автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Нахождение высокопроизводительного процесса формообразования РК- профильных отверстий, основанного на одном движении по окружности

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА ПЕРВАЯ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ ИЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Конструкции соединений, служащих для передачи крутящего момента с вала на зубчатое колесо.

1.2. Служебное назначение. Область применения профильных бесшпоночных соединений.

1.2.1. Ограничения в применении профильных соединений.

1.2.2. Достоинства и недостатки профильных бесшпоночных соединений при передачи крутящего момента.

1.2.3. Эксплуатационные достоинства профильных соединений.

1.2.4. Технологические преимущества профильных соединений.

1.2.5. Недостатки профильных соединений.

1.3. Конструктивные виды и уравнения профильных кривых.

1.3.1. Циклоидальные кривые и уравнения их описывающие.

1.3.2. Синусоидальные кривые и уравнения их описывающие.

1.3.3. Треугольник Релло.

1.3.4. Кривые «Венгерский профиль».

1.3.5. Профильные кривые с равноосным контуром (РК-профиль) и уравнения их описывающие.

1.4. Геометрические параметры профильных кривых.

1.4.1. Геометрические параметры и виды профильных кривых.

1.4.2. Допуски и посадки на профильные соединения.

1.5. Существующие процессы формообразования РК-профильных кривых.

1.5.1. Параметры процесса формообразования РК-профильных кривых.

1.5.2. Формообразование РК-профильных поверхностей при сочетании двух возвратно-поступательных перемещений режущего инструмента.

1.5.3. Формообразование РК-профшъных поверхностей при сочетании двух поступательных перемещений по траектории окружности.

1.5.4. Формообразование РК-профшъных поверхностей при сочетании одного поступательного по горизонтальной координате и одного поступательного перемещения по траектории окружности.

1.5.5. Формообразование РК-профильных поверхностей при сочетании одного поступательного перемещения по траектории окружности и одного поступательного движения по вертикальной координате.

1.5.6. Формообразование РК-профшъных поверхностей при одном поступательном формообразующем перемещении.

СХЕМА ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ РК-ПРОФИЛЬНЫХ ВАЛОВ.

1.6. Анализ параметров процесса формообразования РК-профильных поверхностей.

1.7. Анализ производительности процессов формообразования.

1.7.1. Особенности внутреннего растачивания РК- профшъных отверстий.

1.8. ВЫВОДЫ.

ГЛАВА ВТОРАЯ.

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РК-ПРОФИЛЬНЫХ ОТВЕРСТИЙ, ОСНОВАННОГО

НА ОДНОМ ПРОСТЕЙШЕМ ДВИЖЕНИИ.

2.1. Исследование возможности процесса разработки формообразования РК-профильных отверстий, основанного на одном простейшем движении.

2.1.1. Процесс формообразование РК-профшъной поверхности при одном поступательном движении по окружности с радиусом Ые.

2.1.2. Выводы.

2.2. Разработка и исследование новых производительных процессов настройки и поднастройки параметра 2е малой оси эллипса формообразования.

2.2.1. Выводы.

2.3. Теоретические исследования точности нового процесса формообразования РК-профильных отверстий.

2.3.1. Исследование влияния погрешности настройки большой оси 2Ые эллипса на точность формирования малой оси 2е эллипса формообразования.

2.3.2. Исследование влияния погрешности настройки угла ¡3 поворота плоскости на точность формирования малой оси эллипса формообразования.

2.4. Теоретические исследования производительности процесса формообразования РК-профильных отверстий.

2.4.1. Производительность процесса формообразования РК-профшьныхотверстий при переменной контурной подачи.

2.4.2. Производительность процесса формообразования РК-профилъных отверстий при постоянной контурной подаче.

2.4.3. Выводы.

2.5. Исследование возможных вариантов кинематической схемы, механизмов построителей реализующих новый процесс формообразования РК- профильных отверстий.

2.5.1. Исследование возможных вариантов кинематических схем реализации нового процесса формообразования.

2.5.2. Теоретические исследования изменения погрешности формы РК-профильной кривой от точности настройки двух эксцентриковых шпинделей на размер Ие.

2.5.3. Определение требуемого положения вершины резца относительно оси вращения заготовки.

2.6. Выводы.

3. ТРЕТЬЯ

ГЛАВА.

РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАСТАЧИВАНИЯ РК-ПРОФИЛЬНЫХ ОТВЕРСТИЙ.

3.1. Цель создания и требования, предъявляемые к устройству.

3.2. Конструкция опытного устройства для растачивания РК-профильных отверстий.

3.3. Настройка устройства для растачивания РК-профильных отверстий на рабочие настроечные размеры.

3.4. Процесс поднастройки устройства на рабочий настроечный размер малой оси 2е эллипса формообразования.

3.5. Процесс поднастройки устройства на рабочий настроечной размер большой оси 2№ эллипса формообразования.

3.6. Выводы.

4. ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Выбор объекта исследований.

4.2. Общий план исследований.

4.3. Частные методики исследований.

4.3.1. Методика исследования возможности воспроизводства эллипса формообразования РК-профилъной кривой.

4.3.2. Методика исследования точности воспроизводства эллипса формообразования РК-профилъной кривой.

4.3.3. Методика исследования производительности процесса формообразования РК-профильных отверстий.

4.3.4. Методика контроля точности формы обработанного РК-профильного отверстия в поперечном сечении.

5. ГЛАВА ПЯТАЯ.

Профильные бесшпоночные соединения, как разновидность моментопере-дающих соединений нашли широкое применение в машиностроении. Крутящий момент передается по гладким цилиндрическим или конусообразным поверхностям.

В настоящее время в мире наибольшее распространение получили соединения с профильными кривыми «равноосный контур» (РК -профиль).

РК- профильные соединения имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ. Как показывает литературный анализ, эти соединения в несколько раз долговечнее, обладают меньшими шумовыми характеристиками, меньшей металлоемкостью и дешевле в изготовлении, чем другие соединения. РК- профильные соединения имеют более высокий КПД при передаче крутящего момента, чем шпоночные и шлицевые.

Соединения с тремя гранями обладают свойством автоматического центрирования под передаваемой нагрузкой при определенной величине зазора и пр.

Несмотря на очевидные преимущества РК- профильных соединений перед шлицевыми и шпоночными, они не нашли широкого применения а отечественном машиностроении.

Можно выделить основные причины способствующие этому: по мнению некоторых авторов [47,48], РК- профильные соединения имеют ограниченную область применения из - за своих свойств (самозаклинивания, наличие больших распорных усилий). В связи, с чем отечественной станкостроение не производило специальных профилеобрабатывающих станков. Отсутствие оборудования и является еще одной причиной, ограничивающей внедрение РК- профильных соединений.

В практике мирового машиностроения профильные соединения с четырьмя гранями были известны еще с IV века, когда основное производства деталей машин было ручным. Однако, при переходе к машинному производству возникли определенные трудности обработки профильных поверхностей при помощи специального металлорежущего оборудования. В связи, с чем и появились шпоночные и шлицевые соединения, механизированная обработка которых оказалась проще. И только лишь в 30- ые годы настоящего столетия появились профилешлифовальные станки фирмы Krause (Австрия). С 1941 г по настоящее время равноосный профиль обрабатывают на финишных операциях на специальном профилешлифовальном станке, реализующем два прямолинейных поступательных гармонических движения. В этом случае низкая точностная надежность станка, большое время настройки и поднастройки на функционально изменяющийся размер малой оси эллипса формообразования не удовлетворяют запросы современного машиностроительного производства. Очевидным недостатком является то, что один и тот же процесс формообразования предназначен как для изготовления деталей машин, так и для изготовления режущих инструментов (протяжки, прошивки и др.) и контрольных средств (калибр, пробки и др.)

В связи с вышеизложенным основной целью настоящей работы является отыскание высокопроизводительного процесса формообразования PK- профильных отверстий, основанного на одном простейшем движении по окружности для изготовления деталей машин, режущих инструментов и контрольных средств, единичного и серийного производств.

Общие выводы по работе.

В результате выполненных комплексных исследований (теоретических и экспериментальных) решена проблема отыскания и исследования процесса формообразования РК- профильного отверстия на расточной операции с использованием одного простейшего движения по окружности.

При этом решена задача повышения производительности расточки РК-профильных отверстий.

1. Выявлены параметры, характеризующие разработанный процесс (Д, 2е,

N9, е, еь р, у)

2. Установлена аналитическая связь между параметром изделия (§) и параметрами процесса (11, 2е, 2№, N9, 9, 0Ь р, у) Эта связи исследована и описана аналитически в работе.

3. Раскрыты количественные связи между:

- ошибкой угла настройки Р и ошибкой формирования малой оси со2е;

- ошибкой настройки большой оси эллипса Югие и ошибкой настройки малой оси.

4. Установлена степень влияния (передаточные отношения) отклонений и параметров процесса сор и со2ке на параметр РК- профиля.

5. Установлена степень влияния отклонений у различных параметров процесса на отклонения параметров профиля вдоль его контурной кривой. По значению она колеблется от единицы до величины намного меньше единицы, а по характеру может быть постоянной или функционально изменяющийся.

6. У части параметров процесса большие отклонения их номинала вызывают незначительные отклонения малой оси эллипса формообразования и радиус- вектора РК- профиля. Таких параметров семь: линейных- 2; угловых- 5.

7. Между регулировочными отклонениями параметров процесса формообразования и отклонениями малой оси эллипса формообразования, а так же радиус- вектора профиля существует аналитическая связь.

Сущность процессов настройки и поднастройки состоит в том, что довольно ощутимые значения регулировочных отклонений параметров процесса формообразования вызывает весьма малое (приращения) отклонения радиус- вектора профиля или малой оси эллипса формообразования.

8. Между постоянной контурной подачей процесса формообразования и изменением угловой скорости РК- профильной заготовки существует аналитическая связь.

Сущность этой связи заключается в следующем: каждому типоразмеру РК-профиля соответствует своя неравномерность вращения обрабатываемой заготовки.

1. FORTUNA- POLIGON- Sistem. Arbeitsunterlager über Wellen- Naben Fer-bindunger. Stuttgart, BRD, s.a.- 48 s.

2. Musyl R. Die Kinematiksche Eutwirtschaft. 1955, № 2, s. 33- 36.

3. Musyl R., Das K- Profil eine zyklische Kurve- Maschinenbai- Maschinenbal-und Wermewirtschaft, 1946, № 314, s. 100- 102.

4. Musyl R., Die Anwendung der K- profilvebin dunder.- Maschinenbai und Wermewirtschaft, 1046, № 1, s. 100- 102.

5. Polygonverbindunger.- Stuttgart, BRD, s.a. -48 s.

6. Ryffel David. A better way to make chaft connektions // Machine Desing. 1988. 60. №18. c. 124,126- 127

7. Vorrichtung zur Herstelleing vor dursh zykloidische Kurven begrenzten Qer-schuitten./ Patentschrift № 680311 1939.

8. A.C. (СССР) Способ настройки станка для обработки PK- профильных поверхностей. Тимченко А.И., Лапин С.Н., Боголюбов A.B. В24В, 19/08, полож. Решение от 26.-9.92 г. по заявке 4890330/08 (118891) от 13.12.92

9. A.C. 1291373 (СССР) Способ обработки заготовок с многоугольной формой с равноосным контуром./ Терехин Е.П., Скоморохов Г.Я. В24В 19/08,1985. Заявка 3941113/40-08, Б.И. 7, 1987.

10. A.C. № 159079 (СССР) Бесшпоночное соединение /Ганцевич A.C. В24В 1/06 1962, Заявка № 767731/ 25-08 Б.И. 23, 1963.

11. A.C. № 73879 (СССР) Станок для шлифования некруглых валов и втулок./ Борович Л.С. В24В 19/08, 1947. Заявка Б.И.

12. A.C. № 79399 (СССР) Бесшпоночное соединение вала со втулкой.

13. Борович Л.С. В24В 19/08, 1950. Заявка.Б.И.

14. A.C. № 931400 (СССР) Устройство для обработки профильных валов и втулок с равноосным контуром/ Гулмутдинов Р.Г., Тимченко А.И. В24В 19/08, 1980. Заявка № 3223032/ 25- 08 Б.И. 20, 1982.

15. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1969, -358 с.

16. Борович Л.С. Бесшпоночные соединения деталей машин. Б.: Машгиз, 1951,- 132 е., ил.

17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов,- 13-е изд. исправл.- М.: Наука, 1986, -544 с.

18. Гулмутдинов Р.Г. Совершенствование процесса формообразования РК-профильных отверстий в закаленных втулках: диссерк. Канд. техн. наук,- Пермь: Пермский политехнический институт, 1987. 207 с.

19. Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник. Том I (под. ред. Н.С. Ачеркана)// -М.: Машиностроение, 1968, -440 с.

20. Дружинский И.А. Сложные поверхности: математическое описание и технологическое обеспечение. Справочник. -Л. Машиностроение, Ле-нингр. отд- ние, 1985. -263 с.

21. Индаков Н.С. Технологическое управление эксплуатационными свойствами «PK- профильных» соединений: диссерт. канд. техн. наук,- Брянск: Брянский институт транспортного машиностроения, 1979.- 156 с.

22. Карелин Н.М. Бескопирная обработка цилиндрических деталей с криволинейными поперечными сечениями,- М.: Машиностроение, 1966,- 185.

23. Краткий справочник металлиста/ Под. общ. ред. П.Н. Орлова, Е.А. Скороходова. -3-е изд. перераб. и доп. -М,: Машиностроение, 1986. -960 с.

24. Кулик В.К. Стабилизация подачи по контуру при обработке деталей сложной формы// Станки и инструменты, 1974, № 12, с. 13-15.

25. Левицкий Н.И. Теория механизмов и машин: учеб. Пособие для вузов, 2-е изд. перераб и доп. -М.: Наука, гл. ред. физ. мат. лит., 1990, 592 с.,-ISBN 5-02-014188-7.

26. Лоскутов В.В. Шлифование металлов: учебник для средних и профессиональных училищ, 7-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1985, 256 е., ил.

27. Лоскутов В.В. Шлифование металлов: Учебник для средних профессионально- технических училищ. -7-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1985, 256 с. ил.

28. Мельников Н.Ф., Бристоль Б.Н., Дементьев В.И. Технология машиностроения. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977, 317 с.

29. Нефедов H.A., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. Пособие для техникумов. -5-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1990, -448 е., ил.

30. Нефедов H.A., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: учеб. Пособие для техникумов. 5-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1990, -448 е., ил.

31. Новый способ тонкой настройки малой оси эллипса формообразования.

32. Тимченко А.И., Лапин С.Н., Боголюбов A.B. г. Курган 1991 г. КТИ Республиканская научно- техническая конференция «Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин», с. 144- 147.

33. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч.З. Изд. 3-е. М.: ЦБНТНИИ труда, 1987, -360 с.

34. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч.З. изд. 3-е. М.: ЦБНТНИИ труда, 1987, -360 с.

35. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно- методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2, под. ред. П.Н. Учаева- 3- е изд., изд. исправл.- М.: Машиностроение, 1988.- 544 с.

36. Повышение качества обработки деталей с PK- профильными поверхностями/ Лапин С.Н., Тимченко А.И. г. Луцк, 1991 г. Республиканская научно- техническая конференция «Улучшение качества работы промышленных предприятий», с. 30-31.

37. Проспект полигоношлифовального станка мод. FMUP- 53 фирмы "FORTUNA-WERKE MASCHINENFABRIK GMBH" на 5-ой «Металлообрабатывающая техника ФРГ» Москва, территория ВДНХа, 15- 24 мая 1990 г.

38. Проспект профилетокорного станка мод. FDZ 100 System Ley фирмы "HECKLER & KOCH" на выставке, Москва, территория ВДНХа, 1990.

39. Радермахер Г., Теплиц О. Опыты математического машления. / Пер. с нем. М. ГИРФМЛ, 1962.- 263 с.

40. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов,- 4- е изд. перераб. и доп,-М.: Машиностроение, 1989.- 496 е., ил.

41. Соломенцев Ю.М., Тимченко А.И. Профильные бесшпоночные соединения, их конструктивные виды, технология изготовления и перспективы внедрения в машиностроительные отрасли СССР. Московский стан-коинструментальный институт М. 1986,- 37 с.

42. Справочник нормировщика машиностроителя в 4-х томах под. ред. Е.И. Стружестраха -М.: Машгиз, 1961, т. 2, 892 с.

43. Справочник технолога- машиностроителя. В 2-х томах/ Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. -4-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1985, т. 2, -496 с.

44. Тимченко А.И. Исследование процесса формообразования профильных валов с равноосным контуром: диссерт. канд. техн. наук. -М.: Московский станкоинструментальный институт, 1979.

45. Тимченко А.И. Исследование точности процессов формообразования профильных валов с равноосным контуром: -М. Вестник машиностроения, № 5, с. 41- 42.

46. Тимченко А.И. Лапин С.Н., Гулмутдинов Р.Г. Наладки на универсально- затыловочный станок мод. 1Е811 для шлифования РК- профильных поверхностей,- М., ВНИИТЭМР, 1988.- 55 с.

47. Тимченко А.И. Обработка профильных поверхностей с равноосным контуром// Станки и инструменты, 1991, № 11, с. 27-33.

48. Тимченко А.И. Профильное бесшпоночное соединение с равноосным контуром, их достоинства и недостатки, области применения и этапы внедрения: М. -Вестник машиностроения, 1990. № 11, с. 43- 50.

49. Тимченко А.И. Система процессов формообразования профильных поверхностей с равноосным контуром: Сборник докладов КТИ- 89. -М. ВНИИТЭМР, 1989,-246 с. (с. 88-96).

50. Тимченко А.И. Технология изготовление деталей профильных бесшпоночных соединений. Обзор. М., ВНИИТЭМР, 1988.- 159 с.

51. Тимченко А.И., Лапин С.Н. Специальный внутришлифовальный станокс ЧПУ по типу мод. ЗМ227КВФ2. Техническое задание. -М., ВНИИТЭМР, 1988, 47 с.

52. Тимченко А.И., Лапин С.Н., Губачек Э.Ю. Коробка скоростей горизонтально- фрезерного станка 6Р81Г с профильным соединением типа РК-3: -М. Вестник машиностроения, 1990. № 11, с. 51- 55.

53. Тимченко А.И., Лапин С.Н., Трубников С.Н. Станочный модуль для фрезерования РК- профильных отверстий// Вестник машиностроения, 1991, №1, с. 57-60.

54. Тимченко А.И., Лапин С.Н., Шухарев Е.А. Фрезерование РК- профильных отверстий на станках с числовым программным управлением: -М.

55. Вестник машиностроения, 1990. № 6, с. 37- 40.

56. Чарнко Д.В., Тимченко А.И. Профильное соединение валов и втулок в машиностроении: -М. Вестник машиностроения, 1981. № 1. С. 48- 53.

57. Ящерецын П.И., Попов С.А., Наерман М.С. Пгоррессивная технология финишной обработки деталей,- Минск. Беларусь, 1978.

58. Соединения моментопередающие РК- профильные. Терминология, конструкции, условные обозначения, допуски и посадки. Методика расчета. Технология изготовления./ Методические указания. -М., 1990, 131 с.