и четыре движения подач: движение Оэ инструмента по направляющей (Я) формируемой поверхности; движение инструмента по образующей (£) формируемой поверхности; движение по делительной поверхности для переноса инструмента с одного участка формируемой поверхности на другой; движение О, сближения инструмента с формируемой поверхностью (£, Я). ,

Каждое целевое движение инструмента может быть выполнено двумя способами: в перзом - параметр движения является зависимы?^ от одного из параметров формируемой поверхности (£, Р), во втором -независимым от них.

При формировании поверхностей режущими инструментами используют два способа совмещения движений инструмента - при неравных циклах и при равных циклах. В первом случае каждое из совмещаемых движений сохраняет свой цикл, а ао втором - вместо нескольких совмещаемых движений образуется одно суммарное движение с новым, единым параметром движения.

Червячные обкаточныз фрэзы являются единственным. инстру-мантом, в котором задействованы все пять целевых движений - О/, 05, Оь О,, Оа, оба способа их осуществления и оба способа совмещении. Совмещение движений по второму способу приводит к появлению одного сложного движения-вместо нескольких простых цэлевых движений,

Что упрощает эксплуатацию червячных фрез, за счет уменьшения количества движений, реализуемых на зубофрезерном станке. Однако совмещение движений делает невозможным свободное управление со______ставляющйми суммарного движения.

В процессе эксплуатации и перетачивания червячной фрезы происходит изменение численных значений ее параметров, например, уменьшение наружного диаметра. Изменение численных значений параметров фрезы нарушает соотношение целевых движений, составляющих одно суммарное движение и связанных с параметрами инструмента, что приводит к появлению погрешностей на формируемой поверхности детали. Восстановить первоначальное соотношение совмещенных движений невозможно, так как управлять каждым, совмещаемым по второму способу движением, & отдельности Нельзя, а механизма воздействия на суммарное движение не существует. Поэтому для сохранения первоначального соотношения движений инструмента и предотвращения появления погрешностей на формируемой поверхности необходимо поддерживать параметры червячной фрезы постоянными в течении всего срока ее эксплуатации.

Изменение численных значений параметров фрезы при эксплуатации обусловлено действием органических погрешностей, заложенных в ее конструкцию и особенности эксплуатации. Следовательно, для под-■ держания заданного соотношения движений инструмента и получения стабильного уровня качества обрабатываемых фрезой изделий необходимо создание червячной обкаточной фрезы, свободной от-органических погрешностей.

Щ а) ' б)

Рис. 1. Погрешности, возникающие при переточках червячных фрез

Существующие конструкции червячных фрез содержат следующие виды повторяющихся погрешностей, влияющих на точность формируемой поверхности:

. а) погрешности, возникающие при расчете производящей поверхности;

в

б) погрешности, возникающие при аппроксимации теоретических линий и поверхностей технологически более удобными;

в) погрешности," возникающие при .переточках инструментов, вследствие изменения формы режущих кромок (рис. 1,а) и их смещения с рассчитанной производящей поверхности (см. рис. 1,6).

Погрешность третьего вида присуща всем червячным фрезам и • вызывает наибольшие трудности при ее исключении. Известные методы минимизации этой погрешности в основном связаны с поиском благоприятного варианта сочетания передней и задней поверхностей, однако они не дают радикального решения. Перспективным направлением для такого решения может стать изменение конструкции инструмента. На этой основе была сформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы:

Во второй глава на основании анализа литературных данных и собственных численных экспериментов установлены конкретные источники органических погрешностей чероячных фрез существующих конструкций. Для этого.исследовалось влияние на возникновение погрешностей методов расчета производящей поверхности, формы передней поверхности, формы задней поверхности червячных фрез.

Было установлено, что при расчете производящей поверхности источниками погрешностей служат ошибки из-за неточности геометрических построений в графических и графоаналитических методах или -ошибки, связанные с округлением промежуточных результатов вычис- " лений в аналитических методах. / . .

Режущие кромки червячной фрезы образуются как линия Пересе- • чения ее производящей поверхности с передней поверхностью. Переднюю поверхность червячной фрезы назначают в основном; либо пло- -ской, либо винтовой линейчатой поверхностью. При этом органические погрешности, возникающие при формировании режущих кромок червяч- -ной фрезы, зависят от способа изготовления передней поверхности. Если передняя поверхность назначается винтовой, то для получения ее на инструменте сначала рассчитываются параметры установки и параметры профиля шлифовального круга, формирующего переднюю поверхность, а затем расчетный профиль заменяется технологически удобной линией. При этом возникают следующие погрешности:

а) погрешности, связанные с округлением промежуточных результатов при расчете параметров установки и параметров профиля шлифовального круга;

. б) погрешности, связанные с аппроксимацией расчетного профиля круга .технологически удобной линией,

Кроме того, в процессе эксплуатации шлифовального круга, формирующего винтовую переднюю поверхность, возникает, дополнительная составляющая погрешности, связанная с осыпанием круга и правкой

его профиля. Дело в том, что после правки уменьшается диаметр круга и, как следствие, изменяются условия его контакта с формируемой поверхностью (рис. 2,а). Для новых условий контакта необходим профиль круга отличный от первоначального. Должны быть также изменены, па^ раметры его -установки относительно червячной фрезы.'Однако, на практике круг меньшего диаметра заправляют по уже известному аппроксимированному профилю, что и является еще одной причиной возникновения погрешности червячной фрезы. При формировании плоской передней поверхности нет необходимости в расчете параметров установки и профиля круга после его правки, условия контакта круга с формируемой поверхностью не нарушаются (рис. 2,6).

а - винтовой; 6 - плоской

Форма задней поверхности червячной обкаточной фрезы должна быть такой, чтобы: -

а) во всех точках-рзжущих кромок были обеспечены необходимые для работы задние углы: ■

б) после переточки фразы каждая ее режущая кромка лежала на производящей поверхности; .............'....... - - ■■ -

а) выполнялись требования технологичности.

■ - Существующие конструкции червячных фрез не допускают регулирования положения режущих кромок после переточки ее зубьев. Поэтому лосг.е ¡¡^ждой переточки ее наружный и начальный радиусы уменьшаются. Уменьшение начального радиуса приводит к тому, что изменяется теоретически требуемая форма передней поверхности, если она винтовая, а таю** форма промзссдящёй поверхности. Вследствие этого, для получения заданной формируемой поверхности режущие кромки, как линии пересечения передней и задней поверхностей посла каждой переточки должны иметь различную форму (рис. 3). Теоретически точную заднюю поверхность фрезы можно обработать только ззтылующим инструментом, имеющим-с ней точечный контакт, что'технологически выполнить трудно. Поэтому большинство применяемых способов получе-

женными.

V

М

К

% £

У/

ния задней поверхности у червячных инструментов являются прибли-

Наиболее распространенными из них бывают способы замены зад-. ней поверхности винтовой цилинд-> ри'ческой поверхностью, когда кри-■ вая затылования является дугой окружности, и винтовой нецилиндрической поверхностью, когда кривая затылования .является архимедовой спиралью. Однако при переточке-фрез с такими задними поверхностями возникают органические погрешности, влияющие как на про-0 филь режущей кромки фрезы, так и на формируемую поверхность. По-Рис. 3. Теоретически точная форма явление этих погрешностей обу-

" задней поверхности червячных ¿ловлено двумя причинами:

Фрез а) изменением формы режу-

щей кромки фрезы после переточки (см. рис. 1 ,а);

б) смещением режущей кромки переточенной фразы с производящей поверхности (см. рис. 1,6).

. По результатам проведенного анализа были намечены направления борьбы с источниками органических погрешностей, включающие:

- использование метода расчета, про;вводящей поверхности, основанного на геометрической теории формирования поверхностей рехсу-щими инструментами, и дающего по сраьн-знпго с другими ¡аналитическими методами сокращенно промежуточных вычислительных операций; ' .

- замену винтоеой линейчатой передней поверхности плоской;

- применение задней поверхности, сохраняющей форму режущой кромки при переточке;

*- создание конструкции червячной фрезы, позволяющей восста-' н&вливзть диаметр фрезы и положенно ее режущих кромок но производящей поверхности поело переточки.-

В третьей глги-а даны принципиальна рзшонил по созданию типовой конструкции черзячней фразы,' свободной от органических погрешностей.

' Для восст&новяешш положения режущих кромок на произЕюдг.щой. поверхности после пареточок становится необходимой перастаногка режущих элементов относительно раоочзго корпуса. Поэтому на корпусе- выполняются строго координиро^ийыо относигслы-ю основных конструкторских баз фрезы поверхности, позволяющий осуществлять пера-

становки. Форма и расположение этих поверхностей выполняется такой, чтобы при перестановках режущих элементов их задние поверхности

могли совершать движение «сами по себе». То есть форма и. расположение поверхностей для перемещения определяются выбранной фср-мой задней поверхности. Иэвестньгтри сндо задних поверхностей", ~до~ пускающих движение асами по себе» (ряс. 4) - винтовая, поверхность вращения, .цилиндрическая посерхнссп».

.....' , ./^х

\ \ \У 7 [ /х£х ' X !

ТО'"

п «

и

а) б) [е)1 в)

Рис. 4. Поверхности, допускающие движение «сами по себо». а) - винтовая; 5) - поверхность вращения;-в) - цилиндрическая

В первом й во втором случаях поверхность корпуса для перемещения режущих элементов выполняется цилиндрической о- осью, сп«-

ЦЛ=!К!ЯЙ Оси с~--г.стия Иг г~~п~-г.

, . „.-р.-,,.-: "с

г;'".:.;" "1". .. "раг-г.то.;-.*! г■ о^^с.»:■ ктпугя г~

.г .г:;.;'.*.;•. Гч-!,:■'=-".•■ ■ • .'/.ч;:'.".. ,;.:.г г> ■■■<;[■■ .1 - г'^с'1'.",:

'<- '"''к- \ *" '; > Л1:"."Л>.!,:_-::1 ^П;;:; уггльс:!; СО ;;гО-

X 'Vе'ь'./";';ь -'г егг/щ?'; ^'"плнлл пвро-реек о'тшлкепьна рабочего'корпуса фрезы в типовой КОНСТРУКЦИИ был использован ЙЯГ.ИЯИТ №тонп.л « ----

' ; С ; , ----—-......

шлифезанных реек клиньями большей толщины. Осевоэ- закрепление ро:;:уц;и>: реек 'осуществляется крышками, нзвиичнзпамы«« мз пе?!-бо-Х:0 и--.':;.:; .Х^г.уйм, с&гд&ющу^н'о зцняечнками паек поляп«у л мата.

ПРКНШ1П03 СС2Л2НИЯ ГППУАТпиилгч/лы ипкам ------,

^ ГОС"» 1139-60. При

ее проехгироаакии были приняты с/юдующиз конструктивные параметр-

ры: число заходов - 1; радиус начального цилиндра - 42.6 мм; задний угол - ав = 10°; передний угол - у = 0°; задняя поверхность - цилиндри-

Рис. 5. Червячная фреза о цилиндрической задней поверхностью, а) - рейки прямозубые; в) - рейки косозубыв

Параметры профиля инструментальной рейки и параметры производящей поверхности рассчитывались по методике, изложенной в известной работе профессора Лашнева С. И1). Основные размеры фрезы и требования к точности изготовления ее режущей части принимались по ГОСТ 8027-86. Нормы точности по присоединительным поверхностям корпуса и режущих реек были взяты по нормалям Горьковского автомобильного завода для сборных червячно-шлицевых фрез с поворотными рейками. Сборочный чертеж предложенного варианта типовой конструкции фрезы представлен на рис. 6. Исполнительные Чертежи деталей этой фрезы переданы для внедрения в производство.

В четвертой главе проведен численный анализ параметров червячных обкаточных фрез с цилиндрической задней поверхностью

Расчет рабочих углов резания ар, ур, Яр проводился по методика профессора С.И.Лашнева, предназначенной для численного анализа червячных фрез с задней поверхностью, затылованной по архимедовой спирали. При этом расчетные зависимости были прообразованы для случая использования у червячных фрез цилиндрической задней поверхности.

Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ.

Программа вычислений реализована в виде диалога пользователя с ЭВМ в виде одного из программных блоков системы расчета параметров исследуемой модели червячной фрезы, включающей: блок расчета параметров производящей поверхности инструмента; блок расчета параметров режущих кромок; блох расчета углов ар, ур, резания режущей части инструмента; блок расчета параметров, характеризующих величину и количество необходимых перестановок режущих элементов.

47 гч,нн 1 45

1р

о г а)-

•го

/

/ ■ ю' • 0'

/ Ц ' 0 Гч-43,1505 г А

ар>!р№>-

-!0

-41 О б)

45

М

г

-30

\ Ь'О'

\| 1 Гч-43, 0' 1505

^ "г

■45

В)

.6

1 1е" о' -

V* 3,1505 > У

У °р

И

и»

I I 1

- о ■ ч

- Ц ' 150í

У /ар

- А / г

, У: К

У

4 5 Д)

10 а.п "в

Рис. 7. Гоафики изменения углов резания на режущей части фрезы с цилинд- ¡.о рической задней поверхностью

Трансформация рабочих углов ар, и ур на режущей части фрезы е цилиндрической задней поверхностью представлена на рис. 7 в зависимости от положения точки на режущей кромке по высоте профиля (рис. 7,а); на промежутке от точки врезания в припуск до' точки выхода из припуска наиболее неблагоприятного участка профиля у головки зуба

45 д' ВО

(рис. 7,б,в); от конструктивных параметров ав и уе (рис. 7,г и рис. 7,д); от направления затылования (рис. 7,е). • ' .

Анализ графиков показывает в частности следующее:

а) при выбранных значениях конструктивных параметров спроектированная" фреза с'Тдипиндрической"задней"'поверхностью'работоспо" собна с точки зрения условий резания;

б) для получения оптимальных рабочих углов ар и ур можно рекомендовать величину заднего угла а8 = 8° -12°, переднего у9 = 6° - 12°, и косое затыпование под углем т| = 3° - 5°.

В пятой глава рассмотрены отдельные вопросы технологии изготовления червячных фрез, не содержащих органических погрешностей, и разработаны рациональные приёмы их эксплуатации.

. Нз'.:5сл~г с™стст^й:;;;-:мп дгггляии у с.-рос;с7;;рс:.с«;;; их ¿««¿а >,«-. "г!отсг? "српус VI рккуагиз рейхи. Технология и-готоал^нил корпуса па отличается от технологии, применяемой на специализированных инструментальных участках передовых отечественных предприятий для обработки корпусов фрез с поворотными рейками. На операциях механической обработки поверхностей пазов предложено использовать современное оборудование, оснащенное системами ЧПУ-, с целью проведе-4 ния обр'аботки дна' каждого паза, его опорной передней и его опорной задней поверхностей с одной установки детали. Принятая на чертежах пм^тлц^ поостямовки допусков дзет возможность ■ лоимене.чил ллл у^а-троля корпусов координатной 'измерительной машины. Технология изготовления режущих реек базируется на использовании при фрезерсва-г-ии зубьев фасонными фрезами и при их шлифовании кругом, сбраба-г-умэющгм бпкояые поверхности соседних -зубьев, «с©го.\»«стных приспособлений, позволяющих с одной установки деталей получать рзйки ссэго комплекта с заданной точностью расположения режущих хромок относительно оперных бзз. Основной деталью таки* лоиспособлений служит плит? с поперечными пазами, имеющими профиль, повторяющий с высокой точностью ррпфипч паза рабочего корпуса фрезы, и выполненными с шагом, равным величине окружного шага зубьев фрезы нр. р.&озтчоу дкэдютрэ с помощью синусных приспособлений птпа рэзеоо&'н'.йаетсл относительно направления продольной соданм под углом X наклона винтовой линии фрезы'на расчетном диаметре.

Особое внимание было уделено вопросам сборки и разборки фре- -зы, так как ее конструкция предполагает их регулярное проведение в «тги у и т «научен га. Дли оо^спе^еннн ьесоходилюю качества сборки, псеышенмя срока службы корпусов, реек и комплекта клиньоо было предложено осуществлять переходы операции сборки а приспособлении изготовленном на база прибора для проверки изделий на биение а центрах, модели Пь-250 (рис. 3), С его пемощыо соединение реек и корпуса, предварительное закрепление реек радиальными

клиньями, шлифование заплечиков, в размер 074 окончательное закрепление реек торцевыми резьбовыми крышками, контроль расположения вершинных и боковых режущих кромок осуществляются при постоянной установке фрезы на оправке.

Разработанные червячные фрезы способны поддерживать заданную точность обрабатываемых деталей при любой степени сточенности. Это достигается как принятой формой задней поверхности, так и конструктивно .обеспеченной возможностью осуществлять корректирующие перестановки режущих реек относительно рабочего корпуса. Принципиально такая перестановка может осуществляться после каждой переточки. Однако это не будет рационально по технико-экономическим соображениям. Во-первых, погрешности детали, являющиеся следствием ' переточки фрезы, имеют определенную динамику и приближаются по мере переточек к своему предельно допустимому значению постепенно. Во-вторых, каждая перестановка сопряжена с полной переборкой инструмента, которая является малопроизводительной операцией, усложняющей и удорожающей эксплуатацию.

Поиск рациональных приемов эксплуатации предложено проводить -на этапе проектирования инструмента путем оценки эффективности применения возможных управляющих воздействий, в том числе коррекцией станочного межосевого расстояния, корректирующих перестановок режущих реек, коррекции конструкции фрезы.

Критериями при принятии решений выступали: погрешность А Ь/2 половины толщины зуба изделия, определяемая разностью большего и меньшего значения половины толщины зуба на активном участке профили; погрешность \ и/2 половины центрирующего диаметра изделия, определяемая модулем полуразности величины центрирующего диаметра, полученной в_ результате вычислений, и расчетного значения центрирующего диаметра; половина толщины зуба детали Ь/2; величина стачивания к; число перестановок режущих реек Л/, необходимых для обеспечения заданного уровня качества" обрабатываемого изделия за весь лёриод эксплуатации фрезы.

Величины Д Ь/2, Д с!/2, Ь/2 определялись путем решения обратной задачи профилирования в зависимости от величины сточенности инструмента, Допустимые значения погрешностей [Д Ь/2].й [Д <*/2] нринимы-' лись равными трети допуска на соответствующий параметр. Величины Ь/2 рассчитывались как у головки, так и ножки активного профиля и сравнивались с предельными размерами этого параметра, соответствующими полю допуска на половину толщины зуба шлица по ГОСТ 1139-80. ~

Решения по применению того или иного управляющего воздействия принимались по динамике погрешности, которая быстрее, приближается к своему предельно допустимому значению. При-этом алгоритм анализа организован так, что конструктор, задавшись величиной сточенности к, получит на экране дисплея графическую информацию о соответствующих ей величинах Л Ь/2, Д с!/2, Ь/2. Причем предполагается, что переточка режущих реек осуществляется врабочем корпусе фрезы по традиционной схеме с «круговой» подачей. Когда величина погрешности приблизится к предельно допустимому значению, конструктор принимает решение о предполагаемом ходе дальнейшей эксплуатации и применении того или иного управляющего воздействия. Здесь возможны следующие варианты:

а) полная разборка фрезы, перешлифовыванйе всех режущих реек с одной установки вне рабочего корпуса, перестановка реек о корпусе до совмещения их передних поверхностей с передними опорными поверхностями лазов корпуса, новая сборка {зее это полностью восстанови; первоначальные параметры фрезы); .

б) проведения коррекции станочного межосевого расстояния.

После моделирования на ЭВМ каждого из вариантоа конструктор

отслеживает дальнейшую динамику погрешностей и определяет необходимое число корр ,ктирующих перестановок. Если это число превысит допустимое по 'экономическим соображениям значение, станет неизбежной коррекция конструкции, заключающаяся в смещении по направлению вращения, фрезы передней оперной поверхности лаза корпуса ио осевой плоскости в параллельную ей плоскость.

Предлагаемые варианты действий конструктора прошли проверку на примере поиска варианта рациональной эксплуатации спроектированной ' фрезы. Результаты анализа представленные на графиках (рис. 9) показывают, что при использовании в качестве управляющего воздействия только корректирующих перестановок, потребуется осуществлять их трижды (рис. 9,а).

¿в/2,

мкм

А б/г

7

8

, ММ

Рис, 9. Графики изменения погрешности детали в зависимости от величины сточенности фрезы. 1 - граница допустимого стачивания; I | - результаты переточек режущих реек в рабочем кор- < пусо; - результат коррекции станочного межосевого рас-

стояния; | - • | - результат перестановки; ЕТ! - утилизация реек '

Сочетание перестановок с коррекцией станочного межосевого расстояния позволит уменьшить число перестановок до двух. Смещение передней опорной поверхности паза на 1.5 мм обеспечит такое же количество перестановок без проведения коррекций станочного межосевого расстояния. Сочетание коррекции конструкции с коррекцией станочного межосевого расстояния позволит обеспечить стабильный уровень качества обрабатываемых деталей при одной перестановке режущих реек за весь период их эксплуатации (рис. 9,6). ■

Таким образом, еще на стадии проектирования инструмента можно прогнозировать ход его эксплуатации и выбирать.для каждого конкретного случая, применения фрезы рациональное сочетание управляющих

воздействий. Можно предположить, что предлагаемый вариант череяч-- ных фрез_будет_экономически_ наиболее выгоден при нарезании ими зубчатых изделий в условиях массового производства и принудительной смены инструмента.,

Оснопные выводы.

На основании проведенных теоретических исследований и численных экспериментов а диссертации показаны реальные возможности создания конструкций червячных обкаточных зуборезных фрез, свободных от органических погрешностей и способных обеспечивать стабильный уровень качества обрабатываемых деталей при любой сточенности инструмента. Это достигнуто за счет использования:

- методики расчета производящей поверхности, основанной на теории формирования поверхностей режущими инструментами;

- плоской передней поверхности, исключающей возникновение погрешностей аппроксимации при изготовлении фрезы;

- цилиндрической задней поверхности, способной сохранять первоначальную форму режущих кромок после переточек режущих реек по передней поверхности;

- периодических перемещений режущих реек относительно рабочего корпуса фрезы для восстановления положения ее режуших кромок непроизводящей поверхности.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Традиционные конструкции червячных зуборезных фрез не обеспечивают стабильного уровня качества обрабатываемых изделий во зсе периоды своей эксплуатации, что обусловлено действием орга- • нических погрешностей инструментов, источником которых являются как особенности расчета производящей поверхности, так и форма передней и задней поверхностей;

2. Доминирующее влияние на погрешности обрабатываемых деталей оказывает принятый при проектировании червячной фрезы вариант исполнения передней и задней поверхностей. Использование традиционных вариантов их исполнения призоди.т к потере формы режущих кромок и их расположения на производящей поверхности фрезы после переточек. Исключение этих погрешностей требует внесения существенных изменений в известные конструкции червячных фрез.

3. Сохранение формы режущих кромок при любой сточенности инструмента возможно, если в конструкции фрезы применять плоскую переднюю поверхность и задние поверхности, допускающие движем1.*? «сами по себе» Восстановление положений режущих кромок на производящей поверхности после переточен возможно, йсл/. применить сборную конструкцию червячной фрезы, у которой режущие рейки перемещаются по рабочему корпусу по поверхностям, скоординированным от-

носительно основных конструкторских баз фрезы так, чтобы при перемещении реек задние поверхности двигались «сами по себе».

4. Для червячных фрез, свободных от систематических погрешностей, технология изготовления сохраняется, так как нормы геометрической точности элементов их деталей не превышают аналогичных норм широко применяемых сборных фрез с поворотными рейками.

5. Корректирующие перемещения режущих реек после переточек фрезы следует осуществлять периодически. Момент необходимой перестановки предложено определять в зависимости от динамики погрешности по выбранному качественному параметру обрабатываемого изделия и допустимой величины этой погрешности. Способность спроектированных червячных фрез сохранять форму и положение режущих кромок позволяет обеспечивать стабильный уровень качества зубчатых деталей за весь период эксплуатации инструмента.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Маликов A.A., Сабинина А.Л. Технологическое обеспечение точности прецизионного инструмента II Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тез. докл. совещания. Тула, 1995. С. 54-55.

2. Борискин О.И., Сабинина А.Л. К вопросу о теории червячных зуборезных фрез II Режущие инструменты и метрологические аспекты их производства I ТулГУ. Тула, 1996. С. 52-56.

3. Маликов.A.A., Сабинина А.Л. Исследование причин снижения работоспособности высоконагруженной технологической оснастки II Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения: Тез. докл. юбилейной на-учн.-техн. конф. Тула, 1996. С. 112-114.

4. Лашнев С.И., Сабинина А.Л. О совмещении номинальных движений режущего инструмента // Технология механической обработки и сборки / ТулГУ. Тула, 1996. С. 34-37.

5. Сабинина А.Л. Повышение точности червячных зуборезных фрез, перетачиваемых по передней поверхности // Известия ТулГУ. Со-. рия «Машиностроение». 1997. Вып. 1. С. 96-99.

6. Лашнев С.И., Борискин О.И., Сабинина А.Л. Червячные фрезы без систематических погрешностей // Прогрессивныа методы проектирования технологических процессов, станков и инструмеитрв: Тез. докл. юбилейной научн.-техн. конф. Тула, 1997. С. 130.

7. Лашнев С.И., Сабинина А.Л. Результаты числэнного анализа червячных фрез с цилиндрической задней поверхностью II Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение» . 1GS7. Вып. 3. С. 45-48.

- • Ткр. /¿У зкз.Зак. /S3

' " Отпечатано в ТулГУ