автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности профильного зубошлифования цилиндрических колес путем расчета параметров статической наладки станка

ДЕКОПОЛИТОВ МИХАИЛ ИГОРЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС ПУТЕМ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СТАТИЧЕСКОЙ НАЛАДКИ СТАНКА

Специальность

05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической

обработки» 05.02.08 - «Технология машиностроения»

1 5 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011

005006045

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН») на кафедре «Станки»

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Макаров Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тимирязев Владимир Анатольевич

кандидат технических наук Ермолаев Вадим Константинович

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО МГТУ «МАМИ», г. Москва

Защита диссертации состоится « а/» декабря 2011г. в /О часов мин. на заседании диссертационного совета Д 212.142.01 в ФГБОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127944, г. Москва, ГСП-4, Вадковский переулок, д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московского государственного технологического университета «СТАНКИН»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения (организации), высылать по указанному адресу в диссертационный совет Д 212.142.01.

Автореферат разослан « Збъ ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Волосова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Зубошлифование является финишной операцией формирования конечных параметров изготавливаемого зубчатого колеса. Операция шлифования зубьев занимает большой удельный вес по времени и затратам в производственном цикле изготовления колеса, являясь самой дорогой и длительной. Сокращение времени производственного цикла изготовления прецизионных зубчатых колес и минимальные затраты способствуют ресурсосбережению производства. Эффективное зубошлифование быстро окупает дорогостоящее оборудование и средства его оснащения, удовлетворяя требования качества и точности. Поэтому производственная проблема повышения эффективности операции зубошлифования является актуальной.

Эффективность операции зависит от величины припуска на зубьях и точности заготовки, поступающей на зубошлифование. Деформации зубьев и коробление венца, его геометрический и кинематический эксцентриситеты являются главными причинами, приводящими к нехватке припуска в круговом цикле зубошлифования и, как следствие, браку. Время цикла зубошлифования полностью зависит от величины припуска. Важно не только разбить припуск по черновым и чистовым проходам, но и его правильно распределить в круговом цикле по зубьям. Это выполнятся при наладке станка. Малость припусков на зубьях (десятые доли мм), прецизионность требований и сложная топология обрабатываемых поверхностей зубчатого колеса делает задачу наладки станка для профильного зубошлифования наукоемкой. Основным управляемым параметром профильного зубошлифования является радиальное врезание круга в заготовку, при котором требуется обеспечить геометрию колеса, исчисляемую разнокоординатно, что обусловливает необходимость пересчета станочных параметров наладки в параметры заготовки и припуска.

Мехатронный зубошлифовальный станок, работающий профильным кругом, имеет сложную формообразующую кинематику, что исключает ручное управление, поэтому автоматизация его работы с помощью системы ЧПУ базируется на научно-обоснованных решениях, оптимально реализующих взаимосвязи входных параметров заготовки с выходными параметрами колеса и показателями эффективности процесса. В основе этих взаимосвязей лежит припуск на зубьях заготовки, что делает актуальной научную задачу формализации алгоритмов наладки станка и выбора оптимальных параметров цикла зубошлифования по критерию эффективности.

Целью работы является повышение эффективности профильного шлифования цилиндрических колес на основе расчета оптимальных параметров статической наладки станка путем формализации и алгоритмизации взаимосвязей припуска с нормативами точности шлифуемых колес и показателями операции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить взаимосвязи припуска, параметров наладки станка с выходными показателями профильного зубошлифования.

2. Сформировать критерий эффективности операции шлифования зубьев цилиндрических колес профильным методом.

3. Разработать модели расчета параметров статической наладки зубошлифовального станка по критерию эффективности и алгоритмы их практической реализации.

4. Программно реализовать эффективный алгоритм наладки в системе управления станком для расчета оптимальных параметров профильного зубошлифования и автоматизации работы станка.

5. Внедрить результаты исследований в производство колес и при создании мехатронного зубошлифовального оборудования.

Научная новизна заключается в:

• установленных и формализованных взаимосвязях параметров статической наладки станка с припуском, погрешностью профиля зубьев и длиной общей нормали шлифуемого колеса, выходными показателями операции;

• разработанных моделях и алгоритмах, позволяющих формировать наладочные параметры, ограничивать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для обеспечения требуемой точности и минимизации времени цикла зубошлифования профильным методом;

• формализации методики расчета параметров статической наладки зубошлифовального станка, работающего профильным кругом, по критерию эффективности.

Практическая ценность и реализация результатов работы состоят в:

• алгоритмах расчета параметров статической наладки, позволяющих определять оптимальные параметры профильного шлифования по критерию эффективности, распределять припуск для исключения брака и минимизации времени цикла обработки;

• практических рекомендациях по выбору параметров зубошлифования профильным методом при изготовлении прецизионных цилиндрических колес;

• методике базирования и закрепления заготовки при наладке станка, позволяющей достичь заданной точности цилиндрических колес профильным методом, повысить эффективность операции и исключить брак;

• разработанном программном обеспечении системы управления мехатронного станка для автоматизации стадии статической наладки станка на операции зубошлифования цилиндрических колес профильным методом.

Методы исследования. В работе были применены основные положения теории базирования, теории систем, теории конструкции и оптимизации, теории множеств, а также технологии машиностроения, теории зацеплений, метрологии, теоретической механики, теории механизмов и машин, численно-аналитических методов вычислительной математики и программирования, дифференциальной геометрии и интегрального исчисления, основ математической теории эксперимента. Достоверность научных выводов обеспечивается согласованием расчетных и экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» г. Севастополь; 2010г.; 1-ой Международной научно-практической конференции «Инновации в

машиностроении» г. Бийск, 2010г.; XIII научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» -ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике: Сборник докладов. - М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2010г.; 3-я научно-образовательная конференция «Ммшиностроение - традиции и инновации (МТИ2010) МГТУ «Станкин», 2010г.; 9-й Всероссийская научно-практическая конференция "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", г. Новосибирск; 3-ей Международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» г. Брянск, 2011г..

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Станки» и «Технология машиностроения» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатные работы, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 129 наименований и 3-х приложений. Материал изложен на 198 страницах, содержит 95 рисунков и 21 таблицу. Общий объем работы 214 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована конечная цель исследования и раскрываются научная новизна, практическая ценность и область применения результатов работы.

Первая глава посвящена методам и средствам повышения эффективности операции шлифования зубьев цилиндрических колес. По теме диссертации был проведен обзор литературных данных. В развитие прецизионной зубообработки существенный вклад внесли Бобров А.П., Воскресенский Л.А., Евстигнеев Ю.А., Ермолаев В.К., Калашников A.C., Калинин Е.П., Карабчиевский Л.П., Макаров В.М., Овумян Г.Г., Селивестров Б.Н., Старков В.К., Старостин В.К., Фатеев Г.М., Якимов A.B. и другие ученые. В литературе отсутствуют данные по наладкам зубошлифовальных станков работающих профильным кругом.

Многокритериальность требований к операции зубошлифования проявляется в ее прецизионности, большой трудоемкости, долговременности и высокой себестоимости. Зубошлифование требует квалифицированной технологической подготовки и особенно на препроцессных стадиях реализации ее цикла (наладки). Это обусловлено тем, что проект техпроцесса и операции не может учесть все множество внешних и внутренних технологических факторов, влияющих на положительный исход этой операции, исходя из фактических состояний и возможностей технологических компонентов (инструмента, заготовки, станка, специальной измерительной оснастки).

Входные д*наые

- припуск и его шминшыше параметры колеса;

-- качество поверхности;

- серийность (гартия);

ДЯЙНЫО о наследуемых.

погрешностях заготовки:

Гя

Входной мониторинг заготовок

Авгомзшииня

цикла зубошлмфовзнни

Наладка станка

(установка загорюет, припуск)

Технология

(схема форм-», инструмент,

I

Цикл туботлнфовапна

{фирм та. праща, деление)

Вмходаыс параметры:

1. Аа угол коррекции распределения припуска в 2я (лостато«тость припуска)

2. АЛ- панопно исчисляемый

припуск (ДК+ЛЛ^^ЛА.«,); Лн-межасптроаае расстояние 1 К;сю{щйнагь( состояний круга (»олжлуррфнльтютп йшжта ЛЬ)

4. Тактика съема припуска {1 число ирихозо» и К; на каждом );

5. Усдойия ойсс1тсчсиия точное»^ в абсолютных координатах:

(¡V* Н». Кс) Д1.) • ююраииаты КППШК йниииа цикл»)

Выходные параметры: -угол скрсшиваиик'/;

- форма АкяфумеатальноЙ поверх иости (профиль крут);

- режимы шлифования; •рсж»»ы правки

Контроль

Рис. 1. Стадии зубошлифования и выходные параметры наладки станка

Заготовка, поступающая на операцию, несет в себе множество неопределенных геометрических параметров (погрешностей) и свойств по поверхностному состоянию зубьев и баз после химико-термической обработки и предварительного зубообразования. Значительные погрешности заготовки и малый припуск на зубьях, оставляемый под зубошлифование, обусловливает критичный характер реализации операции - вероятность брака весьма высока, но он недопустим. Анализ показал, что именно стадия наладки станка является фундаментом формирования базовых условий обеспечения эффективности операции, исключения брака и достижения требуемой точности (рис.1). Автоматизированный характер управления станком и сложность принятия решений при наладке и настройке станка требует разработки специальных алгоритмов и программного обеспечения для системы ЧПУ и принятия решений оператором.

Проведенный анализ производственно-технологических факторов, влияющих на эффективность зубошлифования, выявил их взаимосвязи со стадией наладки и параметрами, подлежащими идентификации и назначению (рис.2). Это позволило разработать систему мер повышения эффективности операции зубошлифования профильным кругом на стадии наладки как ключевой, создающей базис обеспечения выходных требований к операции.

По результатам обзора поставлена цель работы, сформулированы задачи исследования, связанные с формированием методов автоматизированного управления операцией и разработкой способов повышения эффективности

зубошлифования на стадии наладки станка. Установлено, что оптимальная

наладка является залогом эффективного исхода операции.

Вторая глава посвящена формированию алгоритма управления

профильным зубошлифованием по критерию эффективности на стадии наладки и

настройки станка. Эффективность зубошлифования Эзш определяется геометрий

шлифуемого колеса (модулем ш, числом зубьев 2, шириной венца В и

~ гг-т-г-созо, , ж . ч периметром впадины Ьт1«2-10ш+------- (---т\ал)у, параметрами

.АА

тактики съема припуска АА с числом формообразующих проходов ' - —- и

радШ

значениями врезной подачи 8рМи на черновых и чистовых проходах. Частные критерии оперативности (время цикла Тц) и ресурсоемкости (затраты 3 на реализацию операции по расходным материалам) и производительности съема металла интегрированы целевой функцией оптимизации:

(---) => max

(2.B..-/- + = .i + fbn.).(w.tnp+Lijn.w) ««'"Я*

'ирод. * ТРнрмки

Критерии исключения брака (достаточность припуска) и точности (погрешность профиля зуба и длины общей нормали колеса) отнесены к ограничениям. Сформированная система параметрических ограничений и решение оптимизационной задачи с помощью инструментов Excel MS позволяет количественно оценивать степень достигаемого эффекта на операции. При наладке управляемым параметром эффективности является величина врезной подачи SfMa, определяющей общее число проходов /, качество обработки и время цикла.

Анализ показал, что основные проблемы повышения эффективности профильного зубошлифования на стадиях наладки и настройки станка связаны с формализацией взаимосвязей процесса, в основе которых лежит припуск. Величина и переменность припуска на зубьях, формируемого на предварительных стадиях производственного цикла, зависит от наследуемых погрешностей заготовки, поступающей на финишную операцию и применяемого метода начального зубообразования.

При смене технологических баз предварительного и финишного зубообразования рассогласовывается относительное положение круга и многопрофильного контура заготовки, вызывая негативный эффект разноприпускности. Параметры разноприпускности профильного зубошлифования исчисляются в тангенциальном и радиальном направлениях к заготовке и рассматриваются как переменные зазоры между инструментальной поверхностью и боковыми сторонами впадин заготовки в круговом цикле.

( о ) 001->

Автоматизация цикла (комплекс моделей, алгорпгмов п прикладных программ)

Техпроде« изготовления колеса [I

Тсхпроцгсг «перацпв )Ш

Квялниетрня

. припуск» (подаикпы)

1 - модель угловой ориентации (распределение припускав 2т1-цикле)

2 - модель настройка межосевого расстояния А+Л А (¿Ктах биения венца)

3 • модель начального касания

4- модель полнопрофильвостн контакта

5 - модель связи радиального и

нормального исчислений припуска -координаты финиша цикла (КТГГПТПГ)

6 - модель связи врезной подачи с

длиной общей нормали колеса (тангенциальное исчисление припуска)

Рис.2. Комплекс моделей автоматизированного управления профильным

зубогилифованием на стадии наладки Исходной базой для прогноза и принятия оптимальных технологических решений при настройке станка являются параметры входного контроля заготовки, определяемых автоматизировано и подтверждаемые расчето-аналитически при наладке станка. Наладка зубошлифовального станка включает 4 фазы:

1. Автоматизированный параметрический мониторинг заготовки для подготовки достоверных исходных данных к наладке: геометрических параметров заготовки и их разброса (биения венца относительно баз и кинематический эксцентриситет венца; припуск на зубьях; кинематической погрешности по окружным шагам и др.).

2. Установку и закрепление заготовки на столе станка. Заготовка ориентируется относительно круга для достижения минимума тангенциальной разноприпускности с целью равномерного распределения припуска по зубьям в круговом цикле.

Определение координаты наладочного межцентрового расстояния. При

этом учитывается максимум биения венца в периоде 2тс (радиальная разноприпускностьУ, координата начального касания круга и заготовки. 4. Распределение припуска и расчет параметров профильного зубошлифования в абсолютных координатах станка для обеспечения требуемых норм точности шлифуемого колеса.

При наладке станка искомыми параметрами для последующего выбора тактики съема припуска являются:

• параметр относительного углового положения осей симметрии первой впадины заготовки и профиля круга Д а . Он формируется при закреплении заготовки на столе станка и определяет равномерность распределения

3

припуска по зубьям заготовки в 2л-цикле, гарантируя исключение барака связанного с нехваткой припуска из-за неправильного его распределения. Оптимальное значение Д а от находится поиском минимума квадратичного разброса ошибок окружных шагов заготовки Д а-* тт. • параметр межосевого позиционного положения Д А заготовки и круга.

Выявлен комплекс математических моделей, позволяющих решать задачу автоматизированного управления наладкой мехатронного станка:

1. Модель угловой ориентации заготовки Д а (оптимальное распределение припуска в 2л-цикле);

2. Модель начального касания круга с заготовкой ДЛНК;

3. Модель полнопрофильности контакта Д/1Ш1Ф;

4. Модель связи радиального и нормального исчислений припуска - координаты финиша цикла (КПГШ1К) и удаления остаточного припуска по контрольным замерам;

5. Модель связи врезной подачи с длиной общей нормали колеса.

Взаимосвязь указанных моделей и их целеобусловленная алгоритмизация в системе управления станком по критерию эффективности является ключевой научно-практической задачей работы.

Параметрами наладки профильного зубошлифования являются Д а , ААЖ, °5радш> '• Настройка станка дополняет их множеством параметров формообразования (Ут, Упри,), правки (V,,., (п,,, Ука) , деления и управления циклом. При этом наладка станка связана с параметрами заготовки в станочном исчислении, а настройка - с оптимизацией процесса шлифования (и правки круга) и управления циклами деления, промежуточного и окончательного контроля.

Особенностью профильного зубошлифования является наличие лишь одного управляемого параметра настройки станка - врезной подачи ЗрадШ. Это резко сужает возможности управления процессом и накладывает серьезные ограничения на идентификацию координат элементов заготовки в системе станка. Вышесказанное требует взаимного пересчета разнокоординатных исчислений станочных параметров настройки, нормативов точности и припуска по специальным зависимостям (табл.1).

Взаимосвязь исчислений параметров профшьного зубошлифования Таблица 1.

Координатное направление исчисления параметра Параметры шлифования

Режима и техпроцесса Нормативы точности

Врезная подача Припуск на сторону зуба Погрешность профиля Длина общей нормали

Радиальное +

Тангенциальное +

По нормали + +

Для идентификации рассчитанных координат и оценки адекватности математического моделирования наладочных процедур использована

компьютерная ЗП-срсда для визуализации взаимодействия круга во впадине заготовки с учетом множества изменяемых параметров процесса (рис. 3).

заготовки в круговом 2к-цикле Результатом исследований в главе являются сформированная методика статической наладки мехатронного зубошлифовального станка и алгоритм повышения эффективности операции шлифования зубьев цилиндрических колес профильным методом оптимизацией параметров наладки, а также комплекс необходимых взаимосвязей, подлежащих формализации для статической наладки, связанной с заготовкой, и настройки станка, определяющей режим обработки.

В третьей главе раскрыты и верифицированы натурно математические зависимости, с помощью которых рассчитываются оптимальные параметры статической наладки по разработанному критерию эффективности.

Рациональное распределение припуска и идентификация координаты первой подачи является залогом недопущения брака и минимизации времени

цикла. По результатам оценки максимального радиального биения венца в

-цикле формируется станочно исчисляемый припуск в координатах межцентрового расстояния, подлежащий разбиению по проходам в цикле

зубошлифования: =лйе™х + =/(^ДишцА.евЕЩА) _ с П03ИцИй

минимизации времени цикла параметр ЛЛ является важнейшим и зависит от

величины припуска и погрешностей заготовки (радиального биения венца

Я е

относительно базовых поверхностей ВЕЫЦА, деформации венца ВЕНЦА и ошибок

окружных шагов, задаваемых графиком накопленной кинематической

погрешности е). Величина делится на черновые, получистовые и чистовые

проходы по определенному алгоритму, формируя общее число проходов 1 и

с

величины врезных подач ^ на каждом формообразующем проходе (рис.4).

Рис. 4. Структура припуска на зубои/лифование и его разбиение При распределении припуска по зубьям в круговом цикле корректирующий угол начального положения заготовки А а рассчитывается по специальной

методике, а затем формируется в натуре:

• Аап,

1Й(Д, д2 Л Л

л,

где: значения отклонений окружных шагов заготовки Л,,Л2,Л3,..,Л2 (рис. 5).

Масштаб 1:100

ЛеЬая сторона

ПраШ сторона

симметрии Шдины У?

Рис. 5. Визуализация разноприпускности и оптимизации распределения припуска для поддержки наладочных действий оператора Расчет взаимосвязи радиального и нормального исчислений припуска, а также связи нормального припуска и длины общей нормали колеса позволяет гарантировать исключение брака, автоматический выход круга на финишную позицию окончания цикла зубошлифования и достижение требуемой точности шлифуемого колеса. Это предполагает визуализацию моделирования контактных взаимодействий круга и во впадине заготовки и формирование алгоритмов расчета искомых параметров наладки станка (рис.6).

припусков в системе управления станком Автоматизированный расчет координаты начального касания круга с заготовкой и приращения А относительного положения круга и заготовки в системе станка исключает несанкционированные врезы круга в заготовку в автоматическом цикле шлифования и управляемость циклом. Натурные испытания позволили алгоритмизировать наладочные действия и сформировать систему расчета и выбора оптимальных параметров наладки станка. Решающее значение при этом играет распределение припуска по зубьям заготовки в круговом цикле, исключающее брак из-за нехватки припуска. Ориентация заготовки по первой впадине контролируется и управляется автоматизированным измерением точности заготовки и циклами поддержки принятия решений, алгоритмизированных в СЧПУ станка (рис.7).

г

определяющих качество, низкую степень прижогообразования ($вр'Упрод. =сот1), режущую способность круга (/^м>=соШ) и суперпозиционный характер влияния наследуемых погрешностей заготовки при формировании станочно исчисляемого припуска (АА=И+АЬ+АЯ+е+Ат), включающего слой металла на зубе И и его колебание^, радиальное биение венца АII, накопленную ошибку окружных шагов е и параметры деформации венца А т.

Выявлены зависимости, определяющие степень влияния управляемых параметров на функцию Эзш и сформирована поверхность отклика, позволяющая направленно назначать оптимальные параметры наладки станка 8раг1111 и на стадиях чернового, получистового, чистового и выхаживающих циклах решением

оптимизационной задачи поисковыми методами линейного программирования в среде MS Excel (рис. 8).

Поверхность отклика функции эффективности профильного зубошлифования цилиндрических колес

Критерий ^эффективности

ммЗ.'сек2'ру5

0,01 В .....^

0.016-]---

0,0144 0.012 ■+>—«—_ __ 0,01 ———

II.IIIIH-]— ■ . _

0,000 ...................................-

О.ООЛ I

I

0,002-1

р

о Р

ь So spgFi®"

Число приходов 2 К! l'J "вг

продольная подача, мм/мин

шюшШт*..... .... \ : lislBllll

Эфф с ктнвн о ст в ! м «З'/се к 2 * ру (> ¡Шзо

Критерий фярмстврязокаиия £ ) 44,1 ХП

Время циклаТц^сек) 175^5155

затраты £ру01 457,01646

ИР 1

Рис. 8. Оценка влияния параметров наладки станка на эффективность операции Управлять мехатронным зубошлифовальным станком можно с помощью наукоемких средств автоматизации поддержки принятия технологических решений. Многокритериальность требований для эффективного зубошлифования удовлетворяется специальными средствами поддержки принятия решений, реализованными программно в станочной системе управления. Алгоритм поддержки для станка мод. СК1000 показан на рис. 9.

Возможности системы управления станком позволяют обеспечивать все важнейшие параметры процесса формообразования на протяжении всего цикла, что даёт возможность автоматически контролировать параметры заготовки, работать на интенсивных режимах без риска получения брака. Полученные результаты позволили разработать специальное программное обеспечение для стадии наладки в системе ЧПУ отечественного станка мод. СЮ ООО, реализующего профильную технологию зубошлифования цилиндрических колес с винтовыми зубьями.

Результатом исследований в главе является верификация аналитических моделей, их алгоритмизация в автоматическом цикле управления зубошлифовальным станком при его наладке и расчет оптимальных значений параметров статической наладки станка в системе ЧПУ.

Рис.9. Система автоматического распределения припуска в С.ЧПУ В четвертой главе экспериментально доказана адекватность разработанных моделей, обеспечивающих автоматизацию цикла профильного шлифования на мехатронном станке и достижение требуемого исхода операции по критериям качества и оперативности. По результатам входного станочного контроля заготовок СЧПУ выдаётся информация о достаточности припуска, рекомендациях по его рациональному распределению, рассчитываются оптимальные параметры наладки для исключения брака и повышения эффективности операции.

Приведены примеры практической реализации системы управления мехатронным станком, работающим профильным кругом. В результате проведенных исследований научно обоснованы и практически реализованы алгоритмы управления профильным зубошлифованием на стадии наладки станка (рис.10). Показана эффективность разработанной методики наладки станка, снижающая время цикла в 1,6.. .3 раза в сравнении с традиционными подходами. Инновационный мехатронный зубошлифовальный станок, оснащенный

комфортным сервисом управления с назначением оптимально формируемых параметров наладки и настройки станка с помощью системы ЧПУ, промышленно

Рис. 10. Шлифуемое колесо ЭП1 тп=10мм, г=85, р=24°37 '12 ", В=60мм и экран системы ЧПУ зубошлифовального станка мод. СК1000 при наладке

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертации решена научно-техническая задача, связанная с повышением эффективности шлифования зубьев прецизионных цилиндрических колес, что способствует ресурсосбережению, автоматизации технологических процессов и повышению качества изготовления зубчатых колес.

2. Установлены взаимосвязи припуска с параметрами наладки станка, нормативами точности шлифуемых колес и выходными показателями операции, что позволяет прогнозировать и гарантировать положительный исход операции и формировать условия обеспечения требований качества и оперативности профильного зубошлифования при наименьших затратах материальных и человеческих ресурсов.

3. Достигнута цель повышения эффективности профильного шлифования винтовых зубьев путем разработки комплекса программных средств и алгоритмов управления зубошлифовальным станком, повышающих эффективность финишной операции изготовления цилиндрических колес на основе расчета параметров статической наладки станка. Показано, что достичь поставленной цели можно алгоритмизацией основных стадий цикла зубошлифования, включающих этапы наладки и настройки станка на основе

16

применения формализованных процедур выбора параметров профильного зубошлифования по критерию эффективности.

4. Формализованы методики, разработаны модели и алгоритмы расчета параметров статической наладки зубошлифовального станка, работающего профильным кругом, по критерию эффективности, которые позволяют формировать наладочные параметры, ограничивать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для обеспечения требуемой точности шлифуемых колес и минимизации времени цикла зубошлифования профильным методом;

5. Проведена верификация разработанных математических моделей связи припуска с показателями оперативности и качества обработки, что позволило сформировать комплекс программных средств и алгоритмов автоматизации цикла управления станком. Разработанный программный комплекс позволил решить проблему автоматизации цикла зубошлифования профильным методом в абсолютных координатах системы станка. Это дало возможность определять оптимальные параметры наладки и настройки станка, повышающие эффективность зубошлифования профильным методом.

6. Разработанные алгоритмы управления наладкой позволяют давать прогнозные заключения о вероятности брака, не допускать брак по условию достаточности припуска на зубьях за счет правильной установки заготовки на станке и наилучшего распределения припуска по зубьям в круговом цикле, при котором кинематическая погрешность заготовки будет полностью компенсирована, а время шлифования будет наименьшим. Аналитические модели расчета наладочных параметров профильного зубошлифования позволяют оптимально распределять припуск по проходам, прогнозировать доли припуска, затрачиваемые на нестабильный цикл чернового шлифования, и часть припуска, остающуюся на чистовой режим обеспечения конечной точности шлифуемого колеса.

7. Методика расчета и выбора оптимальных параметров наладки зубошлифовального станка позволяет обеспечить точность изготовления колес 4...5 степени точности, требуемое качество поверхностей зубьев и минимизировать время цикла обработки колес в 1,6...3 раза по сравнению с обкатными технологиями. Результаты работы представлены в виде методического и программного обеспечения в системе управления мехатронных зубошлифовальных станков мод. 5А868ФЗ и мод. СК800, эксплуатирующихся на ОАО «САСТА», ОАО «Мытищинский машиностроительный завод», ОАО «ПензаДизельМаш» и других предприятиях, а также на станке модели СК1000.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Декополитов М.И. Исследование взаимосвязей припуска с параметрами профильного зубошлифования цилиндрических колес / Макаров В.М., Декополитов М.И.// Технология машиностроения. 2011г. № 7, с. 17-21.

2. Декополитов М.И. Управление точностью профильного зубошлифования / Макаров В.М., Декополитов М.И.//Вестник МГТУ «СТАНКИН», 2011г., №2, с.50-55.

3. Декополитов М.И. Автоматизация выбора параметров наладки цикла зубошлифования цилиндрических колес / Макаров В.М., Декополитов М.И., Феофанов А.Н.// Технология машиностроения 2011г., № 10, с.56-58.

Статьи и материалы конференций, опубликованные в других научных изданиях:

1. Декополитов М.И. Инновационные решения в прецизионной зубообработке / Макаров В.М., Декополитов М.И.// В сборнике докладов 1-ой Международной научно-практической конференции «Инновации в машиностроении», г. Бийск, 2010 г., с. 9-11.

2. Декополитов М.И. Автоматизация распределения припуска при наладке станка для профильного зубошлифования / Макаров В.М., Декополитов М.И.// в сборнике докладов Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» г. Севастополь, 2010 г., с. 49-51.

3. Декополитов М.И. Обеспечение точности профильного зубошлифования / Декополитов М.И., Макаров В.М.// В сборнике докладов 3-ей Международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения», г. Брянск, 2011 г., с. 87-88.

4. Декополитов М.И. Управление мехатронным зубошлифовальным станком, работающим профильным кругом / Макаров В.М., Декополитов М.И.// В сборнике докладов 9-й Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", г. Новосибирск, 2011 г., с. 64-65.

5. Декополитов М.И. Управление профильным зубошлифованием цилиндрических колес в условиях мехатронизации конструкции станка с многоосевой кинематикой / Декополитов М.И., Макаров В.М.// В сборнике докладов 3-я научно-образовательной конференции «Машиностроение -традиции и инновации», 2010 г., г. Москва, МГТУ «Станкин» с.106-112.

6. Декополитов М.И. Поддержка принятия технологических решений при наладке станка для профильного зубошлифования / Декополитов М.И., Макаров В.М.// В сборнике докладов XIII научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин», г. Москва, МГТУ «Станкин», 2010 г., с. 331-334.

7. Декополитов М.И. Оптимизация параметров наладки зубошлифовального станка / Декополитов М.И. // В сборнике докладов XIV научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин», Москва, МГТУ «Станкин», 2011, с. 174-175.

8. Декополитов М.И. Обеспечение точности зубошлифования / Макаров В.М., Декополитов М.И. // Специализированный журнал Ритм (ремонт, инновации, технологии, модернизация), 2010 г., № 4, с. 54-56.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Декополитов Михаил Игоревич

Повышение эффективности профильного зубошлифования цилиндрических колес путем расчета параметров статической наладки станка

Подписано в печать 17.11.2011. Формат 60 90 1/16. Бумага 80 г. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 130 экз. Заказ 199.

Отпечатано в Издательском центре ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» 127944, г. Москва, ГСП-4, Вадковский переулок, д. За. Тел.: 8(499) 973-31-93

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. типовой технологический процесс изготовления цилиндрических колес и назначаемые припуски.

1.2. Анализ методов и способов зубошлифования.зо

1.3. Взаимосвязь стадии зубошлифования и выходных параметров наладки станка.

1.4. Методы статической наладки станка на операции зубошлифования.

1.5. Формализация взаимосвязей припуска с параметрами профильного зубошлифования цилиндрических колес.

1.6. выводы по главе

ГЛАВА 2. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ НАЛАДКИ СТАНКА И ПРИПУСКА.

2.1. Формирование припуска под зубошлифование и условия обеспечения эффективности профильного шлифования.

2.2. Критерий эффективности зубошлифования.

2.3. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ВЫБОР ЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ СТАНКОМ НА ЭТАПЕ НАЛАДКИ.

3.1. Управление профильным зубошлифованием цилиндрических колёс в условиях мехатронизации конструкции станка (ск1000) с многоосевой кинематикой.

3.2. Разработка автоматизированной системы распределения припуска по зубьям шлифуемого колеса в круговом цикле профильного зубошлифования с учетом технологически наследуемых погрешностей заготовки.

3.3. Разработка системы разбиения припуска по зубьям шлифуемого колеса в круговом цикле профильного зубошлифования.

3.4. Выбор эффективной системы определения конечного положения профиля шлифовального круга (КППШК).

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ СТАНКОМ РАСЧЁТОМ ПАРАМЕТРОВ СТАТИЧЕСКОЙ НАЛАДКИ.

4.1. Реализация системы распределения припуска по зубьям шлифуемого колеса в круговом цикле профильного зубошлифования с учетом технологически наследуемых погрешностей заготовки и автоматизации наладки.

4.2. Реализация системы разбиения припуска по зубьям шлифуемого колеса в круговом цикле профильного зубошлифования с учетом автоматизации наладки.

4.3. Реализация системы определения конечного положения профиля шлифовального круга (КППШК).

4.4. Оценка эффективности разработанной методики статической наладки станка

4.5. Выводы по главе 4.

Точность и качество рабочих поверхностей зубьев являются приоритетными для зубчатого колеса и должны быть гарантированно достигнуты при приемлемой производительности и себестоимости. Исследованиям точности изготовления зубчатых колес посвящено много работ, что объясняется актуальностью исследуемой проблемы и многоплановостью решаемых при этом задач [9, 17, 18, 37, 39, 44, 46, 48, 49, 52, 54, 56, 72, 74, 79, 102, 109, 110]. Обзор научных работ по теме диссертации (табл. 1.1) показал, что операция шлифования зубьев играет в технологическом процессе ключевую роль с точки зрения обеспечения выходных показателей точности зубчатого колеса. Подавляющее число научных исследований посвящено технологическим методам шлифования зубьев на основе центроидного огибания (обката), который исчерпал свои возможности по интенсификации процесса, поэтому достигаемая точность шлифуемых колес обеспечивается за счет значительных материальных и временных потерь [72].

Обзор работ в области абразивной зубообработки Таблица. 1.1. п/п Факторы откр анионном техно логнн АЗ О Пермь энимс мсз Станкнн Зарубежные ученые

Якимов A.B. Калинин E.IL Евстигнеев Ю.А. Клр абчжвскнн Ермолаев В.К Глейзер JIA. Мшрофанов В.Г. Стар кое В.К. Макар о® В.М. США Европа

1 Обр абатываемые Детали профильные + ++++ +

1 1 и 1 1 1 1 1 1 1 1 + + ++-Н- шх хххх

2 Вид поверхности прямозубая 1 1 1 1 1 1 1 1 + ++++ ++

-гнкгохая 111111

3 Метод форвхообр. -бес итрондное + +-Н+ ++++

- центрондное ++++ 1 1 1 1 1 1 1 1 + + +

4 Режим шлифования ++++

-силовой (тлуб.) "Кшлкц) ++++ ххххх ххххх

-скоростной 1 1 1 1 ++++ ++++

5 Цкхлсвдха

-срезной ++ -н-

-КруТОЕОН +-Н+ б 6.1 6.2 Технологические компоненты

Абразивный ннстр уменг 11 11 11 1 1 стандартней -специальный +++ ++ ++++ + хххх хххх среястт а прав кн + ++ +++ ++ хххх хххх

- Ав томатнзацня празкн (Идентификация ИП) 1 1 111 1

Оборудование -разработка н создание 1 1 1 1 11 1 1 + зксплуатацня + ++ +++

7 Процесс шлнфоьалня Виды контакт взаннод. ++++ 1 1 1 1 ++ 1111 + 1 1 1 11 1 1 11111 + + -н-н-

8 Техпродесс изготовления колес -заготовки 1 1 1 11 1

9 Адаптивное управление 1 1 1 11 1

Явно обозначившаяся в мировой практике неконкурентоспособность обкатной технологии с единичным деланием привела к исчезновению некоторых видов зубошлифовального оборудования (например, станков фирмы «Мааг») и резко сократился спрос на аналогичные малоэффективные средства технологического оснащения этой операции. Ведутся поисковые исследования в области высоко- и сверхскоростного, а также «сухого» шлифования. Можно констатировать, что абразивная зубообработка в настоящее время переживает кризис, связанный с поиском новых эффективных методов и технологий. В этой связи необходима систематизация информации по исследуемой проблематике с целью упрощения структуры знаний и тезауруса в области технологии абразивной зубообработки; создания научного базиса для повышения эффективности ее технической реализации путем упорядочения многообразия альтернатив средств оснащения и комплексного учета всех ее составляющих с целью достижения требуемого технического и экономического эффекта[72].

Зубчатые детали характеризуются периодичностью рабочего профиля и требованием обеспечения стабильного воспроизведения параметров их качества и точности на каждом рабочем профиле зуба, число которых может достигать до 150 шт. на каждую деталь. Для больших зубчатых колес (модулем более 8-10 мм) время зубошлифования может достигать 20-35 часов на одну деталь. Ресурс и стойкость абразивного инструмента выходит за рамки подобных производственных циклов, а стабильное воспроизведение профиля (правка) абразива в условиях длительного производственного цикла обработки одной детали труднодостижимо. При этом правка абразивного инструмента требует постоянных коррекций положения рабочих органов станка для продолжения рабочего цикла. Эти причины обусловили использование простых по форме режущих инструментов, восстановление режущей способности и геометрии которых не представляет сложностей и стабильно во времени. Эти причины также являлись основанием для широкого развития обкатных схем формообразования при зубошлифовании как просто реализуемых механическим путем.

Достоинствами метода шлифования зубьев являются:

1. Обработка термически обработанных колес с твердостью поверхностей выше НЯС40.

2. Полное устранение накопленных предшествующими стадиями техпроцесса технологически наследуемых погрешностей заготовки с высоким коэффициентом уточнения.

3. Изготовление зубчатых колес с 3-4 степенью точности возможно только шлифованием зубьев.

Недостатками зубошлифования, как метода отделки зубьев, являются:

1. Свойства поверхностного слоя шлифованных зубьев не являются оптимальными для некоторых групп зубчатых колес, работающих в особо тяжелых или специфических условиях эксплуатации.

2. Это дорогостоящая операция, требующая высокой технологической культуры и квалификации обслуживающих станок рабочих.

3. Большая зависимость точности и качества обработки от абразивного инструмента (низкая износостойкость шлифовальных кругов, снижающая точность по профилю от зуба к зубу в круговом цикле обработки).

4. Трудность равномерного распределения припуска по левым и правым сторонам зубьев и от зуба к зубу в круговом цикле и, как следствие, серьезные требования к качеству наладки станка и погрешности заготовок.

5. Малость припусков, что является причиной брака.

6. Приоритеты качественных показателей при зубошлифовании определяют выбор медленной тактики съема припуска и недопустимость интенсификации процесса из-за необходимости выхода на стабильное стационарное тепловое поле заготовки, что достигается многопроходным циклом.

Оценивая в комплексе положительные и слабые стороны известных методов зубошлифования и практику их применения, можно констатировать, что ныне только два метода являются востребованными в промышленном производстве зубчатых колес: непрерывного зубошлифования абразивным червяком мелком о дульных колес с модулем до 8(10) мм и профильного зубошлифования с единичным делением крупномодульных колес с модулем свыше 10 мм. Метод профильного шлифования является наиболее эффективным в настоящее время и именно на этом направлении возможна успешная попытка соединить в одной конструкции станка такие взаимосвязанные и противоречивые показатели, как максимальная производительность при заданном качестве рабочих поверхностей и высокая точность изготовления зубчатых колес. Прогрессивность профильного метода формообразования зубьев колес проявляется в высокой производительности съема при одновременном достижении высокой точности. Однако методы и средства обеспечения точности изготовления цилиндрических колес профильным методом, в том числе на стадии наладки станка, не разработаны.

В литературе практически отсутствуют данные о методах и средствах технологического обеспечения и научно обоснованной наладки оборудования для изготовления цилиндрических колес с винтовыми зубьями (далее косозубых колес) профильным шлифованием. Поэтому профильная технология и средства ее реализации в абразивной зубообработке должны быть подробно изучены и являются объектом исследования в рамках данной работы. Для комплексного учета всех факторов, определяющих эффективность и качество изготовления зубчатых колес, необходимо системно рассмотреть абразивную зубообрабоку (АЗО), которой свойственны:

1. Плохая формализуемость процессов функционирования.

2. Иерархичность технологической системы и разнородность составляющих ее компонентов.

3. Значительная неопределенность и случайность факторов процесса, связанная с погрешностями заготовки, поступающей на операцию зубошлифования.

4. Многокритериальное^ требований, как правило, по конфликтующим между собой критериям, а также стремление к удовлетворению интегральных требований эффективности операции.

5. Слабая прогнозируемость исхода и большая вероятность брака. Все это обусловливает необходимость применения самых современных методов структуризации научно-практической проблемы и комплексного учета множества разнородных факторов. Особенно актуально это для стадии статической наладки станка, формирующей основу обеспечения точности и эффективности операции.

Зубошлифование является наиболее сложным формообразующим процессом в области механообработки и до настоящего времени в отечественной промышленности не выработаны формализованные представления об этой операции для полной автоматизации ее цикла в абсолютных координатах. До сих пор ее реализация осуществляется на основе опыта и интуиции рабочего при наладке станка и итерационными завершающими проходами цикла с выходом на конечную точность шлифуемого колеса в координатных приращениях, т.е. от достигнутого по результатам контрольных замеров текущего состояния обрабатываемого колеса. Достижение заданной точности колеса в абсолютной системе отсчета позиционного состояния круга и заготовки для выхода на конечную точность шлифуемого зубчатого колеса пока при зубошлифовании не реализована. Первой современной работой в этом направлении при профильном методе формообразования цилиндрических колес с винтовым зубом является диссертационная работа Макарова В.М.[72].

Целью операционной технологии зубошлифования является качественное и эффективное формообразование абразивным инструментом сложнопрофильных поверхностей зубьев, расположенных на зубчатых колесах, различающихся топологическими признаками, типоразмерными, конструктивными параметрами и физико-механическими свойствами материала. При этом должны быть достигнуты требуемые нормы точности изготавливаемого колеса в целом и качество рабочих поверхностей зубьев.

К зубчатым деталям относятся:

1. Зубчатые колеса различного функционального назначения с прямым, винтовым или иным направлением зубьев, профили которых являются криволинейными.

2. Шлицевые валы.

3. Реечные детали.

4. Зубообразующий инструмент (инструментальные долбяки, рейки и протяжки).

5. Мерительный инструмент (измерительные колеса, шлицевые калибры).

Конечными продуктами абразивной зубообработки являются зубчатые детали. Под последними понимается класс машиностроительных деталей, обладающих схожими топологическими признаками и характеризующимися наличием периодически повторяющихся элементов (зубьев). Общим случаем зубчатых деталей можно считать цилиндрические колеса с винтовыми зубьями, называемыми косозубыми, в силу наибольшей сложности поверхностей винтовых зубьев, очень высоких требований к качеству их изготовления и периодическом характере проявления их характеристик и свойств, что накладывает серьезные ограничения на их изготовление и. в первую очередь, на условия формообразования зубьев[86].

К зубчатым колесам, кроме прецизионности, предъявляют особые требования к формам профилей зубьев, учитывающие специфику условий эксплуатации и топологических модификаций рабочих профилей зубьев[1, 40, 41]. Эвольвентные винтовые колеса используются в передачах со скрещивающимися осями, а рабочие поверхности их зубьев имеют эвольвентно-винтовую поверхность[69].

3.5. Выводы по главе 3

1. Система автоматического распределения припуска при зубошлифовании (САРПЗ) позволяет снять проблему разносности лево-правых сторон зубьев.

2. Распределение припуска на боковых поверхностях зубьев при зубошлифовании рекомендуется производить в следующей последовательности: установить заготовку на шпинделе делительной бабки, произвести ориентацию колеса по произвольной впадине относительно измерительного ролика и в этом положении закрепить колесо на шпинделе станка;

• измерить, погрешности по правой и левой боковой поверхности зубьев;

• довернуть зубчатое колесо на угол, обеспечивающий равенство максимальных погрешностей на правой и левой боковых поверхностях зубьев;

• довернуть колесо до ближайшей максимально выступающей впадины и с нее начать шлифование.

3. Разработанная методика, реализованная программно для автоматизации наладки станка системой его управления по входной информации о заготовке и ее начальном положении при закреплении. Это позволяет осуществлять поддержку принятия технологических решений при подготовке операции шлифования зубьев цилиндрических колес, обеспечивающих недопущение брака, высокое качество обработки и минимальное время цикла.

4. Сформированный комплекс моделей и внедрение их в цикл зубошлифования позволил обеспечить автоматизацию цикла профильного шлифования на мехатронном станке и достижение требуемого исхода операции по критериям качества и оперативности.

По результатам входного контроля заготовок выдаётся информация о достаточности припуска, рекомендациях по его рациональному распределению, оптимальные параметры настройки для исключения брака и повышения эффективности операции. р

Максимальному припуску будут соответствовать верхнее значение поля допуска на зубофрезерование и нижнее значение поля допуска на операции зубошлифования.

Итах=0,4932мм

Минимальному припуску будут соответствовать нижняя граница поля допуска на операцию зубофрезерования и верхняя граница поля допуска на операцию зубошлифования.

Ьт1„=0,1970мм

Таким образом, можно говорить о том, что если фактическое значение припуска на заготовке больше максимального припуска, т.е. 11фактич>11тах, то мы имеем избыточный припуск, если же фактическое значение припуска на заготовке меньше минимального припуска, т.е. Ьфактич< Ьтш, то возможен брак из-за нехватки припуска.

В случае, когда Ьфактич>Ьтах - полнопрофильный контакт между кругом и заготовкой наступит со значительным запасом припуска, что благоприятно скажется на окончательном результате операции зубошлифования, т.к. этому будет способствовать стабилизация режимов, в том числе и температурный баланс. Недостатком в данной ситуации будет значительное увеличение времени обработки заготовки и излишнее удаление упрочнённого слоя металла.

В том случае, когда Ьфактич< Ьтш - из-за возможной нехватки припуска появляется вероятность брака по шлифовочным дефектам, в частности черновинам. И эта возможность тем больше, чем меньше фактический припуск. В этой ситуации невозможно гарантировать успешное завершение операции зубошлифования. Огромное значение принимает влияние случайных величин определяющих наследуемые погрешности заготовки в периоде 2л::

• Радиальное биение венца относительно базирующего центрального отверстия ея (геометрический эксцентриситет).

• Искажения формы зубчатого венца еу (кинематический эксцентриситет).

• Накопленная ошибка окружных шагов гЕ.

• Искажение формы зубьев по профилю

• Искажение формы зубьев по направлению

• и т.д. (см главу 1.)

Минимальный технологический припуск назначается исходя из максимальных погрешностей вышеуказанных величин. На самом же деле для идеальной заготовки (для рассматриваемого примера тп=10мм, 2=85, Р=24°37'12", В=60мм), на которой отсутствуют любые погрешности, необходимым и достаточным (для получения 6-й степени точности табл.4.1.2.) является величина припуска равная Итт11^ =0,03мм на сторону. Это говорит о том, что если фактический припуск лежит в пределах Ьт1пТехн°логич>Ьфактич>Ьт1Пидеал, при применении разработанной методики гарантированно получается полноценное готовое изделие (рис.4.1.3).

Зависимость получаемой степени точности зубчатого Таблица 4.1.2. венца ЭП1 (тп=1 Омм, г=85, (3=24°37'12", В=60мм) от величины припуска соответствующего полнопрофильному контакту на станке СК1000.

Степень точности по ГОСТ 1643-81 i идеал ílmin , мм на сторону

7 0,018

6 0,030

5 0,048

4 0,077

3 0,120

Условия наступления брака при сочетании параметров зубошлифования и статической наладки проявлены на рисунке 4.1.3. Строгое выполнение технологического процесса, начиная с соблюдения химического состава заготовки, термической операции, входным контролем, наладки и заканчивая циклом зубошлифования при поступлении заготовки на операцию зубошлифования, позволяет гарантировать отсутствие брака на этой финишной операции.

1 2 3

84 0,13975 0,15825

85 0,14835 0,14990

При распределении припуска, расчёт ведётся в угловых координатах. Для реализации механизма автоматизированного распределения припуска необходимо знать следующие величины:

Максимальное смещение в минус (впадина с максимальным значением угла поворота по левой стороне) - впадина с минимальным припуском по левой стороне, в данном случае это впадина 1.

Максимальное смещение в плюс (впадина с максимальным значением угла поворота по правой стороне) - впадина с минимальным припуском по правой стороне, в данном случае это впадина 22.

Минимальное абсолютное смещение (впадина с минимальным значением угла поворота по обеим сторонам) - впадина с максимальным фактическим припуском, в данном случае это впадина 22.

Также для последующего сравнения различных методов распределения припуска выберем 4-е впадины под углами 0°, 90°, 180°, 270° - это соответственно впадины под номерами 1,21, 43, 64.

Для более лёгкого восприятия сведём необходимые данные в таблицу и введем графу припуск (табл. 4.1.4.).

Результат замера углов смещения заготовки после её ориентации по произвольной (максимально бьющей) впадине

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. Артемов И.И. Комплексное обеспечение точности автоматизированного производства зубчатых колес. Дисс. докт. техн. наук, М., 1992 г.

10. Ю.Артоболевский И.И. Теория механизмов М., Наука, 1965 г. - 776с.

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

12. Бабенко Э.Г. Расчёт режимов резания при механической обработки металлов и сплавов: методическое пособие. Хабаровск: МПС РФ, 1997г.

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

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

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

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

17. ГОСТ 13150-79 " Станки зубошлифовальные горизонтальные для цилиндрических колес ".

18. ГОСТ 13086-77Е " Станки зубошлифовальные с червячным кругом".

19. ГОСТ 13134-82 " Станки шлицешлифовальные ".

20. ГОСТ 16532-70 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет геометрии».

21. ГОСТ 1643-81 «Передачи цилиндрические зубчатые. Точность».35.ISO DIN 1328-95.

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

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

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

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

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

27. 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.

28. Емельянов A.A., Власова Е.А., Дума P.B. Имитационное моделирование экономических процессов. М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

29. Зубчатые передачи, Справочник. Е.Г. Гинзбург, Н.Ф. Голованов, Н.Ф. Фирун, Н.Т. Халебский. Л., Машиностроение, 1980 г., - 416 с.47.3убченко A.C. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 2001г.

30. 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.

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

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

33. 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.

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

35. 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.

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

37. Карташов И.Н. и Шпирьков Ф.М. Тепловые явления при шлифовании зубьев крупномодульных колёс методом копирования: статья. Журнал «Вестник машиностроения» №11 1976г.

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

39. Кащук В.А. Справочник шлифовщика. М.: Машиностроение, 1985г.

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

41. Клепиков В.В. Совершенствование процессов обработки зубчатых колес засчет конструкторских и технологических параметров. Дисс.докт. техн.наук, М., 20001г.

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

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

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

45. Косилова А.Г. и Мещеряков Р.К. Справочник технолога машиностроителя: том 1, 2. М.: Машиностроение, 1985г.

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

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

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

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

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

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

52. Лурье Г.Б. Вибрации при шлифовании. Станки и инструмент, 1959, N 6, с.5 - 10.

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

54. Макаров В.М. Обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес на основе имитационного моделирования. Дисс. докт. техн. наук, Саратов, 2010г.

55. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. -М., Машиностроение, 1974, -319 с.

56. Мачитидзе A.B. Исследование погрешностей зубошлифования методом обкатки. Дисс.канд. техн. наук, М., 1963г. - 207 с.

57. Медунецкий В.М. Формообразование модифицированных зубчатых венцов комбинированных цилиндрических передач. Дисс. д.т.н., Санкт-Петербург, 2003г.

58. Митрофанов В.Г. Связи между этапами проектирования технологического процесса изготовления детали и их влияние на принятие оптимальных решений. Дисс. докт. техн. наук, М., 1980 г.

59. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью металлообработки. Л., Машиностроение, 1973. 176 с.

60. Новиков А.Н. Современные прецизионные шлифовальные станки. М., Машиностроение, 1991. - 176 с.79.0вумян Г.Г. Повышение производительности и качества чистового зубонарезания / Г.Г.Овумян, Е.В. Езерский, С.А. Хухрий. М., Машиностроение, 1979 г. - 64 с.

61. Оптимизация режимов резания зубошлифования. М.: ООО «Самоточка», 2007г.

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

63. Передачи зубчатые цилиндрические: СТП Н36-101-82. М.: МСЗ, 1982г.

64. 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.

65. 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.

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

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

68. Пуш В.Э. Металлорежущие станки: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1985г.

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

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

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

72. Руководство к станку 5А868. М.: МСЗ, 1980г.

73. Руководство оператора станка 5A868-100CNC. М.: ООО «Самоточка», 2007г.

74. Руководство оператора станка СК800 редакция №4. М.: ООО «Самоточка», 2009г.

75. Руководство оператора станка CK 1000. М.: ООО «Самоточка», 2010г.

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

77. 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.

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

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

80. Солодухин H.H. Разработка и внедрение технологии изготовления зубчатыхколес профильным глубинным шлифованием. Дисс.канд. техн. наук, М.,2004 г.

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

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

83. Старостин В.К. Разработка и исследование основных механизмовзубошлифовального станка высокой точности. Дисс. канд. техн. наук,1. М., 1973 г.

84. 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.

85. 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.

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

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

88. Технология термической обработки. Лейпциг, 1976 г. Пер. с нем.

89. Ткачёв А.Г. и Шубин И.Н. Типовые технологические процессы изготовления деталей машин. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2004г.

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

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

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

93. Худобин Л.В. Исследование процесса шлифования с целью повышения его эффективности: Автор. дис.докт.техн.наук.- М.,1964 56с.

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

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

96. Эрик Оберг и д.р. Настольная книга технолога. Нью Йорк: Industrial Press INC, 2000г.

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

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

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

100. Inamura Т. Dunamic Analusis of a Machine-Tool structure and its Problems //Bulletin of JSPE.-Tokyo.-1983.-Vol.17. -N4. P.225-230.

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

102. 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. -N4. -P.237-242.

103. Giwerzew A. Abrasive Zahnflankenhartfeinbearbeitung mit niedriger Schnittgeschwindigkeit Technologische Grundlagen. Seminar, München, 21 -22.03.2001.

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

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

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

107. Yoshida K. Effects of Mounting Numbers of Surface Grinding Machine on Their Rocking Mode Vibrations. Abrasives Mag/ June/July. Pp. 21. .23,2000 r.

108. 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

109. 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.

110. Каталоги фирм Hefler, Oerlikon GmbH, Gliason-Pfauter, Pfauter-Hurth, Holroyd, Kapp-Nilles, Samputensili, Blohm GMB, Reishauer

111. Особенности конструкции: Станок выполняется с импортной комплектацией изготовленной европейскими фирмами общеизвестного высокого качества.

112. Рабочая зона станка позволяет устанавливать изделия как на планшайбе механизма деления, так и в центрах.

113. Механизм правки, работающий универсальным правящим роликом. Обеспечивает правку шлифовального круга для всего диапазона изделий обрабатываемых на станке.

114. Основные технические данные и характеристики станка Таблица 77.1.1.1. СК1000*

115. Наименование параметров Значение

116. Параметры обрабатываемого изделия (при наружном диаметре шлифовального круга З00.400мм.):

117. Наибольший наружный диаметр, мм 1000

118. Наименьший наружный диаметр, мм 30

119. Наибольший модуль, мм 12(15)1. Наименьший модуль, мм 1.51. Число зубьев любое

120. Наибольшая ширина обработки зубчатого венца, мм 3001. Угол наклона зуба ±45°

121. Параметры шлифовальных кругов ГОСТ2424-83:1. Тип 2П,ПП

122. Диаметр наибольший, мм наименьший, мм 400 300

123. Ширина наибольшая, мм наименьшая, мм 80 8

124. Диаметр посадочного отверстия, мм 127

125. Ролик для правки шлифовального круга: универсальный

126. Параметры шлифовального шпинделя:

127. Конец шлифовального шпинделя по ГОСТ2323-76 080, к=1:5

128. Способ регулировки скорости вращения М, Б команды, регулятор % на пульте оператора

129. Номинальная мощность привода шлифовального шпинделя при режиме Б1 (ПВ100%), кВт 11

130. Ползун (вертикальное перемещение шлиф.крз /га):

131. Наибольшая скорость перемещения, м/мин 20

132. Наибольшее рабочее перемещение, мм 260

133. Занимаемая площадь, мм 3445x3950

134. Суммарная номинальная мощность, кВт 30

135. Рис. П. 2.2. Чертёж венца зубчатого колесо ЭП-1.

136. Химический состав стали ЗОХНЗА ГОСТ 4543-71 Таблица П.2.1.

137. Э=961мм) поступают из Челябинской области города Чебаркуль и

138. Московской области города Ступино. Заготовку получают горячейштамповкой на 5-и тонных молотах. Масса заготовки составляет 144кг,выполнена из стали ЗОХНЗА ГОСТ 4543-71, твёрдость в состоянии поставки

139. СОСТаВЛЯеТ 190НВ, КИПметалла=0,56.

140. Рис. П. 2.3. Заготовка зубчатого венца ЭП1.

141. Рис. П. 2.8. Отпуск и последующее улучшение заготовки венца ЭП1.I205ш!

142. Рис.П. 2.15. Проверка готового зубчатого венца ЭП1 методаминеразрушающего контроля. Закалённый слой1. Условные обозначения :• твёрдость, НВ твердость, 1ШС• толщина слоя, мм

143. Рис.П.2.16. Результаты проверки готового зубчатого венца ЭП1 методаминеразрушающего контроля.

144. Таким образом реализуется технологический процесс изготовления зубчатого венца тягового редуктора электровоза ЭП1. Общее время изготовления одного колеса составляет Тшх1колеса =1420мин = 23ч 40мин = 3 рабочих смены.