автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований.

1.2. Кинематическая структура и основные погрешности зубофрезерных станков.

1.3. Цель и задачи работы.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ

ТОЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

2.1. Анализ применяемых методов расчета точности кинематических цепей на примере тяжелых зубофрезерных станков.

2.2. Разработка методов расчета кинематической точности зубофрезерных станков.

2.2.1. Метод укрупненного расчета.

2.2.2. Обобщение данных о погрешностях изготовления элементов звеньев кинематических цепей.

2.2.3. Анализ распределения погрешностей изготовления элементов звеньев кинематических цепей.

2.2.4. Суммирование погрешностей в кинематических цепях станков.

2.3. Усовершенствованный метод расчета кинематической точности зубофрезерного станка.

2.4. Методика исследования кинематической точности зубофрезерного станка.

2.5. Алгоритм и программа расчета кинематической точности зубофрезерного станка на ЭВМ.

2.6. Исследование кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков.

2.7. Влияние параметров делительной червячной передачи на кинематическую точность станка.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

3.1. Задачи экспериментального исследования.

3.2. Измерительный комплекс для определения кинематической погрешности станка, сил резания и их спек

3.2.1. Описание измерительного комплекса.

3.2.2. Градуировка измерительного комплекса.

3.2.3. Исследование измерительного комплекса.

3.3. Методика проведения экспериментального исследования.

3.3.1. Объекты и методика проведения эксперимента.

3.3.2. Проведение измерений и получение спектров.

3.3.3. Методика обработки экспериментальных данных.

3.4. Проведение эксперимента и его результаты.

3.5. Анализ результатов экспериментального исследования

3.6. Способ определения баланса точности птанка.

ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО

ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ТОЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ

4.1. Сравнение результатов теоретического и экспериментального исследований.

4.2. Корректировка метода расчета точности станка.

4.3. Выбор рациональной структуры и параметров звеньев точностной кинематической цепи зу-бофрезерного станка.

4.4. Компенсация погрешностей зубчатых передач при сборке узлов станка.

4.5. Компенсация погрешности установки нарезаемого колеса.

4.6. Регулирование положения инструмента при резании.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.-.

В принятом ХХУ1 съездом КПСС документе "Основные направления экономического и социального развития на 1981.85 годы и на период до 1990 года" в станкостроительной и инструментальной промышленности предусматривается: повышение производительности металлорежущих станков в 1,3.1,6 раза при одновременном повышении их точности не менее, чем на 20.30 %. Тенденции развития тяжелого, транспортного и энергетического машиностроения - увеличение быстроходности, мощности, надежности современных машин - требуют повышения точности изготовления червячной фрезой колес большого диаметра. Чистовое зубофрезерование, являясь окончательной операцией, определяет кинематическую точность этих колес, которая зависит от многих факторов и, прежде всего, от кинематической погрешности зу-бофрезерного станка, статической и динамической жесткости технологической системы (СПИД), а также от погрешности установки заго -товки, погрешностей фрезы и её закрепления.

В связи с отсутствием измерительных средств для проверки кинематической точности колес большого диаметра применяют косвенный метод контроля путем проверки кинематической погрешности зубофре-зерного станка. Поэтому необходимо прогнозирование и повышение кинематической точности станков: либо на основе экспериментальных данных (что предполагает изготовление опытного образца); либо на основе расчетного анализа точности разрабатываемого станка. Для тяжелых зубофрезерных станков второй способ является более рациональным и перспективным.

Однако существующие методы расчета точности станков не нашли широкого применения в практике проектирования зубофрезерных станков из-за их сложности, невысокой точности расчета и невозможности использования на ранних этапах проектирования. Поиск путей рационального построения точностных кинематических цепей и выбор параметров их звеньев по критерию функциональной точности должен сопровождаться расчетом кинематической погрешности станка уже на стадии технического предложения и эскизного проекта. Поэтому создание достоверных методов расчета на ранних этапах проектирования для определения выходной точности станка приобретает большое теоретическое и практическое значение.

Как показал ряд проведенных ранее экспериментальных работ на зубофрезерных станках средних размеров, динамика процесса зубофре-зерования колес червячными фрезами оказывает значительное влияние на точность и чистоту обработки. С увеличением нагрузки на фрезе периодическая погрешность цепи обката возрастает, возрастает в целом и кинематическая погрешность станка. Это не учитывается в существующих методах расчета. В то же время вопросы влияния динамических явлений процесса зубофрезерования на формирование кинематической погрешности тяжелых зубофрезерных станков исследованы недостаточно; не развиты методы контроля и оценка кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков по амплитудно-частотному составу кинематической погрешности для выявления источников погрешностей и их влияния на выходную точность станка.

Настоящая работа посвящена разработке метода расчета кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков, её теоретическому и экспериментальному исследованию, а также разработке мероприятий по повышению точности зубофрезерных станков, и выполнена на базе Коломенского СПО и Института машиноведения им. A.A. Благонра-вова Академии наук СССР.

На защиту выносится.

1. Усовершенствованный метод расчета кинематической точности цепей зубофрезерного станка.

2. Результаты теоретического исследования кинематической точности цепей зубофрезерного станка.

3. Созданный измерительный комплекс для одновременного измерения кинематической погрешности и сил резания с последующим определением их спектров.

4. Методика проведения и обработки результатов эксперимен -тального исследования.

5. Результаты экспериментального исследования кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков.

6. Мероприятия по повышению кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков.

9. Результаты работы использованы на Коломенском СПО при расчете, выборе и оптимизации кинематических цепей тяжелых вертикальных зубофрезерных станков новой гаммы ( моделей 5В342П, 5В343П, 5В345П и др.), а также при создании ряда моделей специальных станков. Методика экспериментального исследования, рекомендации и кон-структорско-технологические разработки используются при проведении исследовательских работ, отладке и доводке выпускаемых тяжелых зубофрезерных станков.

Расчетный экономический эффект от внедрения результатов работы на одном тяжелом зубофрезерном станке составляет более 20 тысяч рублей, экономический эффект от внедрения в производство Коломенского СПО результатов экспериментального исследования составляет 94688 рублей.

1. Адам Я.И., Овумян Г.Г. Справочник зубореза-фрезеровщика. М., "Машиностроение", 1972, 232 с.

2. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д. Дефомативность планетарных механизмов. М., "Наука", 1973.

3. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д. Статика планетарных механизмов. М., "Наука", 1976, 256 с.

4. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д., Мельникова Т.Н. Статика гло-боидных передач. М., "Наука", 1981, 192 с.

5. Айрапетов Э.Л. и др. Стол зубообрабатывающего станка. Авторское свидетельство № 6I822I, Б.И. № 29, 1978.

6. Алексеева H.H., Лебедев A.M. Система синхронизации вращения шпинделей инструмента и изделия. -"Станки и инструмент", 1978, № I.

7. Архангельский Л.А., Лившиц Г.А., Ткачевский Г.И. Повышение кинематической точности зубофрезерных станков. М., Машгиз, 1954, 199 с.

8. Архангельский Л.А., Погорелов B.C. Влияние погрешностей кинематической цепи зуборезных станков на погрешность обрабатываемых колес. -"Станки и инструмент", 1970, № 8, с. 16.18.

9. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники ка- • чения. Справочник. Изд. 6. М., Машиностроение, 1975, 574 с.

10. Бендат Д.Ж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М., "Мир", 1974.

11. Бернацкий И.П. Коэффициент перекрытия и рабочие размеры звеньев в червячном архимедовом зацеплении. Труды ЛПИ, 1969, № 309.

12. Билов Е.С. Исследование жесткости зубофрезерного станка. Канд. диссертация, 1949.

13. Бородачев Н.А. Основные вопросы теории точности производства. М., -Л., Изд-во АН СССР, 1950, 415 с.

14. Бруевич Н.Г., Сергеев В.Н. Основы нелинейной теории точности и надежности устройств. М., "Наука", 1976, 136 с.

15. Бушуев В.В., Сирицын А.И. Расчет кинематической точности зубофрезерных станков. -"Станки и инструмент", 1974, № 2, с. 8.II.

16. Бушуев В.В., Налетов С.П. Тяжелые зубофрезерные станки. М., "Машиностроение", 1976, 302 с.

17. Бушуев В.В., Налетов С.П. Развитие конструкций тяжелых вертикальных зубофрезерных станков. -"Станки и инструмент", 1982, № 5.

18. Ван Чи Хао. Исследование колебаний в зубофрезерном станке при резании. "Исследование в области металлорежущих станков". Выпуск 4, М., 1961.

19. Великовский А.Л. Расчет на АВМ и экспериментальное исследование динамической точности делительных цепей зубофрезерных станков. Канд. диссертация, ЭНИМС, 1974.

20. Великовский А.Л. Влияние крутильных колебаний цепи деления зубофрезерного станка на точность нарезаемых колес. -"Станки и инструмент", 1974, № 12, с. 23,24.

21. Великовский А.Л., Ротницкая Т.Ю., Левин А.И. Влияние нелинейных характеристик делительной цепи зубофрезерного станка на её циклическую погрешность. В кн.: "Труды института", вып. 2, М., ЭНИМС, 1973.

22. Венецкий П.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статис-тические понятия и формулы в экономическом анализе. М., "Статистика", 1969, 440 с.

23. Гмурман В.Е. Теория вероятностй и математическая статистика. М., "Высшая школа", изд. У, 1977, 479 с.

24. Гулида Э.Н. Измерение сил резания и крутящих моментов при зубофрезеровании. Львов, 1966, с. 110.120.

25. Денисова М.Н., Филимонов О.С., Прытков Г.К. Об оценке качества изготовления зубчатых колес по кинематической и циклической погрешности. -"Автомобильная промышленность", 1972, № 5, с. 31.33.

26. Детали и механизмы металлорежущих станков. Под ред. Д.Н. Решетова. Т.2, М., "Машиностроение", 1972, 520 с.

27. Догода М.И. Влияние сил резания на кинематическую точность зубофрезерного станка. Канд. диссертация, Одесский ПИ, 1970.

28. Ильинский Н.Ф. Основы теории и разработка электропривода по системе источник тока-двигатель. Автореферат дисс.докт.техн. наук, 1978, 38 с.

29. Ионак В.Ф. Приборы кинематического контроля. М., "Машиностроение", 1981, 125 с.

30. Исаев А.И., Коткина М.Г. Шероховатость поверхности зубьев зубчатых колес. -"Вестник машиностроения", 1967, с. 64.66.

31. Исследование и расчет динамики несущей системы и приводов гаммы тяжелых вертикальных зубофрезерных станков ^ 2000. .12500 мм. Отчет ЭНИМС, № 92-76, 1976.

32. Исследование статической жесткости вертикальных зубофрезерных станков (отчет), инв. № Б368507, Коломна, 1975, 100 с.

33. Исследование" коэффициента перекрытия делительных червячных передач корреляционным многофакторным анализом рядов (отчет), тема 65/4-78, инв. № 017633, КФ ВЗПИ, Сирицын А.И.,Коломна, 1981, 55 с.

34. Калашников H.A. Точность в машиностроении и ее законы. Машгиз, 1950, 145 с.

35. Калашников С.Н., Калашников A.C. Контроль производства конических зубчатых колес. М., "Машиностроение", 1976, 176 с.

36. Капустин Н.И. Исследование зависимости точности зубофрезерования от жесткости станка, определяемой статическими и производственными методами. Канд.диссертация, Л.,1955.

37. Кобринский А.Е., Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Принципы построения двигательной системы автоматических манипуляторов с программным управлением (промышленных роботов).- "Станки и инструмент", 1976, № 4, с. 3.I0.

38. Кобринский А.Е., Корендясев А.И. Новый механический усилитель мощности. Изд. АН СССР, ОТН, "Техническая кибернетика", № 2, 1964.

39. Корендясев А.И. Экспериментальное исследование механического усилителя мощности, основанного на использовании явления самоторможения. -В кн.: Анализ и синтез машин-автоматов. М., "Наука", 1965.

40. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., "Наука", 1974, 800 с.

41. Коротков В.П. Основы точности функциональных связей кинематических цепей. -В кн.: Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении. М., "Машиностроение", 1972, 616 с.

42. Коротков В.П., Шаронов М.Г. Стандартизация методов расчета точности кинематических цепей. "Стандарты и качество", 1975, № 8, с. 69.

43. Кутай А.К. О математико-статистическом анализе точностив индивидуальном и мелкосерийном производстве и о запасе точности. -В кн.: Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении. Вып. 6, Л., "Машиностроение", 1972, с. 116.126.

44. Кушнир Э.Ф. Методы динамических испытаний станков на основе обработки информации, получаемой непосредственно в процессе их работы. Автореферат канд. диссертации. ЭНИМС, 1979.

45. Кэйн Э. Экономическая статистика и эконометрия. Вып. 2, М., "Статистика", 1977, 228 с.

46. Левашов А.В. Основы расчета точности кинематических цепей металлорежущих станков. М., "Машиностроение", 1966, 205 с.

47. Левицкий М.Я. Корректирующие устройства. Киев, "Техш'ка", 1969, 185 с.

48. Лившиц Г.А.,Швецова Г.Д. Циклическая погрешность зубофре-зерования и выбор числа зубьев делительных колес станков. -В кн.: "Передовой научно-технический и производственный опыт", № М-59--263/42, М., ВДТЭИН, 1959.

49. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М., "Наука", 1968, 570 с.

50. Лукьянов В.П. Исследование вынужденных колебаний металлорежущих станков спектральным методом. Канд. диссертация, Мосстан-кин, М., 1975.

51. Люкшин B.C. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущего инструмента. М., "Машиностроение", 1968, 370 с.

52. Маеров А.Г. О различных способах расчетов точности кинематических цепей. ч-"Станки и инструмент", 1976, № 12 (реф.депонир. статьи).

53. Мачитидзе А.В. Влияние циклических погрешностей зубошли-фовального станка на точность шага изделия. -"Станки и инструмент", 1962, № 12.

54. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. М., "Машиностроение", 1981, 103 с.

55. Мельникова Т.Н. Регулирование червячных передач. -В сб.: Колебания механизмов с зубчатыми передачами, М., "Наука", 1977, с. 139.143.

56. Методика испытаний станков в производственных условиях, определение исходных данных для расчета несущих систем станков на основе обработки результатов производственных испытаний станков методами статистической динамики. Отчет ЭНИМС, М., 1977.

57. Минервин Г.В. Применение новых приемов корреляционного анализа связей между производственными факторами. -"Организация и методы экономического анализа в промышленности", М., "Экономика", 1972, 129 с.

58. Овумян Г.Г., Хухрий С.А. Влияние неравномерности крутящего момента на некоторые параметры процесса зубофрезерования. -"Вестник машиностроения", № 4, 1978, с. 51.60.

59. Овумян Г.Г., Езерский Е.В., Хухрий С.А. Повышение производительности и качества чистового зубонарезания. М., "Машиностроение", 1979, 64 с.

60. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. ГОСТ 1643-81.

61. Плужников А.И., Шадху Ш.Б. Анализ кинематической точности зубо- и резьбообрабатывающих станков. Труды университета Дружбы народов имени Патриса Лумумбы, Т.ХУ1, Вып. 2, М., "Машиностроение", 1966, 117 с.

62. Плужников А.И., Сирицын А.И. Анализ вариантов кинематической цепи по критерию точности на стадии проектирования станка. • -"Станки и инструмент", 1982, № 2, с. 8.10.

63. Плужников А.И. Влияние структуры кинематической цепи на её выходную точность. -В кн.: Взаимозаменяемость в машиностроении и приборостроении. Труды метрологических институтов СССР, Вып.У, М., Изд-во стандартов, 1971, с. 43.46.

64. Плужников А.И., Лилеин В.Л., Перминов А.Е. Рациональное построение кинематической цепи токарно-винторезных станков.- "Станки и инструмент", 1976, № 3, с. 9.

65. Плужников А.И. 0 точности цилиндрических зубчатых передач с различными передаточными отношениями. -В кн.: Исследование в области металлорежущих станков. Вып. З.М., Машгиз, 1955, с. 60.73.

66. Повышение точности зубчатых колес на операциях зубообра-ботки на базе исследований с применением методов и средств измерения кинематической точности (отчет), тема 108-66, раздел 2, инв. №

67. Б010285, НИИТАВТОпром, 1969, 150 с.

68. Повышение производительности и качества работы металлорежущих станков и инструментов (отчет), тема № 25/1-80, инв. № Б873135, ВЗПИ, 1980.

69. Производство зубчатых колес. Справочник. Под. ред. Б.А. Тайца. М., "Машиностроение", 1975, 728 с.

70. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. М., "Машиностроение", 1977, 390 с.

71. Решетов Д.Н. Повышение точности металлорежущих станков. М., Серия C-I "Станкостроение", 1979, 105 с.

72. Рыжов Э.В. Исследование жесткости зубофрезерных станков. Труды Брянского института транс, маш-я, Вып. XIX, 1961.

73. Сирицын А.И., Плужников А.И., Шевченко Б.П. Влияние параметров делительной червячной передачи на выходную точность зу-бофрезерного станка. "Станки и инструмент", 1978, № 12, с. 13. .15.

74. Сирицын А.И., Плужников А.И. Суммирование погрешностейв кинематических цепях станков. "Вестник машиностроения", 1982, № 4, (реф. депонир. статьи).

75. Сирицын А.И., Мельникова Т.Н., Айрапетов С.Э. Регулирование зазора в конической передаче. "Вестник машиностроения", 1981, № 2, с. 24.26.

76. Сирицын А.И., Минервин Г.В. Определение коэффициента перекрытия червячной передачи. "Вестник машиностроения", 1981,10, с. 23.26.

77. Сирицын А.И. и др. Способ определения параметров процесса резания. Авторское свидетельство № 996914, Б.И. № 6, 1983.

78. Сирицын А.И. и др. Способ определения погрешностей зубчатых колес. Авторское свидетельство № 99II47, Б.И. № 3, 1983.

79. Сирицын А.И., Башкиров В.Н., Цырлин М.М. Способ градуировки динамометров составляющих силы резания. Авторское свидетельство № 913085, Б.И. № Ю, 1982.

80. Сирицын А.И. и др. Червячная передача. Авторское свидетельство № 714087, Б.И. № 5, 1980.

81. Сирицын А.И. и др. Стол зубообрабатывающего станка. Авторское свидетельство № 906653, Б.И. № 7, 1982.

82. Сирицын А.И., Плужников А.И., Никандров Ю.В. Привод формообразующих движений. Авторское свидетельство № 621922, Б.И.32, 1978.

83. Сирицын А.И. и др. Способ компенсации кинематической погрешности зубофрезерного станка. Авторское свидетельство № 1047627, Б.И. № 38, 1983.

84. Солоник И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М., "Машиностроение", 1972, 211 с.

85. Станки зубофрезерные вертикальные для цилиндрических колес. Нормы точности. ГОСТ 659-78Е.

86. Станки зубофрезерные горизонтальные для цилиндрических колес. Нормы точности. ГОСТ I8065-80E.

87. Старикович B.C. Влияние крутильной жесткости цепи деления зубофрезерного станка на точность нарезаемых колес. "Станки и инструмент", 1976, № 9, с. 8,9.

88. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. М., "Машиностроение", 1982, 360 с.

89. Тайц Б.А. Тенденции развития нормирования точности зубчатых передач. "Вестник машиностроения", 1981, № 2, с. 36.40.

90. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под. ред. А.Н. Гаврилова. М., "Машиностроение", 1973, 565 с.

91. Турпаев А.И. Самотормозящие механизмы. М., "Машиностроение", 1976, 206 с.

92. Исследование и расчет кинематической точности тяжелых зубофрезерных станков. Укрупненный расчет кинематической точности зубофрезерных станков (отчет), тема 65/4-78, инв. № Б795804,

93. КФ ВЗПИ, Сирицын А.И., Коломна, 1979, 26 с.

94. Файнерман И.Д. О суммировании погрешностей. -В кн.: Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении, Вып. 6, Л., "Машиностроение", 1972, с. 165.170.

95. Фарбер A.M. Технологическая точность зуборезных станков и способы ее повышения. М., "Машгиз", 1957, 190 с.

96. Фельдман М.С. Исследование колебаний несущей системы зубофрезерных станков и разработка мероприятий по повышению их динамического качества. Канд. диссертация, Мосстанкин, 1977.

97. Федоров И.М. Исследование влияния колебаний несущей системы, станка на точность обработки при скоростном зубофрезеровании. Канд. диссертация, ЭНИМС, 1973.

98. Фраймович С.Б. Влияние погрешностей винтовой поверхности червяка на циклическую погрешность червячной пары. "Станки и инструмент", 1971, №9, с. 17.19.

99. Хелимский И.Ф., Цейтлин A.C. Контроль кинематической цепи особо точного зубофрезерного станка. "Станки и инструмент", 1975, № 5, с. 24, 25.

100. Цепи кинематические. Методы расчета точности. ГОСТ 21098-75.

101. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. М., "Машиностроение", 1969, 487 с.

102. Швецова Г.Д. Оценка кинематической точности цепи делениязубофрезерных станков. "Станки и инструмент", 1980, № II, с.15. .17.

103. Экспериментальное исследование влияния изменения крутящего момента на червячной фрезе при зубофрезеровании на кинематическую точность зубофрезерного станка (отчет), тема № 65/4-78, инв. № Б844927, КФ ВЗПИ, Сирицын А.И., 1980, 32 с.

104. Ю5. Yonisfiita HuKuzo.DtnamLC Rotationat Accuracy of a Middle Size Sear HoSScncjMacfiinz

105. Ond the tear Cutting Pezformance. Experimentae Study on the Evaluation of Generating Accuracy of Gear Tee th in the Ho&SCrq Machine. Buee. Japan Sos. of Pre с. Епэд-; 1991.

106. Юб. Нотвегд Heinz-Juzyen. Azgeitscjenauy

107. Keit Zeitcjemdf>ez Wotzfiasmasckinen fuz, cjiofe laknzadez, n\X/eikstatt und Bet?/', 1921, N2 j 91-100.