автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес на основе имитационного моделирования

На правах рукописи

Макаров Владимир Михайлович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ШЛИФОВАНИЯ ВИНТОВЫХ ЗУБЬЕВ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальности: 05.02.07 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов 2010

003492129

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «Станкин»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зверовщиков Владимир Зиновьевич

доктор технических наук, профессор Калашников Александр Сергеевич

доктор технических наук, профессор Погораздов Валерий Васильевич

Ведущая организация - . Институт проблем точной механики

и управления РАН (г. Саратов)

Защита состоится 3 марта 2010 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета www.sstu.ru ". 0.1 " февраля 2010 г.

Автореферат разослан "Р.'.( " февраля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание и внедрение прогрессивных технологий и оборудования при производстве зубчатых колес является необходимым условием развития фондообразующих отраслей отечественного машиностроения, авиационной и оборонной промышленности. Основные эксплуатационные параметры зубчатых колес определяются на финишной стадии технологического процесса их изготовления на операции шлифования зубьев. Зубошлифо-ванием обеспечиваются не только точность формы и качество рабочих поверхностей зубьев, но и параметры их взаимного расположения по зубчатому венцу и относительно базирующего центрального отверстия. Уровень требований по обеспечению норм точности колес лежит в микрометрическом диапазоне размеров.

Высокая эффективность реализации зубошлифовальной операции безусловно необходима из-за большой стоимости технологических средств и требований снижения себестоимости изготовления колес. В российской промышленности крупномодульные колеса с винтовыми зубьями шлифуются на неэффективных обкатных зубошлифовальных станках отечественного производства, цикл обработки которых длится часами. Повышают производительность финишной операции шлифования зубьев крупномодульных колес импортными технологиями и оборудованием. Устранение этой зависимости является приоритетным для высокотехнологичных отраслей российского машиностроения в целях обеспечения технологической безопасности государства.

Создание инновационных технологических средств зубошлифования, интегрирующих в себе высокий уровень прецизионности и производительности при шлифовании зубьев, является актуальной задачей для отечественного машиностроения при изготовлении колес с модулем .более 6 мм. Это возможно на базе новых высокоэффективных формообразующих технологий зубообработки. Самым производительным методом финишной отделки зубьев крупномодульных цилиндрических колес (с модулем более 6 мм) является профильное шлифование, применение которого позволяет комплексно решить задачу гармонизации взаимосвязанных технико-экономических показателей их изготовления. Этот метод является наукоемким, но практически не исследованным.

В отечественном машиностроении отсутствуют оборудование и технология, способные внедрить профильный метод в производство цилиндрических колес с винтовыми зубьями, что является практической производственной проблемой. Отсутствие методов обеспечения точности колес с винтовыми зубьями не позволяет достигать требуемого уровня качества их изготовления на финишной стадии при шлифовании зубьев и исключить брак на этой операции.

Вероятность брака при зубошлифовании высока из-за малых припусков на зубьях и больших погрешностях заготовки, поступающей на зубошлифова-ние, получаемых после химико-термической обработки, предварительном зу-бонарезании и отклонений взаимного расположения базовых поверхностей изготавливаемого колеса относительно венца, наследуемых на стадиях технологического процесса. Компенсировать эти погрешности на финишной операции

шлифования зубчатого венца и достичь высоких показателей точности и качества поверхностей зубьев цилиндрического колеса можно лишь путем разработки комплекса технологических действий, выполняемых на различных стадиях производственного цикла, этапах подготовки операции, наладки станка и в процессе зубошлифования.

Достижение практической цели внедрения профильного зубошлифования в отечественное машиностроение сдерживается отсутствием научно-обоснованных методов обеспечения точности профильного шлифования зубьев цилиндрических косозубых колес, что является актуальной научной задачей. Решение этой задачи требует разработки теории профильного зубошлифования для формирования целостного представления о его закономерностях, существенных связях и создания на этой основе системы обеспечения точности колес при шлифовании их зубьев профильным методом. При этом требуется применение современных инструментов компьютерно-графического, математического и имитационного моделирования, позволяющих выявлять взаимосвязи норм точности колес с параметрами пространственной схемы формообразования, погрешностями заготовки и величиной припуска на зубьях.

Целью работы является обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес путем выявления и формализации взаимосвязей показателей точности колес с параметрами схемы и режима шлифования зубьев профильным кругом на стадиях технической подготовки производства и наладки станка.

Объект исследования — операция зубошлифования и средства ее оснащения во взаимосвязи с технологическим процессом изготовления цилиндрического колеса.

Предмет разработки - методы, интеллектуальные продукты и средства технологического обеспечения точности цилиндрических колес с винтовыми зубьями профильным шлифованием зубьев.

Научная новизна заключается в решении актуальной научной проблемы обеспечения точности шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес методом бесцентроидного огибания профильным кругом. Решение этой проблемы состоит в:

- выявлении и формализации взаимосвязей норм точности зубчатого колеса с параметрами схемы шлифования и технологического процесса, позволяющих устанавливать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для недопущения брака при зубошлифовании профильным методом;

- развитии теории бесцентроидного огибания криволинейных винтовых поверхностей, обосновании технологических параметров шлифования зубьев 1фупномодульных цилиндрических колес как методологической основы управления точностью и направленного формирования параметров элементов техно-, логической системы профильного шлифования;

- имитационном моделировании профильного шлифования как основы выбора оптимальных технологических, конструктивных и эксплуатационных параметров схемы формообразования и элементов технологической системы, обеспе-

чивающих достижение 3...5-Й степени точности крупномодульных цилиндрических колес и повышение производительности шлифования в 3,5.. .4 раза.

На защиту выносятся:

1. Методология моделирования зубообразующих процессов абразивным инструментом по критерию точности зубчатых колес.

2. Модели взаимосвязей показателей точности цилиндрического колеса с наследуемой погрешностью заготовки, поступающей на финишную операцию, припуском на зубьях и технологическими параметрами схемы профильного зу-бошлифования.

3. Методика наладки станка, базирования и закрепления заготовки, позволяющая достичь заданной точности цилиндрического колеса профильным методом.

4. Обоснование требований к технологическим компонентам абразивной зубообработки и принцип объединения их в систему по критерию эффективности.

5. Методика формирования характеристик станочной системы, обеспечивающих требуемый уровень точности и качества профильного шлифования поверхности винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес.

6. Основные положения имитационного моделирования профильного зу-бошлифования.

Методы исследования. Все разделы работы выполнены с единых методологических позиций с использованием основных положений теории систем, теории конструкции и оптимизации, теории графов и теории множеств, а также технологии машиностроения, теории зацеплений, теоретической механики, теории механизмов и машин с использованием методов имитационного, структурного и поверхностного моделирования, численно-аналитических методов вычислительной математики и программирования, дифференциальной геометрии и интегрального исчисления, основ математической теории эксперимента.

Практическая ценность и реализация результатов работы состоят в:

-разработанном программном обеспечении для автоматизации цикла профильного шлифования цилиндрических колес;

-реализованных алгоритмах имитационного моделирования в трехмерной С АО-среде, позволяющих определять оптимальные параметры наладки схемы профильного шлифования по критерию точности и производительности, формировать припуск, исключающий брак при зубошлифовании;

-практических рекомендациях по выбору средств технологического оснащения операции зубошлифования цилиндрических колес профильным методом;

-методиках расчетного анализа и проектного синтеза зубошлифовального оборудования для профильной технологии.

Внедрение предложенных проектных и технологических решений в производство крупномодульных цилиндрических колес позволило обеспечивать 3...5-Ю степень точности и значительное снижение трудоемкости их изготовления на предприятиях железнодорожного машиностроения и станкостроения.

Решение научной проблемы выполнялось в рамках научно-технической программы, финансируемой Министерством образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техни-

ки», раздел «Производственные технологии», бюджетная тема «Программно-методический учебно-производственный комплекс для оценки характеристик механических систем станков на стадии их проектирования» в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»; в рамках гранта Федерального агентства по науке и инновациям по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалы» №02/442/11/7007 «Разработка системы аналитического прогнозирования погрешности как основы создания технологических наносистем».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на 5-й Республиканской межотраслевой научно-технической конференции «Теория и практика разработки и внедрения средств автоматизации и роботизации технологических и производственных процессов», г. Уфа, 1989 г.; научно-методической конференции «Проблемы интеграции образования и науки», г. Москва, Мосстанкин, 1990 г.; научно-технической конференции «Типовые механизмы и технологическая оснастка станков-автоматов, станков с ЧПУ и ГПС», г. Чернигов, 1991 г.; IV Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика - 2000» М., 2000 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении й металлургии», г. Липецк, 2002 г.; V Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика» КТИ-

2005 (Москва, 2005 г.); II Международной научно-технической конференции, г. Тюмень, 2005 г.; 2-й Всероссийской научно-технической конференции, г. Нальчик, Каб.-Балк. ун-т, 2005 г.; IX научной конференции МГТУ «Станкин» и Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин»,

2006 г.; Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии», г. Липецк, ЛГТУ, 2006 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», Тула, ТулГУ, 2007; 6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», г. Брянск, БрГТУ, 2008 г.; Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств», г. Тула, ТулГУ, 2008 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» г. Саратов, СГТУ, 2009 г.; 7-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», г. Новосибирск, 2009 г.; межкафедральном научном семинаре Саратовского государственного технического университета, 2009 г.

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Станки» Московского государственного технологического университета «Станкин» и «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» Саратовского государст-. венного технического университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 52 печатные работы, из них 15 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка использованной литературы из 209 наименований и 4 приложений. Материал изложен на 455 страницах, содержит 227 рисунков и 22 таблицы. Общий объем работы 509 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой практической проблемы, сформулированы цель, задачи работы, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы, а также научные положения и результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору и анализу методов и средств обеспечения точности шлифования зубьев цилиндрических колес. Проведен обзор литературных данных по теме диссертации. Существенный. вклад в развитие абразивной обработки внесли С.Н.Корчак, А.В.Королев, Г.Б. Лурье, Е.М.Маслов, В.К.Старков, Ю.С. Степанов, О.В. Таратынов, JLB. Худобин, П.И. Ящерицын, Marinescu loan D., Ichiro Inasaki и другие ученые. В литературе практически отсутствуют данные по технологическому обеспечению и расчетному прогнозу точности цилиндрических колес с винтовыми зубьями (далее косозубых колес) профильным шлифованием. Вопросы точности и качества обработки прецизионных деталей рассмотрены в работах Б.М.Базрова, Б.М.Бржозовского, И.И.Колтунова, Е.П.Калинина, В.А.Кудинова, А.В.Пуша, В.Н.Подураева, В.Т.Портмана, А.С.Проникова, А.Г.Суслова, А.В.Якимова и ряда других ученых.

Зубчатые детали, включающие базирующие поверхности и рабочие поверхности зубьев, располагающиеся периодически равноудаленно и, как правило, равномерно относительно оси вращения, характеризуются наличием особых топологических признаков (множественности, периодичности, сложнопро-фильности, концентричности и симметричности), что определяет специфику их формообразования. При этом накладываются соответствующие ограничения на технологию зубообразования, методы обеспечения точности и производительности цикла его обработки. Высокие требования к точности формы и взаимного расположения рабочих поверхностей зубьев обусловлены эксплуатационными требованиями к зубчатому колесу, что обеспечивается на финишной операции зубошлифования.

Проведен компьютерно-графический анализ способов абразивной зубо-обработки (АЗО), включающий моделирование контактного взаимодействия шлифовального круга и зубчатых колес во всем разнообразии возможных структурно-параметрических исполнений и схем (рис.1). В результате направленного численного имитационного эксперимента получены сравнительные оценки типовых способов зубошлифования в сопоставимых условиях по критерию мгновенного съема, определяющему производительность формообразования зубьев колес.

Предварительным анализом выявлена и подтверждена имитационным численным экспериментом связь переменных характеристик процесса зубо-

шлифования (съема металла, температуры в зоне резания, износа круга, силы резания) с обхцим для них параметром - площади контакта между кругом и заготовкой при шлифовании. Последняя влияет на все показатели процесса, является функцией глубины врезания Бвр и кривизны взаимодействующих при обработке поверхностей и представлена комплексом регрессионных моделей. Сравнение способов шлифования зубьев колес по комплексу критериев доказало, что метод профильного шлифования является наиболее производительным при обработке зубьев крупномодульных колес (с модулем более 6 мм), имеет большие потенциальные возможности достижения высокой точности (3.,.4-й степеней), но обладает высокой вероятностью брака и появления шлифовочных дефектов зубьев из-за прижогов, черновин и подрезов.

Рис.1. Компьютерно - графический имитационный анализ способов АЗО

ОзргяёлсЕие гашэдн мзкггята н объема ттвюяа щюптякозя каиаютаклны

ПЖЩАДЪ КОШИКТНШ ИВ,

ЗГпкгпгатеста -ягчтмгитяяупр^жномо&^г* гр^

Установлено, что наукоемкость профильного шлифования зубчатых колес и неисследованность этого метода обусловливают необходимость вскрытия новых взаимосвязей профильного шлифования с показателями точности и качества рабочих поверхностей зубьев и разработки на этой основе практических методик обеспечения точности колес с учетом всего комплекса технологических, конструктивных, метрологических и эксплуатационных параметров и структуры техпроцесса.

По результатам обзора поставлена цель работы, сформулированы задачи исследования, связанные с формированием методологии исследования зубооб-

разуюгцих процессов и разработкой способов управления точностью шлифуемых колес, на которых должна строиться теория абразивной зубообработки.

Вторая глава посвящена формированию концепции и структуры системы обеспечения точности профильного зубошлифования. Сложные конструктивные формы зубчатых колес требуют разработки и применения трудоемких технологических процессов, научно обоснованных проектных решений по обеспечению точности их изготовления. Методология исследования абразивной зубообработки и выбор инструментальных средств ее анализа определяются сложностью формообразуемых поверхностей и изделия в целом, прецизионным уровнем точности и множеством взаимосвязей последней с технологической системой и структурой техпроцесса. Цилиндрические колеса с винтовыми зубьями представляют общий случай цилиндрических колес по форме рабочих поверхностей зубьев, описанных эвольвентным геликоидом (винтовой поверхностью), поэтому выявленные условия их изготовления и обеспечения показателей их точности в рамках технологического процесса и схемы зубообразования будут справедливы и для прямозубых колес, являющихся по топологии их частным случаем.

Требования качества и точности являются приоритетными для зубчатых колес и оцениваются сложным комплексом нормативных показателей, удовлетворение которых при зубошлифовании является трудной задачей. Техническое задание на изготовление зубчатого колеса включает перечень геометрических параметров и точностных требований к колесу с учетом специфики конкретной отрасли машиностроения, которые являются основой для разработки технологического процесса его изготовления, в котором определяются также данные о серийности производства колес и предполагаемой себестоимости изготовления (рис.2). Исходными данными являются: 1. Параметры изделия (модуль т , число зубьев 2 , угол зацепления а, угол наклона зубьев р, коэффициент коррекции исходного контура ширина венца В, данные фланков, радиусы скругле-ния переходной кривой, данные о свойствах материала и др.). 2. Требования точности зубчатого колеса по нормам кинематической точности (погрешность окружного шага М), плавности (погрешность профиля/}), контакта (погрешность направления зубьев ) и бокового зазора (колебание длины общей нормали М), а также требования качества поверхностей зубьев на отсутствие дефектов. Дополняющими данными операции являются: 3. Параметры заготовки (твердость, припуск Ъ и его колебание ±М, радиальное биение венца е„, накопленная погрешность окружных шагов £>). 4. Параметры абразивного инструмента (диаметр круга £>0 и его ширина, данные о свойствах структуры и т.п.). 5. Параметры профилирующего инструмента (диаметр ВР и ширина ролика ЬР, радиус его режущей кромки г Р ).

Конечная точность зубчатого колеса обеспечивается всеми стадиями техпроцесса его изготовления, но формируется на самой его финишной операции зубошлифованием. Высокие требования к точности, качеству и низкой себестоимости зубчатых колес вынуждают технологов искать новые подходы в ор-

ганизации технологических процессов их изготовления. Экономические показатели определяют выбор метода зубошлифования по критерию производительности, а требования качества обусловливают разработку методов и средств обеспечения необходимой точности колес и исключение брака. Введение в техпроцесс зубообразующих технологий, обладающих значительным резервом точности и производительности, обеспечивает достижение требуемых показателей их качества колес с меньшими затратами времени и ресурсов.

шлифуемых поверхностей винтовых зубьев

Обеспечение точности зубчатых колес представляет собой интегрированную задачу, решение которой зависит от качества технологической подготовки, от управления ходом производственного цикла изготовления колеса и соблюдения технологической культуры на каждом его этапе. Проведен анализ множества технологическихХ,Я, конструктивных 2,1,А,81 и эксплуатационных параметров й, функционально связанных с метрологическими нормами шлифуемого зубчатого колеса Щки требуемый уровень которых определен техническим заданием на его изготовление (рис.3). Управление точностью и производительностью профильного зубошлифования основано на множестве взаимосвязей АЗО ¥ (,ШПХ,ЦГП1, Жнз, , Г„, №ф6, Га1, IVм), реализация которых в'

функциональной модели N^=FW{U,2,1,А,81,Х,Н,К) обеспечивает достижение заданных требований технического задания по геометрии колеса и и его точности N при минимальном машинном времени обработки. При этом вектор

качества поверхностей зубьев К выступает как критериальное ограничение, при котором безусловно должен быть исключен брак (по черновинам, подрезам и прижогам) на финишной операции шлифования зубьев.

Для повышения эффективности системы обеспечения выходных показателей профильного зубошлифования и управления ею комплекс разнородных моделей Одолжен быть интегрирован в имитационной модели на единой информационной платформе в компьютерной среде (рис.3).

. :ая структура параметров и факторов профильного зубошлифования

Техническое задание,

на операцию абразивной-

II уровенк

' операционнш£_ -¡i

TOiMfriili

IN

уровень

Данные изделия II

т, г,а,РЛ,В

Метрологические нормативы изделия

Имитационная модель Интеграция взаимосвязей (моделей) • 4 системы обеспечения точности

Конструктивные;'^,'] параметры компонент»

инструмента 1г

= - (йЛ1,лЖхмЛ) .

= f{У опт )

= fiprofl irопт ,D'm,Dp,rp )) WH з = /(АД)

w„

= /(A«)

= f{I = Sf\JV)

&

W„6=f{Z = St\Jr>

w„

L'Mi

Г":'" инструмента- A: ■

г.:

1 • птоп

щ

Технологические

-inn параметры: '

JU ( схемы формообразования

X _

и наладки Н ):;

-----------щщщ

' шш

naiUML" ■ J

||]IC/I |ВД®| И|ииЯЯ

Рис.3. Интеграция взаимосвязей комплекса параметров профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес в имитационной модели

Выявлены технологические, проектно-конструкторские, метрологические и производственные факторы, определяющие выходные показатели операции зубошлифования, на основе которых разработана система мер обеспечения точности косозубых колес (рис.4). При этом только взаимосвязь всех составляющих (станка, инструмента, заготовки, подготовки, наладки и процесса) по-

зволяет обеспечить требуемый производственно-технический и экономический эффект при изготовлении зубчатых колес.

'.."начальная угловая установка -;агоТ'-.!!?:и.с

минимума ' лтачтениналышйу,

у аз копр гспускностк» к исключения брака); -мякнъотзация радиального биения ленца путем

- р.1Г-:ьт параметров схемы, фо]

, г технологическое проецирование. ;; '. ? .(техпроцесса и ¿операции); "" - с бал ансйров энное комплект ов ание •' . коьтанентов- в сцстему,.' . ; .'.'■■' г входной метр ологмческнк кюнихорннг заготовок, . поступающей на операцик) • ;.

Компоненты обеспечения томности профильного зубошлифования косозубого цилиндрического колеса

3 Процесс шлифования (режим ь4,

-выбор тактики съема припуска по

проходам (круговой, или врезнсй цикпы),!

-режимы шлнфо вахня (глубина вреонай подачи, скорости шлифования и продольной формообразующей подачи, длина рев ер сно-о бусл овл енньк перебегов); -режимы правки; - сопутствующие факторы (С ОТС).

- ограничения' на;

заголовки

-Дбийш», ввн^а отн. . отверстия, нех^фре-вд торца

„Г™

' г

Характеристики энергоемкости, МВЕСТК о стн, б ыстр о действия н устойчивости (критерии траекторией точности винтового движения и съема металла) при рев ер сивно- форсир ав анном р ежиме пр офильного шлифов ания

: -:; V ГШ1 ; г. \ 1 П С Т '/>; ::

.-•-•^.¿;т,етс1ост1. -•профили* ^ъшнл круга

(

- 1' С1р ь? ^ П ьг /'

1 - ах 13 ' \нлъ згу ь с

• дефор мацнн, аЙк 1- .т 8 и

геометр .'фрр лгьт;,;■■

- ^ь.бсг - 'I г

здасф.умзита:- -(крнхер ин ' - - НЯО-;

Рис.4. Факторы, определяющие точность, качество и уровень производительности зубошлифования косозубых колес профильным методом

Сформирована многоуровневая структура системы обеспечения точности профильного зубошлифования колес (рис.5). Рассмотрены функциональные взаимосвязи между стадиями техпроцесса и выявлено, что важнейшим фактором обеспечения точности цилиндрического колеса в структуре техпроцесса являются форма и величина припуска, оставляемого на зубошлифование, а также уровень технологически наследуемых погрешностей заготовки. Недостаточность припуска на зубошлифование является причиной брака при низкой точности

предварительного зубообразования заготовки, а его завышение приводит к неэффективной эксплуатации дорогостоящего оборудования и растрате ресурсов.

Основными оценочными показателями технологического процесса изготовления зубчатого колеса по критерию точности являются накопленная погрешность окружных шагов и радиальное биение зубчатого венца ек. Другие нормы точности и качества колеса формируются на финишной операции шлифованиям зубьев.

Рекомендовано при разработке техпроцесса изготовления колеса обеспечивать показатель кинематической точности заготовки по самой высокой границе предела достижимости на самых начальных его стадиях, а показатель радиального биения венца ек - исходя из требований себестоимости.

Схема формообразования винтовых зубьев колес является пространственной, для исследования которой необходимы инструменты трехмерного моделирования, обладающие возможностями симуляции анализируемых процессов в компьютерной среде. Имитационное моделирование зубообразующих процессов в полной мере может быть осуществлено в САО/САЕ/РБМ-среде компьютерно-графического моделирования.

Иерархия методов и q>eдcтв технологического обеспечения точност профильного зубошлифовянш

I уровень

' ..ВОДКОЙ: '

^зтаннгерннг; : заготовок:

Разработка техпроцесса изготовления колеса

_ Техшиескоезадаше на нзготовленнезубчатого :

•'.'•'.■ ■ холееа

. Формирование припуска на, зубо шлифование

... Выбор сбалансированного .; : комплекта средств оснащения н синтез га в технологическую систему : ,

. П уровень.''.

аырщ&ннш ■

<

^правление точностью . - ЗфОфкЛЬНОТО' - ч ;

зуоошлкфовання ; '

/-Выбор абразивного инструмиггп н средств

Техническое задание на . операцию. ,

Подготовка цикла" пр о фшиф ованкя абр азивио г» инструмента '■".

Опппштция проектных решений I

: IIIуровень ;;- , -'■ •■;'-.■•'■-

-. пре/фарсяли д Методика наладок • 1- -. , стаикапо лрнпусху

... .:. '.".;.: заготовки

уровень

: йшЛТУ мш1'

Установках :закрепление

Шпгглщтоштя подшстема

(симулятор И 1ШфорШЦ1ЮКТО-рр ЯВЛЯЮЩЕЙ .. модуль) . .

1.Симуляция круговою цикла (1...2) с учетом этапов формообразования, ,арлекия и правки на черновой (кденткфккацня припуска) к фикншквх (идентификация точностн)стадаях

2. Визуализация цикла и подсчет оптативного времени. при задании' глувннно-кннетнческнх пар аметр о в р ежима

3. Метрологический пост-кок1роль (оценка погрешиасти окружного шага и достигнутой точности по профилю: и направлению зубьев на каждом зубе пр н; задании погрешностей схемы формообразования нкоыпокентов) ".

ФормгроБЛШе; характеристик. . алшчтвш системы X. Формирование -

: К Ш1">иТ1П"< 1и " 5Ц)>Т1К1ГОНСТЕ ;; '

2.Г№Ы«])1И«СКШ: ПОП-« К0ИС1Р>1СЦ1П1

3.Парамеаршадня : приводов й несшей

. - систоглы

4.Упрлвление;.';-,''. точностью с танк.У -

Расчет параые^ов наладкн н режимов шлифования

Наладхастаккало ларазгетраисхелиоир-гн

^ Информцгашляб.га: ряультатов и данных Выходной контроль

Рис.5. Многоуровневая система мер обеспечения точности шлифования зубьев цилиндрических колес

В работе использованы результаты имитационного и компьютерного моделирования с помощью системы «SolidWorks». В связи с тем, что большинство важнейших погрешностей профильного метода могут быть сведены к геометрическим, учтены в имитационной модели и симулированы в CAD/CAE-среде с высокой разрешающей способностью, компьютерная среда является корректным испытательным полигоном для проверки выдвинутых положений и теоретических гипотез.

Результатом исследований являются сформированные концепция и структура системы обеспечения точности шлифования зубьев цилиндрических колес профильным методом, а также комплекс необходимых взаимосвязей, подлежащих формализации.

В третьей гласе проведен анализ погрешностей изготовления цилиндрических колес и сформированы аналитические модели точности профильного зубошлифования. Осуществлена структуризация погрешностей зубошлифова-ния зубчатых колес и предложена их системная классификация. Установлены взаимосвязи показателей точности цилиндрического колеса с погрешностями профильного зубошлифования. Основными критериями точности профильного шлифования зубьев колес принят комплекс показателей: по нормам кинематической точности - погрешность окружных шагов; по нормам плавности - погрешность профиля; по нормам контакта - точность направления зуба; по нормам бокового зазора - колебание длины общей нормали. Критерием качества является отсутствие прижогов, подрезов и черновин поверхностей зубьев.

При моделировании и прогнозной оценке точности зубошлифования обосновано применение принципов суперпозиции и пренебрежения бесконечно малыми высшего порядка при расчете выходной погрешности, что позволило найти аналитические решения, имеющие практическое применение за счет линеаризации моделей.

Как объект формообразования зубчатое колесо характеризуется не только сложным комплексом метрологических нормативов ее изготовления, но и прецизионностью рабочих поверхностей, уровень отклонений которых при формообразовании лежит в микрометрическом диапазоне. Приведена математическая модель рабочих поверхностей зубьев цилиндрических косозубых колес, которая описывается эвольвентным геликоидом и представлена уравнением:

г • cos(9 + <р)

у = г • cos {в + <p)-i+r- sin(# + <р)- j + р-ср-к = г ■ sin(# + <р) , z р-<р

где г = г (в)- уравнение образующей геликоида в полярной системе координат в плоскости поперечного сечения заготовки; в - полярный угол каждой точки профиля; (р - угол поворота заготовки при винтовом движении; р - винтовой параметр геликоида. Вектор нормали N к поверхности геликоида в рассматриваемой точке определяется так:

N = гв хгр =

р • (г • эш( в + <р) + г ■ соб( в + <р)) -р-(г • соб(0 + <р) - г ■ зт(0 + <р)) г ■ г

пх

= "у

Формализовано описание влияний вторичных (технологических) погрешностей на конечную точность формообразования винтовых зубьев, нормируемую допуском б. Математическое моделирование позволило получить значение вектора погрешности профильного шлифования Аг как разность между фактическим и номинальным значениями г с учетом возможности линеаризации модели путем пренебрежения слагаемыми высших порядков малости:

Аг =

Хфакт ~ Хнамин = ~г ' зш(0 + <р) ■ (Д0 + А<р) + Аг • соз(6> + <р) + Ах У факт ~ Уномин = г ' + <р) ■ (Ав + А<р) + Аг ■ в\п{в + <р) + Ау .

2факт ~ 2и

,=р-А<р+Аг

Вектор погрешности формообразования Дг связан с нормативным допуском <? зависимостью й>5= = Аг ■ ё, где ё - орт нормали; 5- погрешность обработки, определяемая проекцией вектора погрешности Дг на вектор нормали N. Уравнение переноса вектора погрешности Аг на вектор нормали к геликоиду представлено системой О > |Дг • . Его решение относительно А<р, Ах, Ау, Аг дает условие обеспечения точности формообразования эвольвент-но-геликоидной поверхности зуба цилиндрического колеса профильным кругом по заданному допуску на профиль (7:

д = г- соэ Р-\А<р\ + соб р ■ л/ Ах2 + Ау2 +зт/7-|Дг|<б!.

Рис.б. Пространство возможных сочетаний составляющих погрешности профильного шлифования и схема моделирования угловых отклонений круга

Сформировано допустимое по G пространство вторичных погрешностей, позволяющее ограничивать их предельные значения в зависимости от их сочетаний в процессе обработки (рис.6). Оценено влияние на конечную погрешность обработки S по профилю малых угловых пространственных отклонений оси инструмента Ау (в плоскости XOY) и Ar (в плоскости XOZ), определяющих положение режущей поверхности в процессе профильного шлифования геликоида зуба цилиндрического колеса при удалении центра крепления круга от зоны резания на величину h:

S«h- cos ß-\Ay\ + h • sin ß • |Ar| <,G.

Рассмотрены и решены задачи аналитического моделирования точности винтового движения при бесцентроидном огибании зубьев профильным кругом и сформирован порядок обоснованной проектной декомпозиции заданной точности по технологическим компонентам. Адекватность полученных моделей оценена данными натурных испытаний и имитационным моделированием, подтвердившими их корректность, и даны рекомендации по их применяемости.

Для практического использования разработанной системы аналитических моделей сформирована допустимая по условиям точности область существования вектора погрешности профильного шлифования винтовых зубьев. В основу аналитического решения положены условия геликоидности и ортогональности вектора погрешности вектору нормали в расчетных точках контактной характеристики, позволившие сформировать функцию оптимизации Лагранжа:

« 9 2 9 9

L = (-ny-&x + nx -Ау) +(пх -Ьх + Пу -Дy + nz -Az) -Л-(Ах + Ау + Az )-»тах.

Найденное решение определяет эллипсоид в пространстве управляемых координатных погрешностей Ас, Ау, Az при задании требований точности допуском на профиль G: -

--+---1---— = 1 ' maxi

,2 ~2 . М = -

G* G G* ' !, „2, - - - пх +пу + л„

■,2/Й, ,„\ .„vi/ ---

гтА{в+(р)-М соэ-'Св+<р)-М /3-М

где Р~ угол наклона зуба; пх пу п2 - координатные проекции вектора нормали п к эвольвентному геликоиду; (р — угол поворота заготовки в винтовом движении; в - полярный угол, определяющий положение расчетной точки на криволинейном торцовом профиле зуба; Ах, Ау, Аг - координатные проекции вектора погрешности формообразования Аг;С - допуск на профиль зуба (рис.7). Эллипсоид погрешности есть предельно допустимая, нормируемая по С, область существования вектора погрешности при обработке эвольвентного геликоида.

Задача управления точностью профильного шлифования заключается в формировании условий, обеспечивающих размещение результирующего вектора погрешности АР внутри расчетного эллипсоида путем поиска оптимального сочетания взаимосвязанных технологических, конструктивных и эксплуатационных параметров на стадиях технологического цикла, подготовки производства или проектной разработки станочной системы.

Установлено, что наиболее значимой составляющей точности профильного зубошлифования является погрешность профиля зуба, превышающая по рангу погрешность направления зуба в 2,5...4 раза. Это обусловливает необходимость обеспечивать точность профиля зубьев кинематически наиболее простыми схемами формообразования, характеризующимися стабильностью воспроизведения и повторяемости в круговом цикле обработки зубчатого колеса, как наиболее инвариантными действию возмущений процесса. Вышесказанное служит подтверждением обоснованности применения профильного метода на финишной стадии изготовления зубчатого колеса.

Рис.7. Эллипсоид погрешности эвольвентного геликоида зубьев колеса (т = 8 мм, г = 23, = 30°) и обобщенный эллипсоид для всей контактной линии профильного шлифования впадины

Результатом исследований является комплекс математических моделей, позволяющий управлять точностью колес профильным шлифованием зубьев.

Четвертая глава посвящена разработке комплекса моделей обеспечения точности профильного зубошлифования на этапах технологической подготовки. Контактная характеристика между кругом и косозубым колесом является сложной пространственной траекторией, положение которой по боковым сторонам круга зависит от геометрии взаимодействующих тел и параметров схемы обработки (рис.8). Обеспечение требуемой точности шлифования рабочих поверхностей винтовых зубьев цилиндрических колес профильным кругом во многом зависит от правильной геометрии правки круга с помощью профилирующей подсистемы станка, осуществляемой в автоматизированном режиме.

Рабочий профиль круга является функцией параметров шлифуемого колеса, диаметра круга и угла скрещивания, которые меняются в цикле обработки, поэтому требуется постоянная коррекция его формы при правках. Расчет требуемой траектории движения правящего ролика относительно круга для формирования инструментальной поверхности, исключающей подрезы винтовых зубьев, является сложной аналитической задачей, решаемой методами дифференциальной геометрии на основе теории зубчатых зацеплений и теории

огибающих. Задача специальной модификации профиля круга для прецизионного шлифования винтовых зубьев решена в математической и имитационной постановках с возможностью учета возмущений процесса и нестабильности состояний взаимодействующих компонентов.

Рис.8. Пространственная контактная характеристика при шлифовании винтовых зубьев и зоны их подрезов: а - вид характеристики по левой стороне впадины при съеме припуска 50 мкм; б - вид нормального профиля круга в проекции на винтовую поверхность впадины колеса; в - зоны подреза по правой и левой сторонам впадины

Для этого в трехмерной САБ-среде по разработанной методике смоделировано контактное взаимодействие тел, имитирующее схему профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес; решены прямая и обратная задачи формообразования винтовых поверхностей профильным кругом, в том числе при неидеализированном контакте, обусловленном погрешностями схемы формообразования и технологических компонентов от возмущений процесса. Имитационное решение основано на оперировании объемными геометрическими примитивами взаимодействующих при формообразовании тел, формировании пространственной контактной характеристики и зоны их взаимодействия.

Разработан аналитический алгоритм автоматизированного формирования требуемого профиля шлифовального крута, адекватность которого проверена пространственной визуализацией контакта с помощью инструментов АР1-программирования в компьютерной ЗО-среде. Исходными данными являются параметры абразивного инструмента, формы его инструментальной поверхности (в т.ч. с учетом износа и собственных деформаций) и параметров винтового движения. В результате синтезируется цифровая ЗБ-модель поверхности впадины, моделирующая формообразуемую поверхность заготовки, получаемую в результате совокупного действия введенных в систему факторов (рис.9). Проверка условий обеспечения прецизионности профильного шлифования номинальным, деформированным или изношенным кругом винтовых зубьев прове-

дена с помощью разработанной методики имитационного решения обратной задачи формообразования в среде ЗО-моделирования (рис.10).

Рис.9. Имитационно синтезированный круг и его рабочий профиль для шлифования винтовых зубьев

Рис.10. Имитационное решение обратной задачи профильного формообразования и проверка адекватности ее решения

Вариативность правящего инструмента по конструктивным параметрам и формам режущих элементов потребовала разработки специализированных моделей идентификации траектории движения узлов правки станка, осуществляющих профилирование круга (рис.11). Разработано в среде Borland Delphi 7 и Visual Basic специальное программное обеспечение расчета требуемой траектории правки круга с учетом параметров инструмента II рода (алмазного ролика), которое вводится в систему управления станком.

Большое влияние на точность зубошлифования оказывает правильная наладка станка из-за периодичности погрешностей заготовки, проявляющихся в делительном цикле с периодом 2ж. Правильная начальная установка заготовки относительно круга позволяет предотвратить брак за счет оптимального распределения припуска в круговом цикле по зубьям, создать наилучшие условия компенсации ее технологически наследуемых погрешностей и обеспечивает достижение заданной точности колеса при меньшем времени шлифования.

Рис.11. Фрагменты имитационно-графической проверки адекватности расчета траектории

профилирования круга обтачивающим алмазным роликом (б) -к- --г- с учетом разновидности его исполнений (а)

Важнейшим параметром наладки является угол скрещивания, обусловливающий форму контакта круга с заготовкой. Поиск оптимального значения угла скрещивания осей крута и заготовки является необходимым при шлифовании корригированных колес с винтовыми зубьями из-за возникающей асимметрии контакта по сторонам круга, что свойственно профильному методу и неблагоприятно сказывается на напряженно-деформированном состоянии взаимодействующих компонентов (рис.12). Сформирована математическая модель расчета оптимального угла скрещивания, обеспечивающая симметричность размещения контактных зон río правым и левым сторонам круга при шлифовании, решаемая численно. Поиск оптимума проводится дихотомическим методом с невязкой 1-10-9. Одновременность врезания круга по боковым сторонам достигается модулированием угла скрещивания, что исключает крутильные деформации круга, снижает вероятность генерации динамических колебаний при врезании и уменьшает длину рабочих ходов.

Рис.12. Поиск условий одновременности контакта боковых сторон круга с винтовыми зубьями цилиндрического колеса изменением угла скрещивания: симметричный-асимметричный контакт: а - вид сбоку; б - вид сверху; в - оптимальная симметричная контактная зона в пространстве

Разработана технология скоростного многопроходного режима профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес, который имеет большие преимущества по сравнению с глубинной малопроходной технологией в производительности и качестве обработки крупномодульных колес, но который должен обеспечиваться системой технологических мер и соответствующими характеристиками оборудования, поддерживающими форсированный съем металла и компенсацию возникающих при этом динамических возмущений.

Поиск компромиссных технологических и проектных решений, удовлетворяющих требованиям оперативности, точности и качества профильного зу-бошлифования косозубых колес, проводится оптимизационно. Так, для обеспечения траекторной точности 5втт направления винтовых зубьев при реверсировании узлов станка сформирована целевая функция оптимизации винтового движения Fs:

„ ^ m-z Jq,-£ z-g-m* -z4 -sinfi 1 lr2 1 . , . Fs = Semm = —---s-—---rr— -V„p--—>min (мм)

L c*> il (1 + —) ч>

. B

при следующей системе ограничений на управляемые парамет-Г В/Ъ<1„ <5В

р • 103 < V„pod < 20 • 103 (мм / мин)' -параметры заготовки,

соответственно модуль, число зубьев, ширина венца, угол наклона зубьев и

плотность материала;р = т 2 (мм!рад)-параметр винта, связывающий по-

2 • sin р

ступательный S (вдоль оси заготовки) и вращательный (<р) контуры винтового

sv„

движения условием:/? = —= . Управляя конструктивными параметрами <Р Ю<р

привода (жесткостью С(р цепи вращения co(¡¡ заготовки), а также регулированием скорости продольной подачи Vnp и длины перебегов 1п, повышают траек-торную точность винтового движения. При этом параметр /„ отсутствует в мультипликативном критерии Fs.t «точность х время цикла» (здесь h- приПуск на сторону зубьев (мм); Sep - подача на врезание):

с г t \ и ^ £-т4 -z5 -sinfi . В V

Fs-t = 5винт (лш) ■ *(мин) s-—--h ■ — ■ -> min.

Рекомендуемый диапазон скорости продольной формообразующей подачи при маятниковом многопроходном режиме шлифования винтовых зубьев, снижающих вероятность прижогообразования, составляет 5.... 12 м/мин.

Алгоритмизирована процедура начальной ориентации заготовки относительно круга для минимизации числа проходов и сокращения времени рабочего цикла (рис.13). Основой является математическая модель минимизации радиальных колебаний шлифуемой зоны зубчатого венца AR в круговом цикле с периодом 2к, позволяющая найти отклик сочетаний фаз периодических погреш-

ностей заготовки (геометрический ех,фазац/, и кинематический а2,Ъг,фазацгг эксцентриситеты) и биения шпинделя стола станка, задаваемого эллиптической траекторией с величинами полуосей эллипса а3,Ь3 и углом ориентации относительно круга, закрепленного на оси Х(т. М):

2 2

. . а7(а?-Ь2) . о, ч a,-óo-cosí

x^ej-cos^+у/х)+02— \ 2 -sin

2^2

Варьированием управляемых параметров модели (у/х ,1//2,У/з,&з формируются ограничения на составляющие погрешности заготовки и станка: ДЯ = (*пих_ > гДе х " координата положения формообразуемой точки

М заготовки при изменении угла г ее поворота в делительном цикле.

Реализация результатов исследований связана с разработкой моделей и алгоритмов, позволяющих направленно формировать заданную точность косо-зубых колес профильным шлифованием на стадиях подготовки производства. При этом формализованы процедуры расчета параметров профилирования шлифовального круга и оптимизации схемы формообразования, обоснованы параметры наладки.

В пятой главе выявлены и формализованы взаимосвязи припуска с показателями точности цилиндрического колеса при профильном шлифовании зубьев, полученные на основе математического и имитационного моделирования.

Качество, точность и себестоимость изготовления зубчатых колес со шлифованными зубьями зависят от большого числа технологических факторов, управлять которыми можно, лишь зная состояние заготовки, поступающей на финишную операцию шлифования зубьев. Важнейшие параметры заготовки характеризуются припуском, оставляемым под зубошлифование, и технологи-

ск минимума разброса радиальных колебаний _венца заготовки относительно круга

Рис.13. Моделирование радиальных колебаний припуска с учетом погрешностей заготовки и биения стола станка в круговом делительном цикле

чески наследуемыми погрешностями ^ > ея • Профильный метод шлифования зубьев накладывает дополнительные требования на условия формирования припуска, оставляемого на зубьях для финишного зубошлифования, и его взаимосвязи с параметрами наладки станка. При этом учитываются следующие особенности профильного зубошлифования:

- неизбежность разноприпускности заготовки в круговом цикле, которая зависит от периодичности параметров шлифования не только от зуба к зубу, но и по боковым сторонам каждой впадины; разноприпускность характеризует периодически изменяющуюся в делительном цикле величину биения венца относительно круга, измеряемого в радиальном или тангенциальном направлениях; она обусловливает недопустимые врезы круга в заготовку, при которых снимается слишком большой для данного режима слой металла, приводящий к при-жогам и браку из-за черновин (отсутствия контакта) и подрезов зубьев;

- различие координатного исчисления параметров обработки (радиальной врезной подачи и припуска А - по нормали) и выходных нормативных показателей точности шлифуемого колеса (точности профиля зубьев и длины общей нормали колеса - тангенциально), что в силу их технологической взаимосвязанности затрудняет обеспечение требуемого исхода операции и автоматизацию расчета параметров профильного шлифования;

- изменяемый неполнопрофильный характер контакта круга со впадиной по профилю зубьев (от ножки к головке) в многопроходном цикле обработки.

Точность и качество профильного зубошлифования цилиндрического ко-созубого колеса могут быть обеспечены при следующих условиях контактного взаимодействия круга со шлифуемой поверхностью впадин заготовки, связанным с величиной припуска А, измеряемого по нормали к профилю зуба: 1.Условие «полнопрофипьности контакта» круга с периферией впадины при его радиальном врезании. 2. Условие «одновременности контакта» круга с боковыми сторонами впадины, зависящее от значения угла скрещивания. 3.Условие «симметричности контакта» круга по сторонам впадины, зависящее от тангенциальной разноприпускности заготовки в периоде 2тг. 4.Условие минимума радиальной разноприпускности в круговом цикле шлифования, что влияет также на число проходов при съеме припуска и время цикла.

Формализована «полнопрофильность контакта» круга с заготовкой, выражающая такое их состояние, при котором круг не должен углубиться в зуб больше, чем на заданный припуск, и одновременно шлифовать весь профиль от ножки до вершины головки. В этом случае исключаются черновины на зубьях. Выявлено, что при профильном шлифовании колес доля, расходуемая на черновые проходы нестабильного съема припуска, составляет более 4/5 части общего припуска. Достаточность припуска определяется из условия

1г> + /гж/2 + Ь^р2 , где составляющие, компенсирующие искаже-

ния формы зубьев по профилю ку и направлению зубьев что определяет

требования к точности заготовки, поступающей на зубошлифовальную операцию.

Для управления тангенциальной разноприпускностью сформирована математическая модель обеспечения кинематической точности изготавливаемого колеса путем корректирующей угловой ориентации заготовки при ее закреплении на станке на угол Да относительно начальной симметричной установки впадины и круга с учетом направления делительного цикла:

Дог = -—+ ^ + + (рис.14). Исходными данными для расчета яв-

ляются предварительно полученные данные отклонения шагов А,- заготовки на окружности, радиусом R,, в которых учитываются ее технологически насле-

заг

дуемые погрешности окружных шагов через накопленную погрешность : £уаг = maxiA, + А, +... + Д,}- min {А, +Д, +... +Д;}

t- Hä/SZ-I I</<Z-1 1 i ">'

Симметричное пошщюкщюБпнне круга относительно первого туба, приводят еек браку

Начальное касание кругом заготовки, определяющее наладочное межцентр овое р ас стояние

гловая коррекция заготовки при наладке станка, исключающая брак

Заготовк:

Заготовка

Номинальное колесо N

Номинальное колесо

Номинальное колес«

Рис.14. Управление тангенциальной разноприпускностью заготовки при наладке станка, исключающее брак при профильном зубошлифовании

Для исключения брака из-за возможной нехватки припуска и возникновения черновин зубьев необходимо правильно скорректировать положение заготовки при закреплении на расчетный угол А а, что обеспечит нулевую накопленную погрешность окружных шагов отшлифованного колеса при идеальном делительном цикле, т.е. технологически наследуемая накопленная погрешность окружных шагов заготовки будет полностью компенсирована при йт;п > е3^. В этом случае точность шлифуемого колеса по данному нормативу будет полностью определяться только точностью механизмов деления зубошлифовального станка.

Необходимость идентификации параметров профильного шлифования и их координатной взаимосвязи с нормами точности является важнейшим условием достижения заданной точности колеса в автоматическом цикле обработки. Определена аналитическая связь величины припуска, удаляемого с зубьев для обеспечения толщины зубьев по нормам бокового зазора, с параметром врезной радиальной подачи Бдр, что необходимо для выхода на конечную точность

шлифуемого колеса по профилю и длине общей нормали. Задача расчета взаимосвязи припуска в нормальном и радиальном исчислениях решена аналитиче-

ски путем замены трансцендентной функции (1) многочленом Тейлора третьей степени и нахождением единственного корня кубического уравнения по формуле Кардано (рис. 15).

Рис.15. Расчет взаимосвязи припускав нормальном, к и радиальном Звр исчислениях для автоматизации цикла профильного зубошлифования

Решение = находится через взаимосвязь двух уравнений (1) и (2):

г0-&тф + {}1 + г0-Зк)-cos($h + ф) = г0■ sm(3k + ф),

1 - cos А

(1) (2)

cos(5a + ф) '

где ф - угол, характеризующий положение исходной точки эвольвентного профиля зубьев на основной окружности относительно оси симметрии впадины

эвольвентный угол для точки, лежащей на делительной окружности; Z - число зубьев колеса; &h - угол развернутости для искомой точки касания. Это позволяет рассчитать величину врезной подачи Sgp, необходимую для удаления остаточного припуска для завершения цикла, обеспечивающего требуемую точность профиля зубьев колеса на финишных проходах. Решена

задача численной идентификации координаты начального касания круга с профилем зубьев заготовки, имеющим эквидистантный припуск Ъ , а также межцентрового расстояния, при котором имеет место полнопрофильный контакт круга с зубьями во впадине заготовки. Установлена закономерность изменения сечения срезаемого слоя по профилю зуба, что является причиной нестабильного термодинамического состояния шлифуемой поверхности вдоль зуба и неравномерности износа круга. Определена площадь .Р срезаемого профильным кругом на каждом проходе слоя припуска с эвольвентного профиля зуба в зависимости от величины врезной подачи 5в_:

^ = V-(г. .Ц^-г. + ' О)

где ¿'тах,<9тах - углы эвольвентный и развернутости на вершине зуба; гв>г0 -соответственно радиусы окружности вершин и основной окружности (рис.16).

Профиль круга /

Взаимосвязь вринм! подачи с площадью сршемого припуска (1уЗчаюе колесо т = 8 ш, г = 23, круг 1Ы00 мы)

0,306547

в,59358 0,423834 0,811541 ¡0,428079

■имии^я

"Впадина заготовки

0,183(82

расчет

Рис. 16. Форма срезаемого припуска с зубьев профильным кругом и расчет площади среза ¥ср в функции врезной подачи 5в

Вертикальная врежяя подача, икы

Адекватность разработанных моделей проверена имитационным экспериментом и данными натурных испытаний. В результате анализа полученных данных о взаимосвязях технологических факторов, параметров профильного зубошлифования с нормативными требованиями точности шлифуемых колес сформированы предложения по совершенствованию технологического процесса изготовления цилиндрических зубчатых колес при зубообразовании. При этом обеспечиваются малые периодические погрешности заготовки, стабилизирующие условия контакта круга во впадинах заготовки, что позволяет достигать высокой точности крупномодульных колес при низкой трудоемкости и малом времени цикла шлифования зубьев профильным методом.

Реализация результатов исследований связана с разработкой программно-математического обеспечения, необходимого для управления станком,

которое позволяет автоматизировать цикл профильного зубошлифования в абсолютной системе отсчета координат параметров обработки, а также правильно производить наладку станка для распределения припуска заготовки по зубьям в круговом цикле, а также по черновым и чистовым проходам.

Шестая глава посвящена вопросам разработки методов проектного синтеза характеристик зубошлифовальной станочной системы, реализующей профильную технологию. В главе показано, что конструирование оборудования неразрывно взаимосвязано с технологией, является производным технологического процесса изготовления колеса и требований к финишной зубообразующей операции, что находит свое отражение в техническом задании на создание станка.

Применение профильной технологии требует создания зубошлифовальной технологической системы, функциональные возможности которой должны быть многоцелевыми для гибкой адаптации под конкретные требования производства. Выбор сбалансированных по характеристикам и возможностям технологических компонентов и средств оснащения при их объединении в металлообрабатывающую систему является сложной технологической задачей, требующей применения научно обоснованных подходов.

Установлены взаимосвязи структурно-функциональной композиции технологических компонентов (заготовки, абразивного инструмента, оснастки, системы управления, средств контроля и станка) в единую систему, обеспечивающие достижимость требуемой точности зубчатого колеса и низкой себестоимости его изготовления. Вскрыта взаимосвязанная соподчиненность профилирующей и формообразующей подсистем и установлено функциональное соответствие между конструктивной сложностью станочной компоненты и сложностью топологии инструментальной поверхности, выраженное аналитически.

Предложен алгоритм синтеза компонентов в систему при технологическом проектировании операции зубошлифования на основе сетевых графов. Задача поиска эффективной структуры является оптимизационной, и ее решение осуществляется методом булева линейного программирования путем выбора лучших альтернатив из множества обходных путей графа по частным критериям предпочтения и по обобщенному показателю эффективности. Обоснован комплекс характеристик зубошлифовального оборудования, способного поддерживать прецизионно-форсированный режим съема металла профильным методом в условиях значительных силовых и тепловых возмущений, обеспечивая точность обработки крупномодульных зубчатых колес не ниже 4-й степени.

Разработаны методы разрешения противоречивых многокритериальных требований к оборудованию путем использования свойств синергичности элементов и модулей зубошлифовального станка, мехатронизации кинематики и управления проектным синтезом его конструкции. Требуемые статические и динамические характеристики упругой системы и приводов формируются за счет взаимно согласованных процедур «синтез-анализ», реализованных в единой среде моделирования с помощью специально разработанных методов принятия решений по управлению точностью проекта. Для этого разработаны модули поддержки, «встроенные» в С АО-среду геометрического моделирования

5оИсИ¥огкз и визуализирующие заданные и достигнутые результаты работы конструктора.

Образное представление численных оценок критериев точности проектируемого объекта (станка, приспособления, схемы формообразования) в пространственной геометрической форме и их визуализации на экране компьютера позволяет принимать лучшие по точности проектные решения. Это осуществляется путем сравнения объемов геометрических фигур, размеры которых определяются в интерактивном режиме на основе моделей эллипсоида погрешности и точности компоновки станка (рис.17).

Рис. 17. ЗБ-модели станка, схемы формообразования и визуализация их прогнозируемой погрешности (параллелепипеды) и эллипсоида на рабочем экране дисплея конструктора

Сформированный и показываемый на дисплее комплекс трехмерных геометрических фигур отражает степень достигнутого эффекта при конструировании и мотивирует разработчика к принятию правильных решений по уточнению конструкции путем варьирования ее геометрических параметров таким образом, чтобы параллелепипеды (погрешности) не превышали объем эллипсоида (допустимую область). При этом конструктор воспринимает картину численных изменений точности станка в понятной для него пространственной форме.

Обоснованы характеристики зубошлифовапьного станка для профильного шлифования с горизонтальной и вертикальной осями заготовки. Сформирована динамическая модель винтового привода профильного шлифования вин-

1тг] +а1г1 -ь Лг,г, = Г 1 л •• г , ц - г > гДе Р ~ параметр винта

•УОС2^^Р *т" !\(р — о 2

Р

Wl ' z

(p =-(мм/рад), здесь z - число зубьев), связывающий поступательный

2 • sin Р

Vnpod (вдоль оси z, заготовки) и вращательный ((р,со(р) контуры винтового дви-

Z\ Упроб

жения условием: р = — = —~—, что позволило на проектной стадии проводить

<Р а?

в среде САЕ-моделирования многофакторный оценочный расчет параметров конструкции привода.

Разработаны методики расчетного САЕ-анализа по различным критериям (статической и динамической жесткости, кинетостатических характеристик, компактности) разрабатываемых зубошлифовальных станков. Проведены проектные мероприятия по их совершенствованию путем оптимизации конструктивных вариантов по критериям жесткости и массы (рис.18).

Модуль взаимодействия «конструктор-система» Обобщенный эллипсоид погрешности

Подсистема автоматизации конструирования станочной системы Гиомкгрhwckiiü синтез и угщавленне проектом

Подцфжкапринятияпроектныз:решешш

Оценка свойств

Модуль конструиров аш н винтов ого привода

Парaraeip нзацняприводов н несущей системы

Рис.18. Система формирования характеристик зубошлифовального станка, реализующего профильное шлифование косозубых колес

Определены формы колебаний упругой системы спроектированных зубошлифовальных станков, их собственные частоты и рекомендованы пути их отстройки от резонансного диапазона частот возбуждения колебаний. При оценке напряженно-деформированного состояния станка, инструмента и заготовки при профильном шлифовании косозубых колес решена задача оценки жесткости упругой системы в замкнутой постановке, учитывающей особенности контактного взаимодействия профильного круга с боковыми сторонами впадины колеса.

Оценено изменение влияния параметров контакта на распределение деформаций по элементам связанной технологической системы и предложены пути повышения ее точности при шлифовании винтовых зубьев. Отмечено, что глубинный режим профильного шлифования предъявляет приоритетные требования к виброустойчивости упругой системы станка, а многопроходно-скоростной - к быстродействию и крутильной жесткости приводов, реализующих винтовое движение. Удовлетворение этих требований обеспечивается при разработке зубошлифовального станка итерационным проектно-расчетным моделированием и оптимизацией параметров конструкции по разработанным моделям и методикам.

Адекватность соответствия комплекса рабочих характеристик станка требуемым режимам и выходным показателям работоспособности при профильном шлифовании подтверждена инженерными расчетами, сравненными с данными натурных испытаний существующих станков и технологий, что соответствует принятой практике моделирования на проектных стадиях разработки оборудования.

Реализация результатов заключается в разработанных методиках расчетного анализа и направленного синтеза станочной системы, позволяющих прогнозировать уровень достигаемых показателей точности профильного шлифования зубьев колес. При этом обоснованно формируются технические требования к свойствам технологических компонентов на стадии проектной подготовки по критериям точности и стоимости.

Седьмая глава посвящена выработке теоретических положений профильного шлифования зубьев и методологии имитационного моделирования его цикла. В главе сформулированы основные особенности зубошлифования, на которых строятся феноменологические представления этой технологии, показан дедуктивный принцип формирования закономерных связей и правил, по которым обеспечиваются заданные требования точности зубчатых колес на этой операции. Раскрыты основные положения имитационного моделирования в С АО-средах трехмерного моделирования и особенности пространственной компьютерной симуляции зубообразующих процессов. Необходимость гарантированного обеспечения требуемой точности колес и исключения брака обусловила разработку новых средств компьютерного моделирования процесса зубошлифования, позволяющих объединить в имитационной модели и исследовать установленные взаимосвязи профильной технологии, учесть большое число параметров и факторов, определяющих выходную точность зубчатого

колеса по комплексу нормативов. При связывании разнородных частных моде___ п

лей IV в комплекс они образуют открытую систему Ф = , составляющую

ы

базис имитационной модели профильного зубошлифования цилиндрических колес, структура которой показана на рис.19. Рабочий цикл шлифования зубьев бесцентроидным огибанием симулирован в компьютерной среде с учетом временной динамики и возмущений процесса. Имитационная модель включает си-мулятор, процессирующий цикл обработки, и информационно-управляющий модуль, задающий возмущения,, осуществляющий сбор и обработку результа-

тов для прогноза точности отшлифованного зубчатого колеса с учетом погрешностей заготовки, технологических компонентов и параметров наладки станка.

Имитационная модель цикла профильного зубошлифования

Данные контроля заготовки

Исходные данные

Нормы точности

Погрешности схемы формообразования

Ииформационно-унравляюший модуль

Математическая модель заготовки

Модели инструментов

Определение угла скрещивания

Симулятор цикла

30-модель схемы формообразования

Графический интерфейс

Симуляция кинематики винтового движения

Определение начальной впадины

Формообразование -

ÏI

^Деление/;

Построение схемы

формообразования

Накопление результатов

: Правка

Определение утла

ориентации эксцентриситетов компонентов

Формирование обработанной поверхности

уЩ

Vtv

о,

Виртуально «отшлифованное» колесо

Метрологический контроль

Вывод результатов в Excel MS

Рис. 19. Структура имитационной модели цикла профильного зубошлифования

В имитационной модели осуществлена алгоритмизация. кругового цикла обработки всех впадин зубчатого колеса с учетом статистического моделирования отклонений позиционного состояния круга и заготовки на каждом профилирующем, формообразующем и делительном циклах на основе компьютерной интеграции погрешностей компонентов и схемы обработки в готовом изделии (рис.20). Сформирована методика обмена данными, обработки и представления результатов имитационной модели для принятия технологических решений по обеспечению точности профильного шлифования зубчатых колес на разных стадиях производственного цикла и технической подготовки производства.

Адекватность пространственной симуляции процесса профильного шлифования косозубого колеса установлена метрологическим контролем колебания длины общей нормали в С АО-среде и на физических образцах по нормам точности на профиль зубьев и длину общей нормали. Формирование «облака» ре-перных точек на ЗБ-модели позволяет осуществить контроль виртуально «отшлифованного» колеса и корректно интерпретировать его результаты для управления точностью обработки (рис.21). Интеграция разработанных частных моделей обеспечения точности профильного шлифования зубьев цилиндрических колес в имитационной модели позволяет выявлять условия недопущения

Рис.21. Синтезированное имитационно «отшлифованное» косозубое колесо и метрологический контроль длины общей нормали в ЗР-среде

По результатам имитационного моделирования формируются требования и ограничения к параметрам схемы профильного зубошлифования, требования к точности заготовки и величине припуска; вырабатываются решения, позволяющие совершенствовать технологический, процесс изготовления цилиндрического колеса по критерию эффективности.

щшш ж

Симуляция; цикла «формообразование-деление»

Обратная задача формообразования

брака на финишной стадии техпроцесса изготовления колеса и формировать оптимальный комплекс технологических, конструктивных и эксплуатационных параметров под заданные требования технического задания с учетом возможностей конкретного производства.

Фрагменты имитационного моделирования цикла ^ профильного зубошлифования в компьютерной среде

Автоматизированный геометрический синтез профильной схемы .^"1"'

............"' ' Ж?-

Конечный продукт'.:. . . Рис. 20. Последовательность имитационного моделирования профильной АЗО

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований комплексно решена актуальная научно-практическая проблема обеспечения точности шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес методом бесцентроидного огибания профильным кругом. Это позволяет достигать 3...4-Й степени точности крупномодульных колес и повышает производительность финишной обработки их зубьев не менее чем в 3,5...4 раза в сравнении с обкатной технологией, чго позволило решить важную производственную проблему, имеющую большое хозяйственное значение для экономики страны.

2. Разработаны основные положения теории профильного шлифования зубьев колес, имеющие важное значение для развития теоретических основ бесцентроидного огибания и практики изготовления прецизионных деталей с многопрофильными винтовыми поверхностями. Научно обоснована к сформирована методология исследования процессов и оборудования абразивной зубо-обработки цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями. Разработаны методы и система обеспечения точности, созданы инструментальные средства анализа и синтеза технологических решений профильного шлифования зубьев. Выявлены новые взаимосвязи метрологических, технологических, конструкторских и эксплуатационных параметров профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес с их выходными показателями качества и точности.

3. Проблема отсутствия методов и средств обеспечения точности профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес устранена разработкой комплекса моделей и алгоритмов управления точностью и методик направленного формирования оптимальных характеристик зубошлифовальной станочной системы. Внедренные методы и программные средства обеспечения точности позволяют управлять качеством технологических решений, сокращают сроки и издержки производства, повышают точность и производительность изготовления крупномодульных колес.

4. Разработан комплекс моделей и алгоритмов, базирующийся на математическом, компьютерном и имитационном моделировании, который включает:

-математическую и имитационную модели погрешности профильного шлифования винтовых зубьев, связывающие параметры схемы бесцентроидного огибания винтовых зубьев цилиндрических колес профильным кругом с заданными нормами точности на профиль, направление зубьев, окружных шагов и колебание длины общей нормали;

-модели расчета и оптимизации параметров наладки станка по критериям точности колес и качества поверхностей зубьев при профильном зубошлифовании;

-математическую и имитационную модели идентификации исходной инструментальной поверхности шлифовального круга для прецизионного формообразования винтовых зубьев корригированных цилиндрических колес;

-математическую модель винтового привода станочной системы, определяющую его оптимальные параметры по критериям траекторией точности и быстродействия в условиях высокой реверсивной кинетики составляющих движений и динамики возмущений;

-методики расчетного анализа и проектного синтеза характеристик зубошлифовальной станочной системы, обеспечивающие достижение требуемых показателей точности профильного шлифования различными режимами и цик-

лами во всем многообразии топологических и геометрических исполнений цилиндрических колес;

-имитационную модель цикла профильного зубошлифования, позволяющую прогнозировать исход финишной операции при возмущениях процесса, исключать брак и совершенствовать структуру техпроцесса изготовления колеса.

5. Теоретически обоснована и практически доказана возможность обеспечения прецизионной точности винтовых зубьев цилиндрических колес профильным методом. Обоснован комплекс технических условий и требований к оборудованию, обеспечивающий заданную точность зубошлифования колес профильным методом с учетом кинематических, упругих и энергетических характеристик станочной системы. Адекватность разработанных методик и моделей подтверждена имитационными экспериментами и данными натурных испытаний серийных образцов зубошлифовального оборудования, данными технологических процессов изготовления колес в железнодорожном машиностроении, станкостроении и других высокотехнологичных отраслях промышленности.

6. Результаты исследований внедрены в отечественное производство крупномодульных зубчатых колес и при создании инновационного зубошлифовального оборудования, способного реализовать профильную технологию цилиндрических колес с винтовыми и прямыми зубьями, что подтверждено соответствующими актами. Разработанные с участием автора инновационные станки для профильного зубошлифования поставлены на станкозавод «Саста», Мытищинский завод «Метровагонмаш», Московский локомотиворемонтный завод, ОАО «Пензадизельмаш». В результате решена важная производственная проблема обеспечения точности профильного шлифования цилиндрических колес с винтовыми зубьями, что позволяет достигать требуемых качественных показателей крупномодульных колес при наименьших затратах материальных и человеческих ресурсов.

7. Результаты работы представлены в виде методологического и программного обеспечения, практических рекомендаций по обеспечению точности колес профильным шлифованием цилиндрических колес и оборудования для него, использующегося в ЗАО «ТЕХОС», ЗАО «ЕЗСК», ЗАО «Саста», ООО «Самоточка», а также и при подготовке высококвалифицированных специалистов МГТУ «Станкин». Разработанные методики позволили предложить новое конструктивное решение компоновки профилешлифовального станка, защищенное авторским свидетельством №183.91.25, использованное в ООО «Самоточка» при разработке новой гаммы зубошлифовальных станков мод. СК800...1800, работающих профильным кругом, и при модернизации станка мод.5А868С. Программная реализация комплекса моделей и алгоритмов, зарегистрированная в государственном реестре программ для ЭВМ Роспатента (№ 2008.615.662, № 2009.611.962. ..965), сокращает сроки и повышает качество технической подготовки производства и наладок станка. Применение в реальном производстве сформированной методологии, моделей, алгоритмов и разработанного на этой основе зубошлифовального оборудования обеспечивает достижение требуемой точности изготовления крупномодульных колес профильным шлифованием, используя отечественные технологические компоненты, и тем самым устраняет импортозависимость российского машиностроения в области прецизионной зубообработки.

Основные научные положения и результаты диссертации изложены в следующих 30 работах из общего количества 52 публикаций:

Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Макаров В.М. Критерий оценки качества компоновки металлорежущего станка /

B.К.Старостин, В.М. Макаров // Станки и инструмент. 1987. № 4. С.8-9.

2. Макаров В.М. Метод оценки компоновки шлицешлифовального станка / И.И. Давыдов, В.К. Ермолаев, В.М. Макаров и др. // Станки а инструмент. 1991. № 7. С.9-13.

3. Макаров В.М. Повышение производительности шлицешлифования на станке для двусторонней обработки / А.В.Чурилин, В.К. Ермолаев, В.М. Макаров // СТИН. 1997. №5.

C.14-18.

4. Макаров В.М. Исследование деформированного состояния сборного режущего инструмента / В.А. Гречишников, C.B. Лукина, В.М. Макаров и др. // СТИН. 2001. № 12. С.3-5.

5. Макаров В.М. Модель точности формообразования на зубошлифовальном станке / В.М. Макаров И СТИН. 2004. №8.С.8-13.

6. Макаров В.М. Совершенствование зубообрабатывающих станков на основе меха-тронной организации их кинематических структур / В.М. Макаров // МАУ (Мехатроника, автоматизация и управление). 2005. №10. С. 38-45.

7. Макаров В.М. Модель оценки точности станка на ранних этапах проектирования /

B.М. Макаров // Инженерный журнал: справочник. 2005. № 8. С.53-57.

8. Макаров В.М. Сравнительная оценка вариантов компоновки рейкошлифовального станка / В.М. Макаров // Инженерный журнал: справочник. 2005. № 8. С.57-62.

9. Макаров В.М. Направленное формирование характеристик точности зубошлифо-вальных станков / В.М. Макаров // СТИН. 2005. № 10. С. 38-45.

10. Макаров В.М. Модель формообразования зубчатых поверхностей абразивным инструментом / В.М. Макаров // Известия ТулГУ. Выпуск 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С.57- 60.

11. Макаров В.М. Оценка эффективности формообразования зубчатых поверхностей абразивным инструментом / В.М. Макаров // Известия ТулГУ. Выпуск 2. Тула: Изд-во ТулГУ.

2007. С. 60-64.

12. Макаров В.М. Математическая модель схемы формообразования винтовой поверхности профильным абразивным инструментом / В.М. Макаров, К.А. Чернышев // СТИН.

2008. №7. С.2-5.

13. Макаров В.М. Имитационный синтез инструментальной поверхности дискового круга при профильном зубошлифовании / В.М. Макаров, А.С. Костерин // СТИН. 2008. №8.

C. 13-17.

14. Макаров В.М. Модель управления точностью формообразования геликоидных поверхностей при проектировании станочной системы / В.М. Макаров // СТИН. 2008. №12. С. 15-20.

15. Макаров В.М. Технологическое обеспечение точности зубчатых деталей на основе новых технологий и моделирования / В.М.Макаров, А.В.Чурилин, Г.К. Корендясев // Технология машиностроения. 2009. №7. С.27-31.

Статьи и материалы конференций, опубликованные е других научных изданиях

16. А.с. № 183.91.25 СССР. Станок для шлифования зубчатых изделий /

B.К.Ермолаев, И.И. Давыдов, В.М.Макаров, В.И.Сутормин. 1990 г.

17. Макаров В.М. Основные направления совершенствования прецизионных зубообрабатывающих станков / В.М.Макаров // Конструкгорско-технологаческая информатика: сб. трудов 5-го Мезкдунар. конгресса «КТИ-2005». М.: МГТУ «Станкин», 2005. С.123-127.

18. Макаров В.М. Двустороннее шлифование шлицевых валов/ В.М.Макаров // Сб. трудов II Мезкдунар. науч.-техн. конф. Тюмень: Изд-во ТПУ, 2005. С.123-124.

19. Макаров В.М. Геометрическое моделирование зубчатых поверхностей /В.М.Макаров // Сб. трудов II Междунар. науч.-техн. конф. Тюмень: Изд-во ТПУ, 2005.

C.125-126.

20. Макаров В.М. Направленное формирование структуры зубообрабатывающей системы по критерию эффективности / В.М.Макаров // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: сб. науч. трудов Мезкдунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. Липецк: ЛГТУ, 2006. С. 158-161.

21. Макаров В.М. Моделирование формообразования сложных поверхностей абразивным инструментом / В.М.Макаров // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: сб. науч. трудов Мезкдунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. Липецк: ЛГТУ, 2006. С. 162-164.

22. Макаров В.М. Компактность станочных конструкций / В.М. Макаров // Сб. докладов X науч. конф. МГТУ «Станкин» и Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН по математическому моделированию и информатике. М.: Янус-К, ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2007. С.212-214.

23. Макаров В.М. Автоматизация профилирования дискового круга при шлифовании винтовых зубьев / В.М.Макаров А.С.Костерин // Инструментальные системы машиностроительных производств: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2008. С.94-96.

24. Макаров В.М. Идентификация инструментальной поверхности/ А.С.Костерин, В.М.Макаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, № 2008.615.662.2008 г.

25. Макаров В.М. Повышение эффективности абразивной обработки винтовых зубьев / В.М.Макаров // Инструментальные системы машиностроительных производств: сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2008. С.92-93.

26. Макаров В.М. РЕ-метод «проектировщик-система» / В.М.Макаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611. 962. ОБПБТ, № 3 (68), 2009.

27. Макаров В.М. Эллипсоид погрешности формообразования / В.М.Макаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.963. ОБПБТ, № 3 (68), 2009.

28. Макаров В.М. Структурный синтез средств механообработки / В.М. Макаров // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.964. ОБПБТ, № 3 (68), 2009.

29. Макаров В.М. Имитационное моделирование зубообразующего формообразования цилиндрических колес абразивным инструментом / В.М.Макаров, А.С.Костерин // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе: сб. докл. 7-й Всерос. науч.-практ. конф. Новосибирск, 2009. С.26-28.

30. Макаров В.М. Повышение эффективности абразивной зубообработки на основе профильной технологии и решение проблемы ее внедрения / В.М. Макаров // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе: сб. докл. 7-й Всерос. науч.-практ. конф. Новосибирск, 2009. С. 60-63.

обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес на основе имитационного моделирования

МАКАРОВ Владимир Михайлович

Автореферат

Корректор О.А.Панина

Подписано в печать 26.01.10

Бум.офсег.

Тираж 100 экз.

Усл.печ.л. 2,0 Заказ 2-1

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд.л. 2,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, г.Саратов, ул.Политехническая, 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ разновидностей зубчатых колес и форм рабочих поверхностей зубьев.

1.2.Типовой технологический процесс изготовления цилиндрических колес и назначаемые припуски.

1.3.Анализ методов и способов зубошлифования.

1 АПоказатели качества изготовления зубчатых колес и погрешности шлифования зубьев.

1.5.Применяемый при зубошлифовании абразивный инструмент, его износ и правка.

1.6.Особенности технологии профильного зубошлифования.

1.7.Анализ требований к зубошлифовалыюму оборудованию. 80 1.8.Области рационального использования способов зубошлифования.

1.9.Обзор инструментов моделирования и анализа зубообразующих процессов, имеющих пространственную схему формообразования.

1 ЛО.Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ И СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО

ЗУБОШЛИФОВАНИЯ.

2.1 .Разработка структуры технического задания на операцию зубошлифования.

2.2. Анализ условий обеспечения точности цилиндрического колеса в технологическом цикле его изготовления.

2.3.Формирование системы факторов, определяющих выбор метода шлифования зубьев колес.

2.4.Совершенствование технологического процесса изготовления цилиндрических колес на основе профильного метода.

2.5.Формирование структуры системы обеспечения точности профильного шлифования зубьев косозубых колес.

2.6. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ПОГРЕШНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШ ЛИФОВ АНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС.

3.1.Структура погрешностей формообразования винтовых поверхностей абразивным инструментом.

3.2.Математическое моделирование точности шлифования винтовых зубьев профильным кругом.

3.3.Модель точности формообразования винтовых поверхностей на основе эллипсоида погрешности.

3.4.Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МОДЕЛЕЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ТОЧНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ НА ЭТАПАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ.

4.1.Идентификация инструментальной поверхности профильного круга при шлифовании винтовых зубьев.

4.2. Обеспечение точности правки профильного круга.

4.3.Формирование оптимальных параметров схемы профильного шлифования винтовых зубьев.

4.4.Обеспечение точности винтового движения при бесцентроидном огибании зубьев профильным кругом.

4.5.Моделирование параметров наладки станка.

4.6.Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПРИПУСКА С ПОКАЗАТЕЛЯМИ ТОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОЛЕСА ПРИ ПРОФИЛЬНОМ ШЛИФОВАНИИ ЗУБЬЕВ.

5.1. Формирование взаимосвязей припуска с параметрами шлифования и нормами точности изготовления цилиндрического колеса.

5.1.1. Распределение припуска по зубьям заготовки в круговом цикле при наладке станка.

5.2.Модели идентификации параметров наладки станка с учетом разности их координатных исчислений и нормативов.

5.3.Формирование припуска под зубошлифование и условия обеспечения точности профильного шлифования.

5.4.Выводы по главе 5.

ГЛАВА б. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТНОГО СИНТЕЗА ХАРАКТЕРИСТИК ЗУБОШЛИФОВАЛЬНОЙ СТАНОЧНОЙ СИСТЕМЫ.

6.1. Выбор технологических компонентов и их синтез в систему на операции зубошлифования.

6.2. Разработка методов и средств управления точностью зубошлифовального станка при проектировании.

6.3. Параметризации конструкции зубошлифовального станка на основе математического и имитационного моделирования.

6.4.Формирование характеристик работоспособности проектируемого оборудования в среде их синтеза.

6.5. Конструктивная компактность как показатель эффективного проектирования зубошпифовальных станочных систем.

6.6.Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ АБРАЗИВНОЙ ЗУБООБРАБОТКИ И МЕТОДОЛОГИИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ.

7.1.Формирование концепции имитационного моделирования профильного зубошлифования.

7.2.Разработка имитационной модели цикла шлифования.

7.3.Формирование основных положений теории абразивной зубообработки.

7.4.Результаты внедрения в производство разработанного комплекса методов обеспечения точности косозубых колес.

7.5. Выводы по главе 7.

Создание и внедрение прогрессивных технологий и оборудования при производстве зубчатых колес является необходимым условием развития важнейших фондообразующих отраслей отечественного машиностроения, авиационной и оборонной промышленности. Основные эксплуатационные параметры зубчатых колес определяются на финишной стадии технологического процесса их изготовления на операции шлифования зубьев. Зубошлифованием обеспечивается не только точность формы и качество рабочих поверхностей зубьев, но и точность их взаимного расположения по зубчатому венцу и относительно базирующего центрального отверстия колеса, и уровень требований по обеспечению норм точности лежит в микрометрическом диапазоне размеров.

Высокая эффективность реализации зубошлифовальной операции безусловно необходима из-за большой стоимости технологических средств и снижения себестоимости изготовления колес. В российской промышленности крупномодульные колеса с винтовыми зубьями шлифуются на неэффективных обкатных зубошлифовальных станках отечественного производства, цикл обработки которых длится часами. Повышают производительность финишной операции шлифования зубьев крупномодульных колес импортными технологиями и оборудованием. Устранение этой зависимости является приоритетным для высокотехнологичных отраслей российского машиностроения в целях обеспечения технологической безопасности государства.

Создание инновационных технологических средств зубошлифования, интегрирующих в себе высокий уровень прецизионности и производительности при шлифовании зубьев является актуальной задачей для отечественного машиностроения при изготовлении колес с модулем более 6 мм. Это возможно на базе новых высокоэффективных формообразующих технологий зубообработки. Самым производительным методом финишной отделки зубьев крупномодульных цилиндрических колес (с модулем более 6 мм) является профильное шлифование, применение которого позволяет комплексно решить задачу гармонизации взаимосвязанных технико-экономических показателей их изготовления. Этот метод является наукоемким, но практически не исследованным.

В отечественном машиностроении отсутствуют оборудование и технология, способные внедрить профильный метод в производство цилиндрических колес с винтовыми зубьями, что является практической производственной проблемой.

Вероятность брака при зубошлифовании высока из-за малых припусков на зубьях и больших погрешностях заготовки, поступающей на зубошлифование, получаемых после химико-термической обработки, предварительном зубонарезашш и отклонений взаимного расположения базовых поверхностей изготавливаемого колеса относительно венца, наследуемых на стадиях технологического процесса. Компенсировать эти погрешности на финишной операции шлифования зубчатого венца и достичь высоких показателей точности и качества поверхностей зубьев цилиндрического колеса можно лишь путем разработки научно-обоснованного комплекса технологических действий, выполняемых на различных стадиях производственного цикла, этапах подготовки операции, наладки станка и в процессе зубошлифования.

Достижение практической цели внедрения профильного зубошлифования в отечественное машиностроение сдерживается отсутствием научно-обоснованных методов обеспечения точности профильного шлифования зубьев цилиндрических косозубых колес, что является актуальной научной задачей. Решение этой задачи требует разработки теоретических основ профильного зубошлифования для формирования целостного представления о ее закономерностях, существенных связях и создания на этой основе системы обеспечения точности колес при шлифовании их зубьев профильным методом. При этом требуется применение современных инструментов компьютерно-графического, математического и имитационного моделирования, позволяющих выявлять взаимосвязи норм точности колес с параметрами пространственной схемы формообразования, погрешностями заготовки и величиной припуска на этапах технической подготовки производства и наладки станка.

Целью работы является обеспечение точности профильного зубошлифования цилиндрических колес с винтовыми зубьями путем выявления и формализации взаимосвязей показателей точности колес с параметрами схемы и режима шлифования зубьев профильным кругом на стадиях технической подготовки производства и наладки станка.

Объект исследования - операция зубошлифования и средства ее оснащения во взаимосвязи с технологическим процессом изготовления цилиндрического колеса.

Предмет разработки - методы, интеллектуальные продукты и средства технологического обеспечения точности цилиндрических колес с винтовыми зубьями профильным шлифованием зубьев.

Научная новизна заключается в решении актуальной научной проблемы обеспечения точности шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес методом бесцентроидного огибания профильным кругом. Решение этой проблемы состоит в:

- выявлении и формализации взаимосвязей норм точности зубчатого колеса с параметрами схемы шлифования и технологического процесса, позволяющих устанавливать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для недопущения брака при зубошлифовании профильным методом;

- развитии теории бесцентроидного огибания криволинейных винтовых поверхностей, обосновании технологических параметров шлифования зубьев крупномодульных цилиндрических колес как методологической основы управления точностью и направленного формирования параметров элементов технологической системы профильного шлифования;

- имитационном моделировании профильного шлифования как основы выбора оптимальных технологических, конструктивных и эксплуатационных параметров схемы формообразования и элементов технологической системы, обеспечивающих достижение 3.5 степени точности крупномодульных цилиндрических колес и повышение производительности шлифования в 3,5.4 раза.

На защиту выносятся: 1 .Методология моделирования зубообразующих технологических процессов абразивным инструментом по критерию точности зубчатых колес.

2. Модели взаимосвязей показателей точности цилиндрического колеса с наследуемой погрешностью заготовки, поступающей на финишную операцию, припуском на зубьях и технологическими параметрами схемы профильного зубошлифования.

3.Комплекс моделей обеспечения и управления точностью профильного зубошлифования цилиндрических колес с винтовыми зубьями. Модель допустимой области существования вектора погрешности формообразования при обработке винтовых поверхностей.

4.Методика наладки станка, базирования и закрепления заготовки, позволяющая достичь заданной точности цилиндрического колеса профильным методом.

5.Обоснование требований к технологическим компонентам абразивной зубообработки и принцип объединения их в систему по критерию эффективности. б.Методика формирования характеристик станочной системы, обеспечивающих требуемый уровень точности и качества профильного шлифования поверхности винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес.

7.0сновные положения имитационного моделирования профильного зубошлифования.

Основные термины и определения

Методы обеспечения включают комплекс мер, определяющих условия, параметры схемы обработки и режимов, при которых применение профильной технологии при зубошлифовании технически и экономически обосновано и обеспечивает наибольшую эффективность при изготовлении крупномодульных цилиндрических колес с винтовыми зубьями.

Средства обеспечения выражены в программном обеспечении и технологическом оборудовании, характеристики и функциональные возможности которого во всем диапазоне геометрических параметров колес и возмущающих воздействий способны поддерживать требуемые режимы и условия обеспечения точности профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес, при которых достигаются заданные производственные показатели их изготовления.

Технологически!7 процесс изготовления зубчатого колеса рассматривается как внешняя среда для операции зубошлифования, поставляющей на вход заготовку с предварительно нарезанными зубьями, имеющими некоторый припуск по боковым сторонам зубьев. Параметры точности заготовки и величина припуска должны быть обоснованными и удовлетворять сформированным ограничениям, обеспечивающим прогнозируемый уровень возмущений процесса профильного зубошлифования и исключать брак.

Поверхностный анализ является разновидностью компьютерно-графического моделирования и средством выявления параметров и условий контактного взаимодействия сложнопрофильных поверхностей шлифовального круга и зубчатой заготовки инструментами трехмерной компьютерной С АО-среды.

Имитационное моделирование зубошлифования является разновидностью математического динамического моделирования и выражает комбинированную математическую и геометрическую симуляцию циклически изменяемых состояний взаимодействующих при профильном шлифовании компонентов с учетом процессов формообразования, деления и профилирования при действии кинетики и воздействий, задаваемых геометрически в компьютерной САБ-среде. По результатам сравнения моделей теоретического (невозмущенного) и прогнозируемого возмущенного состояния схемы формообразования зубьев цилиндрических колес абразивным инструментом профильным методом формируются оценки предполагаемых выходных показателей процесса и вероятность брака на операции зубошлифования при заданных параметрах точности заготовки и величине припуска на зубьях.

8. Результаты работы представлены в виде методологического и программного обеспечения, практических рекомендаций по обеспечению точности колес профильным шлифованием цилиндрических колес и оборудования для него, использующегося в ЗАО «ТЕХОС», ЗАО «ЕЗСК», ЗАО «САСТА», ООО «САМОТОЧКА», а также и при подготовке высококвалифицированных специалистов МГТУ «СТАНКИН». Разработанные методики позволили предложить новое конструктивное решение компоновки профильношлифовального станка, защищенное авторским свидетельством №183.91.25, использованное на ООО «САМОТОЧКА» при разработке новой гаммы зубошлифовальных станков мод. СК800.1800, работающих профильным кругом, и при модернизации станка мод.5А868С. Программная реализация комплекса моделей и алгоритмов, зарегистрированная в государственном реестре программ для ЭВМ Роспатента (№ 2008.615.662, № 2009.611.962.965) сокращает сроки и повышает качество технической подготовки производства и наладок станка. Применение в реальном производстве сформированной методологии, моделей, алгоритмов и разработанного на этой основе зубошлифовального оборудования обеспечивает достижение требуемой точности изготовления крупномодульных колес профильным шлифованием, используя отечественные технологические компоненты, и тем самым устраняет импортозависимость российского машиностроения в области прецизионной зубообработки.

1.Авиационные зубчатые передачи и редукторы: Справочник/ Под ред. Э. Б. Булгакова. М.: Машиностроение. 1981. -374 с.

2. Аверьянов О.И. Модульный принцип построения многооперациооных станков с ЧПУ для обработки корпусных деталей.- М., Машиностроение, 1987 г. 230 с.

3. Автоматизация проектирования: Сб. статей./ Под ред. В. А. Трапезникова. М.: Машиностроение, 1986. - 304 с.

4. Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи/ B.C. Полозов., O.A. Будеков, С.И. Ротков и др. М.: Машиностроение, 1983. - 280 с.

5. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении / Под общ. ред. Ю.М.Соломенцева и В.Г. Митрофанова. -М.: Машиностроение, 1986. 256 с.

6. Автоматизированное проектирование оптимальных наладок металлорежущих станков/А.М. Гильман, Г.В. Гостев, Ю.Б. Егоров, Ю.В.Ясаков. -М: Машиностроение, 1984 г. -168 с.

7. Автоматические станочные системы/ В.Э. Пуш, Р. Пигерт, B.JI. Сосонкин. М., Машиностроение, 1982 г. - 319 с.

8. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М: Наука, 1976.

9. Ачеркан Н.С. и др. Металлорежущие станки. Т.1 и 2. М., Машиностроение, 1965 г.

10. Бабошкин А.Ф. Теория и методы повышения эффективности шлифования абразивными лентами. Дис. д-ра техн. наук, СПб., 2005 г.

11. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. -М.: Машиностроение, 2001. 368 с.

12. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М., Машиностроение, 1966 г.

13. Бобров А.П. Разработка и исследование методов зубошлифования плоским кругом. Дисс.канд. техн. наук, М., 1983 г.

14. Боголюбов A.B. Анализ точности формообразования профиля зубчатых деталей абразивным червяком.- Станки и инструмент, №1, 1986 г.

15. Босинзон М.А. Теоретические основы, создание и исследование автоматизированных мехатронных модулей линейных и вращательныхперемещений металлообрабатывающих станков. Дисс.докт. техн. наук,М., 2002 г.

16. Бржозовский Б.М., A.A. Игнатьев, В.А. Добряков, В.В. Мартынов. Обеспечение точности обработки на автоматизированных прецизионных металлорежущих станках. М., ВНИИТЭМР, 1992 г. - 68 с.

17. Бушуев В.В., Налетов С.П. Тяжелые зубообрабатывающие станки. -М., Машиностроение, 1986 280 с.

18. Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник. М.: Машиностроение, 2006 г. - 448 с.

19. Васильев A.C. Направленное формирование качества изделий машиностроения в многосвязных технологических средах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2001.- 407 с.

20. Васильев В.Н., Садовская Т.Г. Организационно-экономические основы гибкого производства.- М.: Высшая школа, 1988.- 272 с.

21. Васильев Г.Н. Автоматизация проектирования металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1987 г. - 280 с.

22. Волков А.Э. Повышение эффективности моделирования процессов формообразования и анализ работы конических и гипоидных зубчатых передач на стадии подготовки производства. Дисс.докт. техн. наук, М., 2001 г.

23. Волков Д.И. Математическое моделирование и оптимизация процесса высокопроизводительного шлифования с учетом анализа устойчивости термомеханических явлений: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. Рыбинск, 1997. -33 с.

24. Воскресенский Л.А. Теоретическое и экспериментальное исследование системы адаптивного управления шлицешлифовального станка. Дисс.канд. техн. наук, М., 1974 г.

25. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков/ Основы компонетики /. -М.: Машиностроение., 1978 г. -208 с.

26. Гавриленко В.А. Основы теории эвольвентной зубчатой передачи. -М., Машиностроение, 1969г. 432 с.

27. Гинзбург Е.Г. Халебский Н.Т. Производство зубчатых колес.-Л.:сМашиностроение, 1978 г. -136с.

28. Глейзер Л.А. О сущности процесса шлифования: Дис. .докт. техн. наук.- М., Мосстанкин, 1956. -210с.

29. Глухарев Е.Г., Зубарев Н.И. Зубчатые соединения. Справочник.- Л., Машиностроение, 1983 г.- 270 с.

30. Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка. Вопросы металловедения и технологии. Л., Машиностроение, 1990 г.-239 с.

31. Горанский Г.К., Бендерева Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М.: Машиностроение, 1981 г., - 456 с.

32. ГОСТ 13150-79 " Станки зубошлифовальные горизонтальные для цилиндрических колес ".ГОСТ 13086-77Е " Станки зубошлифовальные с червячным кругом". ГОСТ 13134-82 " Станки шлицешлифовальные ".

33. ГОСТ 16532-70 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии». ГОСТ 1643-81 «Передачи цилиндрические зубчатые. Точность». ISO DIN 1328 95.

34. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 9 с.

35. Гришин В.М. Определение динамической характеристики процесса резания при шлифовании.- Дисс.канд. техн. наук, М., 1971 г.

36. Гулида Э.Н. Технология отделочных операций зубообработки цилиндрических колес.- Львов, Виша школа, 1977 г.

37. Давыдов И.И., Ермолаев В.К., Макаров В.М. и др. Метод оценки компоновки шлицешлифовального станка. Станки и инструмент, 1991 г., №7, с. 9-13.

38. Давыдов В.М., Кабалдин Ю.Г. Концептуальное проектирование мехатронных модулей механообработки. Владивосток: Дальнаука,2003 г.

39. Детали и механизмы металлорежущих станков / Под ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1972 г. т. 2. 520 с.

40. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход. -М.: Мир, 1981 г.-456 с.

41. Добронравов В.В. и др. Курс теоретической механики. М., Высшая школа. 1974 г. 528 с.

42. Дружинский И.А. Сложные поверхности: Математическое описание и технологическое обеспечение: Справочник.- Д.: Машиностроение, 1985 г. -263с.

43. Евстигнеев Ю.А. Исследование зубопрофилирующих механизмовзубошлифовальных станков, работающих по методу обкатки. Дисс.канд.техн. наук, М., 1955 г. 240 с.

44. Елисеев Ю.С. Технология авиационных зубчатых колес XXI века// Полет, 1998 №1, с.23-29.

45. Елисеев Ю.С., Нежурин И.П. Деформации и погрешности в зацеплении и их роль в работе зубчатой передачи. -Вестник машиностроения, №8, 1999 г. с.28-31.

46. Емельянов A.A. Имитационное моделирование в управлении рисками. СПб.: Инжэкон, 2000. - 376 с.

47. Емельянов A.A., Власова Е.А., Дума Р.В. Имитационное моделирование экономических процессов. М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

48. Ермолаев В.К. Повышение производительностишлицешлифовальных станков на основе глубинного шлифования. Дисс.канд. техн. наук, М., 1984 г.

49. Иванько В.Ю. Выбор компоновки зуборезного станка с ЧПУ и расчет конических колес с круговым зубом в автоматизированном режиме. -М., Дисс.канд. техн. наук, М., 1987 г.

50. Ивахненко А.Г. Повышение эффективности ранних стадий проектирования металлорежущих станков на основе структурного синтеза формообразующих систем. Дисс.докт. техн. наук, М., 1998 г.

51. Илюхин СТО. Каркасно-кинематический метод моделированияформообразования поверхностей дисковым инструментом. Дисс.докт.техн. наук, Тула, 2002 г.

52. Илюхин Ю.В. Создание высокоэффективных систем управления исполнительными движениями роботов и мехатронных устройств на основетехнологически обусловленного метода синтеза. М., Дисс.докт. техн.наук, М., 2001 г.

53. Калашников A.C. Технология изготовления зубчатых колес.-М.: Машиностроение, 2004 г. -480с.

54. Калашников С.Н., Калашников A.C. Зубчатые колеса и их изготовление. М.: Машиностроение, 1983 г. -264с.

55. Калинин Е.П., Якимов A.B., Хаплякова Т.Е. Оптимальные режимы зубошлифования колес с червячным абразивным кругом. Вестник машиностроения, 1967 г., № 7. - с.58-60.

56. Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью шлифования без прижогов с учетом затупления инструмента. Санкт-Петербург, «Политехника», 2009 г.

57. Каминская В.В., Левина З.М., Решетов Д.Н. Станины и корпусные детали металлорежущих станков. / Расчет и конструирование/. М.: Машгиз, 1960 г.-320 с.

58. Капанец Э.Ф., Кузьмич К.К., Прибыльский В.И., Тилигузов Г.В. Точность обработки при шлифовании / Под ред. П.И. Ящерицына. Мн.: Наука и техника, 1987. -152 с.

59. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение., 1976 г. -288 с.

60. Карабчиевский Л.П. Исследование статических и динамическихпогрешностей формообразования в зубошлифовальных станках. Дисс.канд. техн. наук, М., 1973 г.

61. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование. БХВ-Петербург, 2008 г. - 400с.

62. Качество изготовления зубчатых колес/А.В. Якимов, Л.П. Смирнов, Ю.А. Бояршинов и др. -М., Машиностроение, 1979г. -191 с.

63. К де Бор. Практическое руководство по сплайнам: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985.- 304 с.

64. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1978 г. 199 с.

65. Квейд Э. Анализ сложных систем. /Пер. с англ.- М.: Сов. радио, 1969.-520с.

66. Кирсанов Г.Н. Профилирование инструментов с винтовой исходной инструментальной поверхностью для обработки винтовых поверхностей — Вестник машиностроения, 1977, № 7, с. 54—57.

67. Кирсанов Г.Н. Проектирование методами винтов сложных инструментов для механообработки. Дисс. докт. техн. наук, М., 1985 г.

68. Клепиков В.В. Совершенствование процессов обработки зубчатыхколес за счет конструкторских и технологических параметров. Дисс.докт. техн. наук, М., 20001г.

69. Клир Дж. Системология. Автоматизация решений системных задач. Пер. с англ. М., Радио и связь. 1990г.- 544с.

70. Коган Г.Н. Отделка зубчатых колес. М., Машгиз, 1962 г. - 120 с.

71. Коганов И.А. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических колес/И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, E.H. Валиков. М.: Машиностроение, 1981.- 136 с.

72. Колтунов И.И. Повышение эффективности процесса шлифования внутренних криволинейных поверхностей колец самоустанавливающихся подшипников. Орел, Дисс.докт. техн. наук, М., 2007 г.

73. Комиссаров В.И., Леонтьев В.И. Точность, производительность и надежность в системе проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1984.- 224 с.

74. Косилова А.Г., Мещерякова Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. -М.: Машиностроение, 1976.- 288 с.

75. Кораблев А.И. Решетов Д.Н. Повышение несущей способности и долговечности зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1968.- 288 с.

76. Королев A.B. Исследование процесса образования поверхности инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1975. 189с.

77. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. -М., Машиностроение, 1974 г. 280 с.

78. Короткин В.И., Онишков Н.П. Зубчатые передачи Новикова: достигнутые результаты и пути дальнейшего развития. СТИН №1, 2007 г.

79. Краткий справочник металлиста/ Под общ. ред. П. Н. Орлова, Е.А. Скороходова. -М., Машиностроение, 1986 г. 960 с.

80. Кудинов В.А. Динамика станков.- М.,Машиностроение.1967.-358 с.

81. Кулик В.К., Педченко A.M. Упрощение расчетных схем механизмов при проектировании станков. Станки и инструмент, N 5, 1989 г. с.10.

82. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. Санкт-Петербург, изд-во Лань, 2008 г.

83. Ласточкин С.С. Проектирование дискового инструмента для винтовых поверхностей деталей в автоматизированном проектировании. -Дисс.канд. техн. наук, М., 1983 г.

84. Лашнев С.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ/ С.И. Лашнев, М.И. Юликов. М., Машиностроение, 1975 г. - 386 с.

85. Левин А.И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков. М., Машиностроение, 1978, -184с.

86. Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин.- М., Машиностроение, 1971 г. 263 с.

87. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. -М., Наука,1968 Г.-584 с.

88. Лорд И. А., Уилсон С. Б. Введение в дифференциальную геометрию и топологию. Математическое описание вида и формы: -Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003 г. -304 стр.

89. Лурье Г.Б. Вибрации при шлифовании. Станки и инструмент, 1959, N6, С.5- 10.

90. Люкшин B.C. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. М., Машиностроение, 1967 г.- 372с.

91. Макаров В.М. Модель управления точностью формообразования геликоидных поверхностей при проектировании станочной системы// СТИН, 2008 г., №12, с. 15-20.

92. Макаров В.М. Совершенствование зубообрабатывающих станков на основе мехатронной организации их кинематических структур // МАУ (Мехатроника, автоматизация и управление), № 10, 2005 г. стр. 38-45.

93. Макаров В.М. Направленное формирование характеристик точности зубошлифовальных станков //СТИН. № 10, 2005 г. с. 3 - 6.

94. Макаров В.М. Модель оценки точности станка на ранних этапах проектирования. Инженерный журнал: Справочник. 2005 г., № 8, с.53-57.

95. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. -М., Машиностроение, 1974, -319 с.Юб.Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем.- М., Мир, 1973 г. -344 с.

96. О.Митрофанов С.П. и др. Автоматизация технологической подготовки серийного производства. М.: Машиностроение, 1974 г., - 360 с.Ш.Михайлов О.П. Динамика электромеханического привода металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1989 г. -224с.

97. Многокритериальные задачи принятия решений. / Под ред. Д.М. Гвишиани и C.B. Емельянова.— М,: Машиностроение, 1978.- 192 с.

98. Мышкис А. Д. Элементы теории математических моделей. М.: КомКнига, 2007. - 192 с.

99. Научные основы прогрессивной технологии. /Г. И. Марчук, Л. Ю. Ишлинский, П. Н. Федосеев и др. М.: Машиностроение, 1982.

100. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью металлообработки. Л., Машиностроение, 1973. 176 с.Пб.Никулин М.В. Интенсификация разработки и эксплуатации систем принятия решений в области машиностроения. Дисс.к.т.н М, 2003 г.

101. Новиков А.Н. Современные прецизионные шлифовальные станки. М., Машиностроение, 1991. - 176 с.

102. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем.: Учебное пособие для втузов. -М., Высшая школа, 1986 г.-304 с.

103. Организация и проектирование систем автоматизации научно-технических экспериментов. Египко В.М.-Киев, Наукова Думка, 1978.-232 с.

104. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации,- М.: Наука, 1982.- 206 с.

105. Основы нормализации зубчатых колес/ М.Б. Громан и др. М, изд-во «Госстандарт», 1967г.

106. Петухов Ю.Е. Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства. Дисс. д.т.н., М, 2004 г.

107. Погораздов В.В. Повышение эффективности процессов формообразования геометрически сложных поверхностей на основе новых способов, схем резания и инструмента. Дисс. д.т.н., Саратов, 1999 г.

108. Подураев Ю.В., Кулешов B.C. Принципы построения и современные развития мехатронных систем// Мехатроника, 2000.- №1.- с.5

109. Позняк Э.Г., Шикин Е.В.Дифференциальная геометрия.- М., Изд-во МГУ, 1990 г.- 384 с.

110. Производство высокоскоростных зубчатых колес средних модулей. A.A. Зорохович, Н.М. Остров. М., Машиностроение, 1968 г.-227с.

111. Производство зубчатых колес: Справочник под ред. Б.А. Тайца. -М., Машгиз, 1963г.- 683с.

112. Проников A.C. Расчет и конструирование металлорежущих станков. -М.3 Высшая школа, 1968г.- 431с.

113. Радзевич С.И. Прогрессивные- технологические процессы обработки деталей сложной формы. -М., ВНИИТЭМР, 1988 г. (Технология, оборудование, орг. и экономика машиностроительного пр-ва).

114. Расчет точности машин и приборов/ В.П. Булатов, И.Г. Фридлендер, А.П. Баталов и др. СПб.: политехника, 1993 г. -495 с.

115. Рахчеев В.Г. Шлифование сложнопрофильных поверхностей прецизионных деталей // Автоматизация и современные технологии. 2000. №12. с.4-13.

116. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1986 г. 336 с.

117. Розенберг В.Я. Метод эволюции пространства состояний в теории точности измерительных систем. Дисс.д.т.н., М.,ВНИИФТРИ, 1973 г.

118. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.

119. Рябихин С.И. Сравнительный анализ динамических характеристик зубофрезерных станков разных компоновок.- Дисс.канд. техн. наук, М.,1985г.

120. Свирщев В.И. Технологические основы и обеспечение динамической стабилизации процессов шлифования: Дис. доктора техн. наук/Ижевский государственный технический университет (ИжГТУ).1997 г.

121. Семиколенных В.В. Интенсификация процесса глубинного шлифования деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе путем увеличения скорости резания. Дисс. канд. техн. наук, Пермь, 2003 г.

122. Сильвестров Б.Н. Зубошлифовальные работы. М.: Высшая школа, 1985г.

123. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник. Под ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. М., Высшая школа, 2004 - 616 с.

124. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. Под редакцией С.Н. Корчака. М.Машиностроение, 1988. - 352 с.

125. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М., Наука, 1981г.,-111 с.

126. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей /А.Г.Братухин, Г.К.Язов, Б.Е.Карасев и др. М.: Машиностроение. 1997 г.-412 с.

127. Солодухин H.H. Разработка и внедрение технологии изготовлениязубчатых колес профильным глубинным шлифованием. Дисс.канд. техн.наук, М., 2004 г.

128. Соломенцев Ю.М., Волкова Г.Д. Тенденции развития и направления исследований в области информатики.// Производственно-технический журнал «Машиностроение», №6, 2000, с. 22-24.

129. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании металлорежущего оборудования.- М.: ВНИИТЭМР, 1985.- 60 с.

130. Соломенцев Ю.М., Павлов В.В. Моделирование технологической среды машиностроения// М.: МГТУ»Станкин», 1994, -104 с.

131. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. М., Наука, Главредфизматлит. 1984 г.- 874с.

132. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 /под ред. А.Г.Косиловой и Р.К. Мещерякова.- М.: Машиностроение, 1985 г.

133. Справочник по технологии резания материалов т.2 /под ред. Г. Шпура / М.,Машиностроение,1985 г.

134. Станкевич JI.A. Интеллектуальные технологии и представление знаний. Интеллектуальные системы СПб: Изд-во СПбГТУ, 2000.

135. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. М., Машиностроение, 2007 г. 580 с.

136. Старостин В.К., Макаров В.М. Критерий оценки качества компоновки металлорежущего станка.- Станки и инструмент, №4, 1987 г., с.8-9.

137. Старостин В.К. Разработка и исследование основных механизмовзубошлифовального станка высокой точности. Дисс.канд. техн. наук,М., 1973 г.

138. Степанов Ю.С., Анохин О.Н., Сотников В.И., Самойлов H.H. Расчет профиля шлифовального круга для обработки ведущего винта трехвинтового насоса с циклоидальным зацеплением. Инженерный журнал: Справочник. 2006, № 1, с. 14. 15.

139. Степанов Ю.С., Шадрин И.Ф., Поляков А.И. Имитационное моделирование процесса внутреннего шлифования сборным комбинированным инструментом. Инженерный журнал: Справочник. 2007г., №6, С.21.23.

140. Судов Е.В. Модели, методы и средства управления и интегрированной информационной поддержки процессов жизненного цикла наукоемкой продукции. Дисс. докт. техн. наук, М., 2004 г.

141. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. М., Машиностроение. 1972 г. -367 с.

142. Тарзиманов Г.А. Проектирование металлорежущих станков. 3-е изд. М.,Машиностроение, 1980 г. - 280 с.

143. Технология изготовления точных цилиндрических зубчатых колес. В.И. Голиков. М., Машиностроение, 1968. 162 с.

144. Технология системного моделирования/Е.Ф.Аврамчук, А.А.Вавилов, C.B. Емельянов и др. М.: Машиностроение, Берлин: Техник, 1988 г. -520с.

145. Технология термической обработки. Лейпциг, 1976 г. Пер. с нем. М„ Металлургия, 1981 г.- 608 с.

146. Толстов K.M. Выбор конструкций станков на основе оценки их компактности. Дисс. канд. техн. наук, М., 1998 г.

147. Тот И. Изыскание путей повышения точности зубошлифовальныхстанков, работающих абразивным червяком. Дисс.канд. техн. наук, М.,1979 г.

148. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. А.Н. Гаврилова. М., Машиностроение, 1972 Г.-567 с.

149. Уайлд Д. Оптимальное проектирование,-М.,Мир, 1981г.,-271 с.

150. Фатеев Г.М. Изыскание путей повышения точности и производительности зубошлифовальных станков, работающих тарельчатыми кругами. Дисс.канд. техн. наук, М., 1977 г.

151. Федотенок A.A. Кинематическая структура металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1970 г.- 407 с.

152. Филин А.Н. Оценка точности профиля при врезном шлифовании. -Станки и инструмент, N 8, 1984 г., с.23.

153. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М., Физтехматгиз, т.1, 2001 г. - 680 с.173 .Хомяков B.C. Параметрическая оптимизация станков как динамических обьектов. Дисс.доктора техн. наук, М., 1985 г.

154. Худобин JI.B. Исследование процесса шлифования с целью повышения его эффективности: Автор. дис.докт.техн.наук.- М.,1964- 56с.

155. Часовников Л. Д. Передачи зацеплением. М.: Машиностроение, 1969.-488 с.

156. Чепенко В.Л. Повышение точности универсальных резьбошлифовальных станков на основе улучшения их динамических характеристик. М., Дисс.канд. техн. наук, М., 1986 г.

157. Шевелева Г.И. Теория формообразования и контакта движущихся тел: Монография. -М.: Издательство «Станкин», 1999. 494 с.

158. Шеннон P.E. Имитационное моделирование систем: наука и искусство. М: Мир, 1978. - 420с.

159. Шептунов С.А. Построение автоматизированного производства на основе структурно-функциональных моделей процесса создания изделия. М., Дисс.докт. техн. наук, 2004 г.

160. Эльянов В.Д. Точность и качество поверхности при обработке абразивными инструментами. М.: Машиностроение, 1977. — 48с.

161. Юнусов Ф.С., Чемборисов H.A., Петров С.М. Компьютерная модель процесса обработки винтовой поверхности детали дисковым инструментом //Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 1996. - № 4. - С. 13-17.

162. Якимов A.B. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей. -М, Машиностроение, 1984 -312с.

163. Якимов A.B. Оптимизация процесса шлифования. -М.: Машиностроение, 1975 г.- 176 с.

164. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1966. 384с.

165. ISO-1328 Международный стандарт «Цилиндрические зубчатые колеса» 1995 (ч.1), 1997 г. (ч.2)

166. Yoshimura М. Analisis of the Evaluative Parameters for static and Vibrational Characteristics at the Fundamental Desing Stage of Machine Tool Structures // Bulletin of JSPE. 1982.-Vol.16. -N 4. - P.237-242.

167. Jnasaki J. Ratterschwingungen beim Aubenrund-Einstechschleifen. Werkstatt und Betrieb, 1975, Bd.108, N 6, S.341 - 346.

168. Giwerzew A. Abrasive Zahnflankenhartfeinbearbeitung mit niedriger Schnittgeschwindigkeit Technologische Grundlagen. Seminar, München, 21 -22.03.2001.191 .Reishauer каталог фирмы

169. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике/ Алямовский A.A., Собачкин A.A., Одинцов Е.В. и др.- СПб.;БХВ-Петербург, 2007.- 800 с.

170. W.Thyssen, U.Kruger, Entwicklungstendendensen der Fertigungstechnik bei der Zahnradfertigung// Fertigungstechnik und Betrieb. -1989,v.39,N9.-s.518-522

171. Sotiropoulos N. The Evolution of Grinding Machine Designs and a Look into the Next Generation. Abrasives Mag/ June/July. Pp. 8. 10, 1998

172. Yoshida К. Effects of Mounting Numbers of Surface Grinding Machine on Their Rocking Mode Vibrations. Abrasives Mag/ June/July. Pp. 21.23,2000 r.

173. Lierse Т., Kaiser M.:Abrichten von Schleifwerkzeugen fur die Verzahnung. IDR35, Nr.4, 2001, s. 281.290

174. Marinescu loan D., W.Brian Rowe, Boris Dimitrov, Ichiro Inasaki, F. Klocke, M.Hitchiner, E.Uhlmann. Tribology of abrasive machining processes/ loan D. Marinescu, 2004 r. Library Catalog Card Number: 2004002376

175. Tanaka S., Yamada Т., Hattori N., Ogata K. Influence of patch errors on surface failure of spur gears // Proc. Int. Conf. Motion and Power Transmissions. Hiroshima. Nov. 23-26, 1991.

176. Каталоги фирмы Hefler, Oerlikon GmbH200201. Каталоги фирмы Gliason-Pfauter, Pfauter-Hurth, Holroyd202204. Каталоги фирм Kapp-Nilles, Samputensili, Blohm GMB

177. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2008.615.662 от 27.11.2008 г. Идентификация инструментальной поверхности (ИИП). Макаров В.М., Костерин А.С.

178. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.962 от 17.04.2009 г. РЕ-метод «проектировщик-система». Макаров В.М. ОБПБТ, № 3 (68), 2009.

179. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.963 от 17.04.2009 г. Эллипсоид погрешности формообразования. Макаров В.М. ОБПБТ, № 3 (68), 2009.

180. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.964 от 17.04.2009 г. Структурный синтез средств механообработки. Макаров В.М. ОБПБТ , № 3 (68), 2009.

181. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Роспатента № 2009.611.965 от 17.04.2009 г. Оптимизация круговой разноприпускности зубчатой заготовки. Макаров В.М., Кузичев А.А. -ОБПБТ, № 3 (68), 2009.