автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Кинематика и динамика формообразования сложных поверхностей на станках с ЧПУ

, /

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ж/ШАНГАРАЕВ Саыарбек Жолдошбековнч

КИНЕМАТИКА. И ДИНАМИКА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Специальность 05.02.18 - Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена на кафедре "Теория механизмов и машин" Санкт-Петербургского государственного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор М.З.Коловский

Официальные оппоненты:- доктор технических наук, профессор

Б.П.Тимофеев

- кандидат технических наук, доцент Б.Я.Розовский

Ведущая организация - арендное предприятие "Эскалатор"

Защита состоится " 2 " марта 1993 г. в 16 часов на заседании специализированного совета Д 063.38.07 при Государственном техническом университете г.Санкт-Петербурга по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. д.29, I учебный корпус, ауд. 439

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан "I" февраля 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ,

кандидат технических наук, доцент ' В.И.Лебедев

4.

. 0Бп1АЛ ХЛРЛКТЕРИСТЛI й РАБОТУ

Актуальность работы. В современном машиностроении все более широкое применение находят мвталло режуиие станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Высокая разрешающая способность систем Ч11У и широкие технологические возможности таких станков позволяют изготавливать на них изделия сложной формы, потребность в которых возрастает в различных отраслях машиностроения. Повышение эффективности использования станков с ЧПУ при изготовлении изделий сложной формы достигается пу-. тем совершенствования технологических процессов обработки. Последнее обстоятельство требует новых исследований, связанных с вопросами изучения и проектирования процессов контурной обработки сложных поверхностей. Основной целью этих исследований является обеспечение максимально возможной точности и качества формообраэуемой поверхности. Известно, что кинематические возможности современных станков с ЧПУ позволяют осуществлять процесс формообразования сложной поверхности заданной геометрии по различным геометро-кинематическим схемам. Каждая из этих схем предусматривает определенное сочетание формообразующих движений инструмента и заготовки по соответствующим управляемым координатам станка. При формообразовании сложных поверхностей на станках с ЧПУ можно использовать стандартный универсальный инструмент с цилиндрической производящей поверхность»), например концевые фрезы. Однако при этом, необходимо обратить внимание на нестационарность режимов работы приводов подач, обеспечивающих формообразующие движения, которая вызвана существенной переменностью технологических нагрузок и программным управлением. Следствием нестационарных режимов работы приводов могут явиться такие нежелательные динамические эффекты в приводах как перекладки зазоров и фазовые переходы, которые существенно снижают качество технологического процесса. В связи с вышеизложенным, при проектировании технологических процессов обработки * сложных поверхностей стоит задача сравнительного анализа различных схем формообразования на основе кинематических и особенно динамических критериев контурной обработки заданной поверхности. Кроме того, остается нерешенной проблема выбора оптимального программного управления, обеспечивающего снижение влияния динамических факторов, приводящих к нестационарным явлениям в технологической системе. Анализ литературы показал, что исследования дш%мики процессов контурной обработки в такой постановке не проводились. Вследствие сказанного тему

Г

диссертации, посвященной теоретическому и экспериментальному исследованию перечисленных проблем следует считать актуальной. Работа проводилась в соответствии с программой гос.комитета по науке и технике СССР по созданию новых прогрессивных технологий по разделу фундаментальных исследований.

Целью работы является:

- Исследование кинематики процесса формообразования сложных поверхностей, в частности, получения эвольвентных зубчатых колес на фрезерном станке с ЧПУ, и разработка на основе этих исследований различных вариантов геометро-кинеиатических схем профилирования, а также методик расчета параметров относительных движений инструмента и заготовки.

- Разработка обобщенной математической модели процесса формообразования поверхностей на основе теории огибаюцих.

- Исследование законов изменения технологических нагрузок на приводах подач станка с ЧПУ.

- Исследование динамики процесса контурного фрезерования эвольвентных зубчатых колес по различным геометро-кинематическим схемам формообразования.

- Анализ условий возникновения эффектов перекладок зазоров и фазовых переходов в приводах подач фрезерного станка с ЧПУ и получение рекомендаций по выбору рациональной схемы формообразования для конкретного станка.

- Экспериментальная проверка различных вариантов геометро-кинематических схем формообразования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ.

Научная новизна и основные положения, выносимы'; на защиту В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:

- Исследована кинематика процесса формообразования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ, разработаны новые геометро-кинематические схемы профилирования зубчатых венцов.

- Предложена методика оценки погрешностей профилирования эвольвентных зубчатых венцов на станках с ЧПУ, с учетом .геометрических и кинематических ошибок приводов подач. •

- Предложена обобщенная математическая модель процесса формообразования сложных поверхностей произвольной геометрии инструментом с цилиндрической производящей поверхностью на станках с ЧПУ.

- Исследованы законы изменения технологических нагрузок на приводах подач при контурном фрезеровании эвольвентных зубчатых колес.

?.

- Исследована динамика процессов, происходящих в приводах подач станка с ЧПУ с учетом особенностей контурной обработки сложных поверхностей, определены условия перекладок зазоров (фазовых переходов) в приводах и получены рекомендации по выбору рациональной схемы формообразования эвольвентных зубчатых колес.

К защите представляются следующие основные положения:

- Теоретические исследования различных геометро-кинеыатических схем профилирования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ;

- Методика расчета геометрических параметров используемого универсального инструмента;

- Методика расчета технологических нагрузок на приводах подач при формообразовании сложных поверхностей на станках с ЧПУ;

- Рекомендации по выбору рациональных схем формообразования сложных поверхностей и оптимальных программных движений инструмента при приемлемых динамических условиях;

- Алгоритм расчета геометрэ-кинематических параметров формообразуть щих движений инструмента и заготовки, необходимых при разработке управляющих программ технологического процесса фрезерования эвольвентных зубчатых колес;

- Реализация разработанных методик и алгоритмов в виде вычислительных программ на языке ФОРТРАН;

- Экспериментальная оценка точностных параметров приводов подач фрезерного станка с ЧПУ модели Д5-3&Ш5-1.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации новые геоые-трокинематические- схемы профилирования и алгоритмы расчетов параметров формообразующих двоений инструмента и заготовки могут служить теоретической основой при разработке технологии изготовления зубчатых, колес на станках с ЧЛУ.

Полученные в работе рекомендации дают возможность выбора рациональной схемы формообразования поверхности заданной геометрии, а также проек-• тирования качественных технологических процессов обработки.

Реализация в промышленности. Основные результаты работы реализованы в виде комплекса программ дл-т проектирования технологического процесса нарезания зубчатых колес на станках с ЧПУ. Бнздржиз результатов диссертации в ногчх разработках подтверждается сэогв^тствупчим доч.умлчгэм.

Д-ОСГОП'*!!Т1ПСТ'| гтмультат.'п лг ;т" ¡о."чн:м основывается из использо-

3

вании известных методов теоретической механики, теории механизмов и машин, теории зубчатых зацеплений и технологии машиностроения. Эффективность предложенных геометро-кинематических схем и правомерность - проведенных расчетов подтверждается результатами экспериментального нарезания эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ моделей ДО-320ПШ (фрезерный модуль) и 17161ШРМ2 (токарный модуль).

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на семинаре С.-Петербургского Дома научно-технической пропаганды, на заседании С.-Петербургского филиала Всесоюзного семинара по теории механизмов и машин имени проф. 11.С. Коэьмина, в Дома ученых имени Н.Горького АН России (июнь 1992г), а также на научном семинаре кафедры ТШ СЛбГТУ (ноябрь 1992г.). По тема диссертации опубликованы 5 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 61 наименований и приложения. Основной материал изложен на /30 страницах машинописного текста, в работу включено 44 рисунков и 10 таблиц.

При написании работы автор пользовался научными консультациями к.т.н. доц., С.П.Филиппова.

СОДЕРЖАНЛЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность работы, поставлена цель диссертации, изложено краткое содержание диссертационной работы.

В первой главе проведен краткий обзор литературы, посвяценной различным вопросам процесса формообразования сложных поверхностей на станках с ЧПУ. Здесь рассмотрены вопроси эЭДективности использования станков с ЧПУ при изготовлении деталей слокной формы, вопроси разработки управляющих программ при контурной обработке сложных поверхностей заданной геометрии, а также вопросы, связанные с динамическими процессами при формообразовании сложных поверхностей. Анализ литературы показывает, что существует ряд нерешенных задач, связанных с исследованиями нестационарных динамических ошибок при контурной обработке поверхностей сложной формы.

Проведанный анализ позволил сформулировать постановку задачи исследований, проводимых в работе:

- Разработка новых геомзтро-кипематических схем профилирования эвольвентных зубчатых колес внешнего зацепления на станках с ЧПУ, и методы определения параметров формообрпэушцих двикений инструмента и зпготов-

4

ки по каждой из предлагаемых схем.

- Разработка обобщенной математической модели формообразования поверхностей на станках с ЧПУ, позволяющей определять параметры относительных движений инструмента и заготовки при контурной обработке сложных поверхностей произвольной геометрии.

- Выработка рекомендаций по выбору рациональной схемы формообразования поверхности заданной геометрий на кбнкретном станке с ЧПУ, исходя из анализа динамики процессов контурной обработки сложных поверхностей.

Вторая глава посвящена разработке новых геометро-кинематических схем профилирования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ с использованием универсального инструмента (концевой фрезы), получению зависмостей для расчета параметров формообразующих движений инструмента и заготовки, а также разработка методики выбора диаметра используемого инструмента. Кроме того, в главе проведен анализ погрешностей профилирования с учетом геометрических и кинематических ошибок приводов подач фрезерного станка с ЧПУ модели Д5-329ГШ4. В предлагаемых схемах профилирования программные движения инструмента и заготовки сводятся не к получению заданного станочного зацепления, как это имеет место в традиционной технологии, а к созданию определенных формообразующих движений для получения зубчатого венца заданной геометрии. По характеру движения инструмента в абсолютной (неподвижной) системе координат можно выделить несколько вариантов схем профилирования. На рис. 1а представлена схема прямого координатного профилирования эвольвентного зубчатого венца. По этой схеме формирование зубчатого венца происходит при неподвижно закрепленной на столе станка заготовке I программными движениями оси вращения инструмента 2 по траектории,эквидистантной к образуемым профилям зубьев. Координаты опорных точек траектории движения инструмента, в абсолютной системе координат £е , необходимые при разработке управляющих программ (УП), рассчитываются по следующим формулам:

для правой ветви зквицистанты

для левой ветви эквидистанты | УГ - 2$ соз ($+%) (+ 7и) Лп )

где K^inVollu+nH , n%-lnVdL*

профильный угол заострения эквидистант;

Vj - угловой шаг зубьев нарезаемого зубчатого колеса; п. =» О, I, 2 ... 2 - номер обрабатываемого зуба. Траектория движения инструмента при формировании переходной поверхности зависит от модификации формы профилируемых зубьев, которая в общем случае может быть произвольной.

Точность позиционирования инструмента I после формирования профилей зубьев на каждом шаге обуславливает соответствую дую точность деления, т.е. величину отклонения профилей зубьев по окружному шагу. Таким образом при данной схеме профилирования, точность промежуточной выставки инструмента определяет кинематическую погрешность нарезаемого зубчатого колеса.

Следующая схема профилирования зубчатых венцов (см.рис.16) предусматривает в качестве формообразующих движений, вращательное движение заготовки I и подачу инструмента 2 в радиальном направлении к заготовке. При движении инструмента 2 к центру заготовки происходит формирование одного профиля зуба, при движении от центра противоположного профиля. Формирование цилиндрических поверхностей впадин и вершин зубьев происходит при выстое инструмента на соответствуюцнх окружностях радиусов и Za • Для получения очередной впадины зубчатого венца производится поворот (деление) нл шаговый угол = ~~ , при этом инструмент фиксируется в исходном положении (на окружности радиуса

). Сочетание кинематических параметров формообразуюцих движений инструмента и заготовки определяется геометрией формируемых профилей зубьев. В случае профилирования звэяьвентных зубчатых венцов возможны два варианта сочетаний кинематических параметров движения инструмента и заготовки. Но первому варианту заготовке I сообщается вращение с постоянной угловой скоростью yj = Const , а инструменту 2 - движение в радиальном направлении с переменной скоростьв, определяемому зависимостью , где Ц—invot . По второму варианту скорость подачи инструмента постоянна Vp = const > i угловая скорость заготовки определяется зависимостью ур-у>(р) , гдп р - подача инструмента. ' 3 Функция положения центра инструмента п абсолютной система координат £е определяется радиус-лек тором

Ы c:i)

Здесь радиус основного цилиндра нарезаемого колеса;

Ы.3- угол профиля эвольвенты центра инструмента; 20- установочный параметр инструмента. В главе проведен подробный анализ кинематики фордообраэущих движений по денной схеме профилирования, на основе которого разработана методика расчета параметров относительных движений инструмента и заготовки,необходимых для составления УП процесса нарезания. На рис. 1в представленз схема профилирования эвольвентных зубчатых колес, которая основана на принципе развертывания эвольвенты окружности. По этой схеме формирование эвольвентных поверхностей зубьев производится врацением заготовки I с постоянной угловой скоростью ( ) и движением подачи инструмента 2 в тангенциальном на-

правлении - касательном к основному цилиндру нарезаемого колеса со скоростью 1£ = • Дч!!чая схема позволяет получить два

эвольвентных профиля смежных зубьев за один рабочий проход инструмента на прямолинейном участке А В (рис. 1в). Рабочий ход инструмента определяется зависимостью

Полярный угол эквицистанты ¥тог . соответствую^ точке пересечения эквидистпнт, находится мл выражения X -1

7тог 22 Тб

где 2и - радиус инструмента; 2 - число зубьев нарезаемого колеся.

Еремя движения подачи инструмента при формировании поверхностей зубьев за один проход инструмента составляет

¿¿дЦ + 21ЛУМ- (6)

где ¿/С,,-, ~ время, затрачипемэе т Формирование одного профиля образуемой втдины;

/о 3

% - угловат скорость РГЛП^И'.И ГПГЭТОВ.Ш, выбирюмая из условий обеспочеиия трэбумчх ¡угтачэв ргзпнп. Техчологичэскп релтизиг'я длиной схемы требует меньших затрат на разработку процесса нарезания, т.к. нот необходимости в вычислении, с достаточно мал'гл ¡яагом координат опорных точе;с траектории относитэль-ного движения ичструмзчгэ.

\

Рис. I

Следующая схема (см.рисЛг) основана на использовании стандартных УП круговой интерполяции, которыми снабжены контурные системы ЧПУ современных станков. Профилирование зубчатых венцов по данной схеме можно осуществлять для эвольвентных колес определенного диапазона типоразмеров, профили зубьев которых можно аппроксимировать совокупностью последовательно сопряженных дуг окружностей известных радиусов. Для осуществления профилирования зубчатых венцов по данной схеме достаточно рассчитать радиусы кривизн аппроксимирующих профилей в системе координат станка, выбрать режимы резания и запустить стандартные УП. Предлагаемые схемы вполне применимы при профилировании зубьев косоэу-бых и конических зубчатых колес. Профилирование зубчатых венцов по 8

/

предлЬженным схемам целесообразно осуществлять с использованием делительного устройства, что значительно повышает точность получаемых колес (особенно по основному шагу), и снижает затраты на подготовку технологического процесса нарезания. Важным моментом при разработке технологии нарезания зубчатых изделий на станках с ЧПУ является выбор универсального инструмента, который как правило, имеет цилиндрическую производящую поверхность.

Используемый инструмент должен удовлетворять двум основным требованиям. Во-первых, предельные вылет и диаметр инструмента должны обеспечивать достаточную жесткость системы инструмент-оправка-шпиндель; во-вторых, инструмент должен размещаться в междупрофильном пространстве впадины формируемого зубчатого венца. В главе разработана методика выбора геометрических параметров концевых фрез при профилировании эвольвентных зубчатых колес. Здесь же проведен анализ технологических погрешностей профилирования на фрезерном станке с ЧПУ мод. ДФ-320ПМФ4 с учетом геометрических и кинематических ошибок приводов подач.

В третьей главе разработана обобщенная математическая модель формообразования сложных поверхностей инструментом с цилиндрической производящей поверхностью на станках с ЧПУ. На основе предлагаемой модели можно определять функции положения центра инструмента при формообразовании поверхностей произвольной геометрии. Решение этой задачи сводится к определению семейства производящих поверхностей в относительном движении инструмента и заготовки, при заданной огибающей этого семейства (формообраэуемой поверхности). Рассматриваемая математическая модель формообразования предусматривает относительные движения инструмента и заготовки по шести независимым координатам пространства, причем любая из них может быть выбрана в качестве независимого параметра (параметра огибания). Последовательность преобразования движений, соответствующая определенному сочетанию шести переменных координат, выбрана на основе анализа кинематических структур существующих фрезерных станков с ЧПУ, Теоретически, все эти координаты могут изменяться одновременно, хотя их можно представить как функции одной или двух независимых переменных. Но в любом случае они оказываются взаимосвязанными во времени. На практике некоторые из этих шести координат выбираются установочными (постоянными) параметрами, а другие остаются переменными (управляемыми) координатами. Устпновочннз параметры определяют исходное от-

9

Си —

носительное расположение взаимодействующих поверхностей. Программные законы управляемых координат станка соответствуют необходимым формообразующим движениям инструмента и заготовки. В главе предложены схемы выбора угловых установочных параметров. При формообразовании поверхностей косоэубых и конических зубчатых колес, и приведены возможные варианты сочетаний установочных параметров и управляемых координат применительно к технологическим схемам обработки плоских зубчатых изделий.

Радиус-вектор производящей поверхности имеет вид

1и I

Здесь - радиус кругового "цилиндра, £ , 1и - угловой и линей-

ный параметры производящей поверхности.

Уравнение огибающей семейства производящих поверхностей записаны в

виле ( ?(:>=мп.и(г) •

191

Где рациус-вектор семейства производящих поверхностей в сис-

теме координат заготовки ;

Мп-и- матрица преобразования координат при переходе из системы

координат инструмента в систему координат заготовки

*

Р - независимый параметр относительного движения (параметр огибания).

Второе уравнение системы (9) представляет собой условие контакта взаимодействующих поверхностей и может быть записано только для каждого частного случая формообразования при выбранном параметре огибания Вывод геометрических зависимостей, описывающих огибающую семейства цилиндрических производящих поверхностей, рассмотрен для различных вариантов1 схем профилирования зубчатых,колес. На основе этих зависимостей можно определять законч формообразующих движений инструмента как функции управляемых координат станка, при заданных огибающих (формируемых) поверхностях и принятых гсометро-кинематических схемах профилирования.

В четвертой главе исследуются динамические процессы, происходч-

Ю

!диэ в приводах подач станка с ЧЛУ при контурном фрезеровании слояш/х поверхностей. Рассмотрена структурная схема динамической системы станка с Ч11У при контурном фрезерования по двум управляемым координатам, на основе которой проанализированы динамические фактора, определяющие точность и качество процесса формообразования. При контурном фрезеровании сложных поверхностей равнодействующая сила резания изменяет свое направление, а на некоторых участках формо-образуемой поверхности происходит скачкообразное изменение и модуля равнодействующей.

Эти обстоятельства обуславливают существенную переменность проекций силы резания, а следовательно и технологических нагрузок на приводах подач, обеспечивающих формообразующие движения. Исследуем законы изменения проекций силы резания при контурном фрезеровании эвольвент-ного зубчатого венца. Для получения зависимостей проекций силы резания от геометрических параметров фрезеруемого профиля рассмотрим схему изменения направления силы резания на каждом участке впадины зубчатого венца (см.рис.2). Оси 0,Х, н О,У, параллельны осям основной системы координат станка хоУ , но ориентированы так, чтобы положительное направление координаты Х( составляла с мгновенным направлением скорости точки 0, инструмента при обходе контура острый угол у . Такой выбор системы координат ограничивает значения У и удобен при рассчетах. Примем следующие обозначения: -угол, определяющий ориентацию детали в системе координат х,0,у, ; ^ - угол, определяющий место приложения равнодействующей силы резания (равен половине угла контакта фрезы); Р, - окружная сила резания, рассчитывающаяся по известным технологическим формулам вида

- радиальная составляющая силы резания, равная некоторой доле

Р^^Р-Р,

Для концевых фрез {дР = 0,4

Р - равнодействующая сила резания

Й,

Рассмотрим различные участки впадины зубчатого венца, авольвеншые -^Д , , переходные 5'частки, состоящие из радиальных отрезков

б С ' £Ъ и Д3'ги окружности СЪ Д-тя ряссмчтривэсмто р-?*има попутного ¿реяеротчич имгч-м На учп.-гк" /1/5

ИЛОл»«)

-НП-

4

ИМ

1Ï

Г

■а--

m ад

Рис. 3

РжвРааЦ-£-р)

7;

где V = — — I? . т? - параметр профиля (угол развернутости эвольвенты).

11з теории резания известна зависимость угла контакта К от глубины фрезерования , <

Г = (14)

Здесь - диаметр фразы.

На переходном участке ВС следует особо выделить момент изменения направления подачи у ножки зуба, когда происходит скачок силы резания вследствие увеличения глубины фрезерования до значения —^— • В начале участка ВС имеем

Ь = (15)

После врезания на глубину получим

Рх=Рп.а.*п(($)т„ +Р) (16)

. РУ = Р„,„соЦ(%)тП+Р) где соответственно рарнодействующая сила резания и угол

контакта фрезы при глубине ^VOЗ[ Па участке С£> , как и на предыдущем участке,выделим экстремальные значения проекций силы резания. В начале участка СО

В конце участка СИ

\Р>=Р„п*п (II)

тож

+Р)

На участке <Э£ происходит падение силы резания и проекции определяются по формулам

И наконец, на участке ЕР имеем {Рц =РКп

На основе полученных формул (10+20) построены графики зависимостей проекций силы резания , РцО)' Для заданных рекимов чистового

фрезерования конкретного эвольвентного зубчатого колеса. Аналогичные исследования проведены и для случая встречного фрезерования. Технологическая нагрузка на валу двигателей приводов подач по координатам ос и у определяются по следующим формулам:

. (21) На валу двигателя.привода поворота стола относительно оси Н в система координат станка

Где itx , i , i - соответственно передаточные отношения приводов по координатам х , у и V0 ;

' iijW - уравнения формообраэуеыого профиля, ( и -параметр профиля).

По формуле (22) построены графики момента для рассматриваемого

примера. Построенные графики , ру(\3) и/V,(О) показывает что, процесс контурного фрезерования каждой впадины зубчатого венда осуществляется со скачкообразными изменениями нагрузок на приводах подач. Это обстоятельство обуславливает существенно неустановившийся режим работы приводов. Кроме того, при фрезеровании каждой впадины происходит изменение знака з) , ру(и Мг(0), по этой причине в приводах возможны нежелательные динамические эффекты, такие как перекладка зазоров и фазовые переходы, которые, как правило, приводят к технологическим дефектам на фрезеруемой поверхности. В большинстве случаев изменение знака нагрузки происходит при формировании переходных участков профилей зубьев и, следовательно, не оказывает заметного влияния на точность изготавливаемых колес. Однако, при фрезеровании отдельных впадин зубчатого вонна величины , Ру(&) и М,(\3) могут изменять знак и при фрезеровании эвольвентных участков профилей, что особенно нежелательно, поскольку в этих случаях возможны дефекты на рабочих поверхностях зубьев. Лсследуем более подробно возможность возникновения эффектов перекладок зазоров (фазовых переходов) в приводах подач конкретного фро.чернэго станка. В первом приближении задачу будем ротать в квазистатической постановке, прзнебрегая при этом наличием всякого рода упругзстеП технологической системы и дискретность») сигналов подаваемых на вход двигателя. Рассмотрены различные приводи подач. Схема привода поворота стола, содержащего самотормоэяцуп чер-Li.T4.iyi) пару покатана на рис. 3. 3;ось. Д - двигатель посточлнэгэ тока с ч?зпвис1и:м возбуждением: I - ч^рвя.с 2 - червячное 'солисо; .ИМ -кспол мтельныЗ мчхччизм. Д/'-'. -зр: 1:;лпль:гл; урлв-юния движения си.тмч лм-^г '.'Л..'дус,пл';:

Mat+Mt ) м^ R-ü И) -j Ü С23)

где Мл, 1 Мщ ~ внутренние моменты, приложенные к червяку и червячному колесу соответственно. Учитывая что

Мп,'-¡ни со/'р5и,!р+Ри/п*/)

= н?, иЫ-ил'гсояр+ри!«V) порепишем систему (23) в следующем вице

_ {1 ■ (Дм ?-Мс)анр ^ (25)

Здесь > " соответственно радиусы червяка и колеса; о^-угол

контакта зубьев червячной пары; р - угол подъема витка на червяке;

Р - приведенный угол трения; У - угол поворота выходного эвена. Так как системы ЧПУ снабжены датчиками 'обратной связи высокого быстродействия, а рассматриваемые динамические процессы достаточно медленные, то можно предположить, что закон движения ротора двигателя соответствует программному, т.е. дИ1 = Тогда решение задачи сводится к определению момента смены знака нормальной реакции М в червячной паре. Определим функцию программного ускорения ¿¿(^вращательного движения стола при фрезеровании эвольвентных зубчатых колес. Учитывая что % ■= • 11меем

Функции тЗ и & определяются из условия что, контурная скорость подачи постоянна (V, -сап¡г) , а значения ео задано принятыми режимами резания. Тогда выражение (26)'примет вид

Вычислив значения и (^.(^соответственно по формулам (22) и

(27) и подставляя их значения в уравнения (25), можно определить условия фазовых переходов 'в приводе поворота стола. В главе реаена задача в аналогичной постановке и для привода линейной подачи, содержащего несамотормозящую шарико-ринтовую пару.

Пятая глава посвящена экспериментальной проверке теоретических разработок по нарезанию зубчатых колес на станках с ЧПУ. Проведена экспериментальная оценка влияния фазовых переходов в приводе с самотормозящимся пер>едаточным механизмом на качество технологического процесса фрезерования на станке Д1-320ГШ4. Эти эксперименты показали, что эффекты фазот/х переходов в приводе приводят к существенным технологическим дрф-?ктпч ка фрезеруемой поверхности. Для технологической

15

реализации предложенных схем профилирования произведены расчеты параметров формообразующих движений инструмента и заготовки, на основе которых разработаны управляю'цие программы процессов нарезания. В результате экспериментального нарезания получены эвольвентные зубчатые ко' леса из аллюминиевого сплава и из стали. Проведен метрологический анализ полученных зубчатых колес из стали.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.-В работе предложены новые геометро-кинематические схемы профилирования эвольвзнтных зубчатых колес на станках с ЧЛУ, с использованием универсального инструмента. Разработаны методики определения параметров относительных движений инструмента и заготовки, при формообразовании зубчатых венцов по различным схемам.

2. Предложена методика выбора.геометрических параметров используемого инструмента при профилировании эвольвентних зубчатых колес.

3. Проведен анализ погрешностей профилирования зубьев по различным схемам с учетом геометрических и кинематических ошибок приводов подач Фрезерного станка с ЧЛУ мод. Д^-ЛЗОЛ^М.

4. Предложена обобщенная математическая модель фориообразования сложных поверхностей инструментом с цилиндрической производящей поверхностью на станках с ЧЛУ. Предлагаемая модель позволяет определять функции положения инструмента при формообразовании сложных линейчатых поверхностей произвольной геометрии.

5. Проведено исследование законов изменения технологических нагрузок на приводах при формообразовании сложных поверхностей. Результаты исследований свидетельствуют о скачкообразных изменениях величин технологических нагрузок, которые могут, в частности, приводить к изменениям их знака.

6. Проведены исследования динамических процессов в приводах подач при контурном фрезеровании эвольвентних зубчатых венцов на станке с ЧЛУ.

. Результаты исследований показывают неравноценность качественных возможностей различных геометро-кинематических схем профилирования, и дают возможность оценить их эффективность на основе динамических критериев.

7. Выработаны рекомендации по выбору рациональной схемы профилирования и оптимальных управляющих программ при фрезеровании эвольвентних зубчатых колес на станке с ЧЛУ мод.ДФ-З^ОЛМ'М. Предлагаемые рекомендации-позволяют повысить точность изготавливаемых изделий, устранить

16

нежелательные динамические эффекты такие как перекладка зазоров (фазовые переходы) и снизить влияние некоторых динамических факторов на качество технологического процесса.

8. Проведены эксперименты по нарезанию эвольвентных зубчатых колес из алюминиевого сплава и стали концевыми фрезами по различным схемам профилирования. Проведен метрологический анализ полученных зубчатых колес из стали. Анализ показывает что параметры точности нарезанных колес соответствуют 8-й и 9-й степени точности.

Основное содержание диссертации изложено в слэдую-цих работах:

1. Жамангараев С.Ж., Коган Г.М., Филиппов С.П. Нарезание зубчатых колес на станках с ЧПУ при ремонтных работах. Материалы семинара. ЛДНТП, ■ 199I, с 73-80.

2. Жамангараев С.Ж., Филиппов С.П., Внес А. Влияние закона программного движения привода подачи фрезерного станка с ЧПУ с самотормозящимся передаточным механизмом на качество технологического процесса. В библ.указ.ВИНИТИ цепонир.научные работы, 1991, № 116, с.57.

3. Жамангараев С.К., Филиппов С.П., Чубаков П.М. Нарезание зубчатых колес незуборезным инструментом на станках с ЧПУ."Техника.Технология. Управление", V I, 1992, с 3-4,

4. Акимов В.А., Жамангараев С.Ж, и др. Разработка технологии и восстановления деталей машин на основе использования современных композиционных материалов и прогрессивных методов поверхностного упрочнения. Отчет по Г.б. НИР, СПбПУ, 1991.

5. Беляев О.М., Жамангараев С.Ж., Филиппов С.П. и др. Разработка и исследование технологии изготовления зубчатых колес на станках с ЧПУ инструментом цилиндрической формы. Отчет по х.д. НИР. СПбПУ, 1991.

Подписано к печати 2.5.0{."93 Тираж 100 экз.

Заказ 26 Бесплатно

Отпечатано на ротапринте СПбПУ - .

I9525I, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29