автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми твердосплавными фрезопротяжками

На правах рукописи

СОТНИКОВ ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС КРУПНОГО МОДУЛЯ ДИСКОВЫМИ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ФРЕЗОПРОТЯЖКАМИ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел 2004

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Орловского государственного технического университета.

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Тарапанов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент Феофилов Николай Дмитриевич

кандидат технических наук Дерли Александр Николаевич

Ведущее предприятие

ОАО «Стекломаш» (г. Орел)

Защита состоится «20» февраля 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при Орловском государственном техническом университете (302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, главный учебный корпус, ауд. 212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета

Автореферат разослан «20» января 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

2004-4 27317

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Нарезание зубьев крупномодульных (т>8 мм) зубчатых колес отличается сложностью и очень высокой трудоемкостью. На операции, связанные с обработкой зубьев таких колес, затрачивается до 70 -80 процентов трудоемкости механической обработки всего зубчатого колеса.

Такое положение объясняется необходимостью удаления из впадин зубчатого венца большого объема металла, что требует разделения зуборезных операций на предварительную, чистовую, а в ряде случаев и отделочную. Кроме того, эти операции обычно выполняются с использованием зуборезных инструментов, изготовленных из быстрорежущих сталей, обеспечивающих сравнительно низкие режимы резания, и, прежде всего, скорость резания, которая не превышает 30 — 40 м/мин.

Отмеченные особенности изготовления крупномодульных зубчатых колес требуют использования на зуборезных операциях большого количества сложных, дорогостоящих, а часто и уникальных зубообрабатывающих станков, занимающих значительные производственные площади, сложного, а, следовательно, дорогостоящего режущего инструмента, занятости значительного числа станочников. Все это приводит к большим производственным затратам и значительной технологической себестоимости зуборезных операций, а в итоге к высокой стоимости изготавливаемых зубчатых колес.

Поэтому весьма актуальной задачей для производства зубчатых колес крупного модуля является совершенствование существующих и разработка новых процессов зубонарезания, позволяющих значительно увеличить производительность при обеспечении требуемого качества.

Цель работы. Повышение производительности процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля при обеспечении 8...9 степени точности по ГОСТ 1643-81 на основе использования дисковых твердосплавных фрезопротяжек, выполненных с конструктивной подачей режущих лезвий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:

. разработать и исследовать высокопроизводительную технологическую схему скоростного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающую операции предварительной и чистовой обработки зубьев дисковыми твердосплавными фрезопротяжками;

. разработать математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, позволяющую описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения шири-

ны и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса;

• выполнить анализ параметров срезаемых слоев и разработать методику выравнивания процесса предварительного зубонарезания дисковой фрезопро-тяжкой по толщине и площади срезаемых слоев на участках врезания и выхода, позволяющую установить закономерность изменения подачи;

• разработать методику профилирования чистовых дисковых фрезопро-тяжек, позволяющую определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих лезвий инструмента, обеспечивающих минимизацию и выравнивание по всей формируемой эвольвентной поверхности зубьев колеса составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений;

• разработать конструкции и изготовить дисковые твердосплавные фре-зопротяжки для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм и провести их производственные испытания;

• определить точностные характеристики обработанной партии зубчатых колес, установить критерии износа зубьев инструмента и дать рекомендации по назначению рациональных режимов резания.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе положений геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, теории резания, основ технологии машиностроения, с использованием методов аналитической и дифференциальной геометрии, математического моделирования и программирования. Экспериментальные исследования выполнялись на действующем технологическом оборудовании в лабораторных и производственных условиях с последующей обработкой полученных результатов с использованием методов статистического анализа данных.

Автор защищает:

1. Высокопроизводительную технологическую схему, включающую операции предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми твердосплавными фрезопротяж-ками.

2. Математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, включающую описание движения режущего лезвия инструмента и зависимости для определения геометрических параметров срезаемых слоев, позволяющую выполнять анализ схем резания в пространстве.

3. Методику выравнивания процесса предварительного зубонарезания, включающую анализ геометрических параметров срезаемых слоев и позволяющую за счет неравномерной подачи на участках врезания и выхода повысить производотедоносп» обработки,..

4. Аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев цилиндрического прямозубого колеса дисковыми фрезопротяж-ками, выполненными с конструктивной подачей и смещением режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента.

5. Методику профилирования чистовых дисковых фрезопротяжек, позволяющую определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих лезвий инструмента, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, на формируемой эвольвентной поверхности зуба колеса.

6. Конструкции черновой и чистовой дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами.

7. Результаты экспериментального исследования процесса зубонареза-ния цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.

Научная новизна работы. Разработан комплексный высокопроизводительный процесс зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающий предварительную и чистовую обработку дисковыми фрезопротяжками, выполненными с взаимозависимым расположением режущих лезвий из условия равномерной нагруженности зубьев для чернового инструмента и минимизации и выравнивания погрешности формообразования для чистового инструмента.

Получена математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска, позволяющая описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев в пространстве, рассчитать мгновенные значения параметров срезаемых слоев, закономерность их изменения при обработке впадины зубчатого колеса и определить профильные углы и величину конструктивной подачи режущих лезвий.

Практическая ценность работы заключается:

• в доказанной возможности использования дисковых твердосплавных фрезопротяжек для высокопроизводительного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля 8... 9 степени точности по ГОСТ 1643-81;

• в рекомендациях по проектированию дисковых твердосплавных фрезопротяжек, включающих пакет прикладных программ для персонального компьютера (ПК);

• в разработке конструкций дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами;

• в рекомендациях по практическому использованию дисковых твердо -сплавных фрезопротяжек, включающих рациональные режимы резания и допустимые величины износа зубьев.

Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены в ОАО «Дормашина» при обработке зубчатых колес (т=10 мм, Z=40) балансира автогрейдера, в ООО «Редуктор» и используются в учеб-

ном процессе при изучении дисциплин «Режущий инструмент» и «Проектирование инструментов» в ОрелГТУ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях'. "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология -2000" (Орел, 2000), "Высокие технологии в машиностроении" (Самара, 2002), на международной научно-технической интернет конференции "Fundamental and applied technological problems of machine building. Technology - 2002" (Oryol, 2002), на всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении" (Устинов, 1986), на республиканской научно-технической конференции "Опыт отраслей машиностроения и научные достижения - производству тракторов и сельхозмашин" (Севастополь, 1989); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ в 1980-2003 г.г. и Тульского политехнического института в 19801985 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, включая авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 181 страницу текста, в том числе 158 страниц основного текста, включает 57 рисунков, 34 таблицы и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, направленных на совершенствование процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, приведена общая характеристика работы, сформулированы научная новизна, практическая ценность работы, а также изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ работ, касающихся вопросов зубонаре-зания цилиндрических зубчатых колес. Выявлено, что исследованию процессов зубонарезания крупномодульных колес уделено немного внимания, хотя их изготовление имеет ряд особенностей. Этими вопросами в разное время занимались отечественные ученые Я. И. Адам, П. Т. Вагин, Г. Г. Иноземцев, Д. К. Маргулис, Г. Г. Овумян, А. К. Сидоренко, В. Ф. Шаповалов и др.

Основные направления повышения производительности процессов зубо-фрезерования червячными и дисковыми фрезами, получивших наибольшее распространение в практике производства крупномодульных зубчатых колес, выявлены на основе анализа формул основного технологического времени. К таким направлениям относятся увеличение скорости резания и подачи, уменьшение длины пути подачи, а также увеличение числа заходов червячной фрезы

или числа одновременно обрабатываемых впадин для дисковых фрез. Наибольший эффект обеспечивается при комплексном использовании этих направлений.

Существенному увеличению скорости резания, достигаемому оснащением инструмента твердым сплавом, для процесса червячного зубофрезерования препятствует его кинематика, предусматривающая строгое согласование вращательных движений фрезы и заготовки и ограничивающая возможную скорость резания. Наиболее полное использование режущих возможностей твердого сплава обеспечивают процессы зубофрезерования, у которых вращение фрезы кинематически не связано с другими движениями формообразования.

В работе приведена классификация процессов скоростного зубофрезеро-вания цилиндрических прямозубых колес. Анализ таких процессов показывает, что для скоростного предварительного и чистового зубонарезания крупномодульных колес целесообразно использовать дисковые фрезы с конструктивной подачей режущих лезвий. В дальнейшем такие фрезы, учитывая наличие конструктивной подачи, будем называть дисковыми фрезопротяжками.

Практическое применение дисковых фрез, оснащенных твердым сплавом, для предварительного зубонарезания крупномодульных колес на ряде предприятий у нас в стране и за рубежом подтверждает правильность такого выбора.

Приведены варианты конструкций твердосплавных дисковых зуборезных фрез, рассмотрены особенности их схем резания, износа зубьев, выбора марки твердого сплава и рекомендуемые режимы резания.

Поставлена цель работы и сформулированы основные задачи теоретических и экспериментальных исследований.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы проектирования процессов зубонарезания дисковыми фрезопротяжками.

Кинематика процесса зубонарезания цилиндрического прямозубого колеса дисковой фрезопротяжкой представлена на рис. 1, где Оу - главное движение, определяющее скорость резания, 05 - движение подачи, Ой — движение единичного деления. Формообразующие движения Оу И 05 выполняются одновременно, но с разными скоростями - скорость главного движения в 600 - 1000 раз больше скорости движения подачи.

С учетом такой кинематики разработана математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками (рис. 2):

Рис 1 - Схема зубонарезания ко-дисковой Фрезопротяжкой

где Л; = -^(Я • «м (3 - • С05*к)2 + а] , 1} = и-],

2к

Ху, Уу, Zj - текущие координаты рассматриваемой точки режущего лезвия; Л,- - радиус инструмента в рассматриваемой точке; Хо— расстояние по оси ОХ от начала системы координат до центра инструмента в рассматриваемом положении; щ — текущее значение угла поворота инструмента, град.; фок — центральный угол, определяющий положение рассматриваемого зуба инструмента в его начальном положении; щ -центральный угол, определяющий смещение рассматриваемой точки режущего лезвия относительно осевой плоскости инстру-

М)

Рис 2

Схема срезания припуска мента, проходящей через вершину зуба на расчетном радиусе R; ацг - расстояние между осью вращения инструмента и осью зубчатого колеса; —координата узловой точки режущего лезвия рассматриваемого зуба инструмента; Ц -расстояние от узловой точки до рассматриваемой точки в плоскости передней поверхности зуба инструмента; 5о - подача на оборот инструмента, мм/об; Ьо — длина элементарного участка режущего лезвия; j — порядковый номер элементарного участка; — смещение передней поверхности зуба относительно оси инструмента; ак - профильный угол режущего лезвия рассматриваемого зуба.

где к - порядковый номер зуба; - количество зубьев инструмента. Участие зуба в резании описывается системой ограничений:

Ху > Ьв,

Хц > X01,

Уу<УЦ? У

ХуКЬ,

Ьв - длина участка врезания; В - ширина обрабатываемого зубчатого венца.

радиус окружности выступов зубчатого колеса; Ущ - координата, опреде

и,

ляющая максимальный угол контакта рассматриваемой точки режущего лезвия с заготовкой; Ь — максимальная длина перемещения инструмента.

Участки врезания и выхода имеют одинаковую длину:Ьв -ф• (Иа-I), где * — глубина прорезаемой впадины; Д, — наружный диаметр инструмента.

Для определения параметров срезаемого слоя вся длина режущего лезвия зуба разбивается на элементарные участки величиной Ьо, которые принимаются в пределах 0,1 - 0,5 мм. Мгновенная толщина срезаемого зубом слоя металла определяется в середине элементарного участка, а мгновенная площадь -как сумма площадей срезов элементарных участков режущего лезвия, находящихся в резании:

где К — количество режущих зубьев в группе, формирующий данный участок профиля впадины;

По найденным значениям а,у и можно определить максимальную мгновенную толщину и суммарную мгновенную площадь срезов при заданном угле поворота фрезы с учетом одновременной работы нескольких зубьев.

Ли,=тах(ау), =

Модель позволяет описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения параметров срезаемых слоев (толщины, ширины и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине каждой режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса.

С использованием данной модели разработан пакет прикладных программ для ПК, позволяющий выполнить численный анализ геометрических параметров срезаемых слоев, загруженности режущих зубьев и выбора рациональной схемы срезания припуска.

Расчеты показывают, что мгновенные значения площади срезаемого слоя, которая является косвенной характеристикой жжении зубьев черновой фрезопротяжки

Рис. 3 Изменение площади среза при рае-камерном и неравномерном распо-

силового фактора процесса, при работе черновой фрезопротяжки изменяются в широких пределах с большой амплитудой, что указывает на значительную неравномерность процесса зубонарезания (рис. 3). Неравномерное расположение зубьев по образующей инструмента позволяет уменьшить максимальное значение площади среза на 10-20 процентов и сократить ее амплитуду на 20-30 процентов, повышая тем самым равномерность процесса обработки. Неравномерное расположение зубьев реализовано в конструкции черновой фрезопро-тяжки.

Особенностью процесса предварительного зубонарезания является значительная длина участков врезания и выхода инструмента. Так при зубонаре-зании колеса (т=10 мм, Z=40, с шириной зубчатого венца 70 мм) дисковой фрезопротяжкой диаметром 250 мм суммарная длина участков врезания и выхода составляет 5,6 м. Как показывают расчеты, на этих участках возможности станка и инструмента используются не полностью, так как толщина и площадь срезаемых слоев значительно меньше, чем на участке установившегося резания.

Разработана методика выравнивания процесса предварительного зубонарезания дисковой фрезопротяжкой на участках врезания и выхода, которая позволяет за счет неравномерной подачи увеличить производительность обработки. Условия такого выравнивания определяют, что в выровненном процессе на участках врезания и выхода толщины и площади срезаемых слоев не должны превышать максимальных значений этих параметров для невыровненного процесса на участке установившегося резания. Определение закона неравномерной подачи и геометрических параметров срезаемых слоев для выровненного и невыровненного процессов реализовано в пакете прикладных программ для ПК. Установлено, что использование выравнивания при продольной подаче инструмента увеличивает производительность в 1,2 раза (рис. 4), а при использовании комбинированной подачи (радиальной на участке врезания и продольной на участке выхода) - в 1,5 раза.

Получены аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев цилиндрического прямозубого колеса дисковыми фрезопро-тяжками, выполненными с конструктивной подачей и смещением прямолинейных режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента:

Рис 4 - Совместное выравнивание по толщине и площади срезаемых слоев при неравномерной продольной подаче

• Ч'V, + (а„ ~ У)2 • «V, ~(В,-2)2 = а2- ,

(х-Б,)2-^ +(а„-у)2 '(В,-г)2 =а'г

ч2

ИГ

н^г

■ъ <Р,+1 + (а*~У) ■tg2<Pl+^-(В.^-г/ = а1 ^tgl<p¡+1,

Ъ2<Р,+1 +(а„-у)2~(Вм-г)2=а2-1г2<р,+и

где x,y u z- текущие координаты поверхностей в системе XYZ; а - смещение режущих лезвий зубьев инструмента относительно осевой плоскости; aw— межосевое расстояние зубчатого колеса и фрезопротяжки; <р1У и $?+1 - профильные углы режущих лезвий i и i+1 зубьев в плоскости передней поверхности; So — продольная подача фрезы на оборот; К - количество зубьев инструмента; В, и В,+1 - расстояния между линией межосевого перпендикуляра и действительной осью гиперболоидов вращения, образованных режущими лезвиями соответственно I и 1+7 зуба.

Уравнения (2) описывают четыре соседние поверхности резания, которые оставляют след на формируемой поверхности зуба колеса (рис: 5). Как видно из уравнений (2) эти "поверхности имеют форму однополостного гиперболоида вращения, что обусловлено наличием смещения режущих кромок зубьев инструмента относительно его осевой плоскости.

Максимальные отклонения формируемой поверхности от номинальной (геометрически точной) имеют место в точках А и С пересечения соседних поверхностей резания, координаты которых определяются зависимостями:

Рис 5- Схема формирования эволь-вентной поверхности зуба колеса

гс =

К-1

.2

Ус = а»

х .-Л к+2

с 2 К

Отклонения, определяющие величину составляющей шероховатости Ь^ обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, можно найти, например, для точки А. с использованием зависимостей:

где - угол развернутости эвольвенты в точке А пересечения поверхностей резания; г¡, — радиус основной окружности зубчатого колеса; щ - центральный угол зубчатого колеса, определяющий положение точки начала эвольвентной кривой на основной окружности.

Разработан пакет прикладных программ для ПК, позволяющий определить координаты любой точки формируемой поверхности зуба колеса и ее отклонения от номинальной эвольвентной поверхности.

Расчеты по этим программам показывают, что при равномерном изменении профильных углов расположения режущих кромок от зуба к зубу инструмента величина составляющей шероховатости увеличивается от ножки зуба крупномодульного колеса к его головке до 10 раз. Конструкции дисковых фре-зопротяжек открывают возможность управления величиной этой составляющей шероховатости за счет конструктивной подачи режущих кромок зубьев.

Для чистовых дисковых фрезопротяжек разработана методика профилирования, позволяющая определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих кромок, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости Ы по всей формируемой эволь-вентной поверхности зуба колеса.

В третьей главе приведено описание оборудования, инструмента и оснастки для реализации разработанной схемы зубонарезания.

Дисковые твердосплавные фрезопротяжки рекомендуется использовать на зубофрезерных станках моделей ЕЗ-59 и ЕЗ-60 Егорьевского станкозавода, которые обладают повышенной жесткостью и специально предназначены для скоростного предварительного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модулем до 12 мм. Для чистовой обработки зубчатых колес проведена модернизация станка модели ЕЗ-59, позволившая увеличить точность механизма деления. С этой целью в коробку деления станка дополнительно введен

делительный диск, который доворачивается до требуемого положения фиксатором, установленным на штоке гидроцилиндра.

Рассматриваемый инструмент может также использоваться на универсальных зубофрезерных станках (модели 5А342, 5343 и др.), имеющих механизм единичного деления.

Черновая и чистовая дисковые фрезопротяжки оснащаются пластинами твердого сплава, выполненными в форме прямоугольного параллелепипеда с радиусным профилем на вершинах. За счет определенного расположения режущих пластин обеспечивается требуемая схема формирования профиля впадин зубчатого колеса на операциях предварительного и чистового зу-бонарезания (рис. 6).

Двухрядная черновая фре-зопротяжка (рис. 7) за один проход прорезает две соседние впадины, что обеспечивается поочередным размещением пластин на периферии, с внешней или внутренней стороны каждого ряда. Зубья фрезопротяжки объединены в группы, формирующие различные участки профиля впадины. Зубья группы имеют идентичное расположение пластин, а количество групп принимается в зависимости от числа зубьев нарезаемого колеса из условия обеспечения равномерного припуска на чистовую обработку. Для выравнивания загрузки зубья каждой группы располагаются равномерно по окружности, а их количество принимается в зависимости от объема металла,

Рис 7 - Конструкция черновой дисковой удаляемого зубьями группы из г

фрезопротяжки

впадины колеса. Фрезопротяжка г

для предварительного зубонарезания колеса (т=10 ММ, /=40), изготовленная с наружным диаметром 250 мм, имеет в каждом ряду по 16 зубьев, расположенных, согласно рис. 6 и 7, в последовательности 1-2-1-3-1-4-1-5-1-2-1-3-1-4-1-5.

Чистовая фрезопротяжка имеет аналогичную двухрядную конструкцию, в которой режущие пластины расположены только с внешней стороны каждого ряда под изменяющимися от зуба к зубу углами профиля, что обеспечивает конструктивную подачу режущих кромок и огибание поверхности зуба колеса.

Фрезопротяжка (рис. 8) состоит из цилиндрического с двумя опорными выступами корпуса 1, в сквозных продольных пазах которого установлены вставки 2. Каждая вставка выполнена с двумя симметрично расположенными ориентирующими пазами, в которых размещаются твердосплавные режущие пластины 3 и опорные подкладки 4. Подкладки имеют форму режущих пластин, предназначены для предохранения корпуса от повреждении и исполняют роль звена компенсатора при первоначальной сборке и регулировке.

Вставки фиксируются фланцами 5, напрессованными при первоначальной сборке на шлифованные шейки корпуса и закрепляются винтами 6. Режущие пластины крепятся по передней поверхности плоскими клиньями 7, выполненными с Т-образным пазом для размещения винтов 8, которые головкой затягивают или освобождают клин.

Форма режущих пластин упрощает технологию их изготовления и увеличивает коэффициент использования твердого сплава за счет возможности многократной их перестановки в корпусе. Задние углы на режущих лезвиях зубьев обеспечиваются расположением пластин со смещением относительно осевой плоскости инструмента в направлении его вращения.

Контроль правильности расположения режущих лезвий зубьев и регулировку фрезопротяжек при их первоначальной сборке рекомендуется выполнять на приборе УЗП-400, оснащенном специальной измерительной головкой.

В четвертой главе представлены методика и результаты экспериментального исследования процессов предварительного и чистового зубонареза-ния дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.

Исследование силы резания выполнялось для процесса предварительного зубонарезания на фрезерном станке с ЧПУ с использованием стандартного комплекта динамометра УДМ-1200 при равномерной и неравномерной подаче. Неравномерность продольной и радиальной подачи на участках врезания и выхода обеспечивалась за счет ее ступенчатого изменения, в соответствии с теоретически установленным законом. Динамометром измерялись вертикальная и горизонтальная составляющие силы резания.

Рис. 8 - Конструкция чистовой дисковой фрезопротяжки

Установлено, что сила резания изменяется практически пропорционально площади срезаемых слоев. При неравномерной подаче на участках врезания и выхода, где выравнивание производилось по площади срезаемых слоев, значения силы резания соответствуют максимальным значениям, измеренным на участке установившегося резания при равномерной подаче. На участках, где выравнивание выполнялось по толщине срезаемого слоя, значения силы резания немного (до 15-20 процентов) меньше, чем на участке установившегося резания, что согласуется с графиком на рис. 4. Полученные результаты подтверждают возможность использования методики выравнивания процесса предварительного зубонарезания, выполняемой совместно по толщине и площади срезаемых слоев.

Исследование износа зубьев дисковых твердосплавных фрезопротяжек выполнялось при проведении производственных испытаний предлагаемой технологической схемы зубонарезания. Обрабатывалась партия из 100 зубчатых колес балансира автогрейдера (т=10 мм, Z=40, Ь=70 мм, сталь ЗОХГТ НВ 163 - 207) с режимами резания (У=170 - 230 м/мин, S=250- 400 мм/мин, без охлаждения) на модернизированном станке модели ЕЗ-59 (рис. 9) с использованием дисковых фрезопротяжек диаметром 250 мм, оснащенных пластинами твердого сплава Т5К10 и Т15К6

Рис 9 - Нарезание зубьев колес дисковыми твердосплавными фрезопротяж коми намодернизированном станке ЕЗ-59: а) - предварительное, б) - чистовое

Износ наблюдался на задних поверхностях зубьев. Установлено, что у черновой фрезопротяжки имеет место неравномерный износ, как по длине режущей кромки каждого зуба, так и у зубьев, обрабатывающих различные участки профиля впадины. Наибольшему износу подвержены зубья, обрабатывающие дно и галтели впадин, что объясняется увеличенными углами контакта этих зубьев с заготовкой, увеличенной толщиной и объемом срезаемого слоя.

Зубья чистовой фрезопротяжки изнашиваются в 2 - 3 раза медленнее и более равномерно, что обусловлено небольшим и достаточно равномерным (до 1-1,3 мм) припуском на обработку, значительно меньшим изменением тол-

щины срезаемого слоя и углов контакта с заготовкой у различных зубьев инструмента. Стойкость режущих пластин из твердого сплава Т15К6 оказалась в 1,2 раза выше, чем у сплава Т5К10.

Для выявления точностных характеристик технологической схемы зу-бонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками проведен контроль по параметрам кинематической точности, контакта зубьев и плавности работы партии зубчатых колес, обработанных при производственных испытаниях. На основе статистической обработки результатов измерений установлено, что все обработанные зубчатые колеса соответствуют 8...9 степени точности по ГОСТ 1643-81, а нормальный закон распределения параметров точности указывает на устойчивость процесса обработки во времени.

Пятая глава посвящена реализации результатов исследований и расчету экономической эффективности зубонарезания цилиндрических прямозубых колес балансира автогрейдера Д557.04.02.002 и Д557-1.04.02.057 (ОАО «Дор-машина») с параметрами: модуль 10 мм, число зубьев 40, ширина венца 70 мм, изготовленных из стали ЗОХГТ (НВ 163 - 207).

Для процессов предварительного и чистового зубонарезания на модернизированном зубофрезерном станке модели ЕЗ-59 установлены рациональные режимы резания при использовании фрезопротяжек, оснащенных твердым сплавом Т15К6, которые соответственно равны: скорость резания 180 и 220 м/мин, продольная подача 1,6 и 1,5 мм/об. Стойкость черновой и чистовой фрезопротяжек между перестановками твердосплавных пластин составляет соответственно 210 и 280 мин при допустимом износе по задней поверхности 1 и 0,4 мм. Увеличение производительности предварительного и чистового зу-бонарезания соответственно составило 4,2 и 2,7 раза по сравнению с обработкой червячными фрезами при обеспечении 8...9 степени точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81. За счет снижения технологической себестоимости экономический эффект при программе выпуска 1500 зубчатых колес составляет 138 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Доказана реализацией в производственных условиях возможность значительного повышения производительности зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля 8... 9 степени точности при использовании дисковых твердосплавных фрезопротяжек с конструктивной подачей режущих лезвий.

2. Разработана математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, позволяющая описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения параметров срезаемых слоев (толщины, шири-

ны и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса.

3. Установлено, что расположение зубьев черновой дисковой фрезопро-тяжки с неравномерным шагом по ее образующей уменьшает максимальное суммарное значение площади среза до 20 процентов и сокращает амплитуду ее изменения до 30 процентов, повышая равномерность обработки.

4. Разработана методика выравнивания процесса предварительного зубо-нарезания дисковой фрезопротяжкой по толщине и площади срезаемых слоев на участках врезания и выхода, позволяющая установить закономерность изменения подачи. Расчетами установлено, что неравномерная подача дополнительно обеспечивает увеличение производительности обработки до 20 процентов при использовании продольной подачи и до 50 процентов при использовании комбинированной подачи (радиальной на участке врезания и продольной на участке выхода).

5. Получены аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев колеса дисковыми фрезопротяжками, выполненными с конструктивной подачей и смещением режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента, и позволяющие определить для этой поверхности величину составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений.

6. Установлено, что при равномерном изменении профильных углов режущих кромок зубьев чистовой дисковой фрезопротяжки величина составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, увеличивается от ножки зуба круп-номодулього колеса к его головке до 10 раз. Конструкции дисковых фрезо-протяжек позволяют управлять величиной этой составляющей шероховатости за счет изменения конструктивной подачи режущих кромок зубьев.

7. Для чистовых дисковых фрезопротяжек разработана методика профилирования, позволяющая определить профильные утлы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих кромок зубьев, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, по всей формируемой эвольвентной поверхности зуба колеса.

8. Разработаны конструкции дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес (т=10 мм, /=40), выполненные с конструктивной подачей режущих кромок и оснащенные взаимозаменяемыми пластинами твердого сплава в форме прямоугольного параллелепипеда с радиусным профилем на вершинах.

9. В результате производственных испытаний установлены рациональные режимы резания для процессов предварительного и чистового зубонаре-зания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками цилиндрических прямо-

зубых колес модуля 10 мм, определяющие соответственно скорость резания 180 и 220 м/мин и подачу на оборот инструмента 1,6 и 1,5 мм/об. Рекомендуемые режимы при оснащении фрезопротяжек твердым сплавом Т15К6 и обработке колес из стали 30ХГТ (НВ 163 - 207) обеспечивают период стойкости чернового инструмента 210 мин, чистового - 280 мин при допустимом износе по задней поверхности зубьев соответственно 1 и 0,4 мм.

10. На основании проведенных исследований разработаны и внедрены в производство со значительным экономическим эффектом (свыше 170 тыс. руб.) на орловских предприятиях ОАО «Дормашина» и ООО «Редуктор» дисковые твердосплавные фрезопротяжки для предварительного и чистового зу-бонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм, обеспечивающие повышение производительности до 4 раз, снижение технологической себестоимости до 40 процентов, при точности получаемых зубчатых колес в пределах 8...9 степени по ГОСТ 1643-81.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Мельков Ю.П., Сотников В. И. Профилирование дисковых огибающих зуборезных фрез. // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием. - Сб. науч. трудов. Тула: ТулПИ, 1983. -С.171-177.

2. Коганов И.А., Сотников В. И. Оптимизация при проектировании огибающих дисковых зуборезных фрез. // Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении. - Тезисы докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. в г. Устинове 14-16 октября 1986 г. - М.: ЦП НТО Машпром, 1986. - С. 67-70.

3. Сотников В. И. Исследование точности цилиндрических прямозубых колес, нарезанных огибающими дисковыми зуборезными фрезами. // Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин. - Сб. науч. трудов. - Тула: ТулПИ, 1987. - С. 88-92.

4. Сотников В. И. Оптимизация (выравнивание) процесса предварительного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезами. // Совершенствование конструирования и технологии производства приборов, машин и механизмов. - Орел: ОФ МИЛ, 1990. - С. 283-291.

5. Сотников В. И. Алгоритм расчета огибающих дисковых зуборезных фрез, оснащенных неперетачиваемыми пластинами твердого сплава. // Совершенствование конструирования и технологии производства приборов, машин и механизмов. - Орел: ОФ МИЛ, 1990. - С. 279-282.

6. Сотников В. И. Высокопроизводительная технологическая схема скоростного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля. // Современные методы повышения качества и надежности продукции на предприятиях машиностроения. - Материалы межрег. науч.-техн. семинара -

Орел: ОФ МИП, 1990. - С.52-58.

7. Сотников В. И. Дисковые фрезы для скоростного предварительного зубонарезания. // Исследования в области инструментального производства и обработки материалов резанием. - Сб. науч. трудов. - Тула: ТулПИ, 1991. - С. 90-95.

8. А. с. 1704967. Способ обработки зубчатых колес. / Сотников В.И. // Бюл. изобр. - 1992, - №2. - 4 с.

9. Сотников В. И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Управление величиной огранки- эвольвентного профиля посредством конструктивного огибания. // Справочник. Инженерный журнал. -№11,2000. - С. 16-20.

10. Сотников В. И. Нарезание зубьев цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми фрезами с конструктивной подачей. // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения - Technology -2000. - Тр. междунар. науч.-техн. конф. - Орел: ОрелГТУ, 2000. - С. 213-216.

11. Сотников В. И., Тарапанов А. С., Харламов Г.А. Определение закона изменения конструктивной подачи при проектировании дисковых огибающих зуборезных фрез. // Справочник. Инженерный журнал. - №12,2002. - С. 19-22.

12. Сотников В. И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Особенности сборки и регулировки дисковых фрез, оснащенных сменными твердосплавными пластинами, для обработки зубчатых колес крупного модуля. // Сборка в машиностроении, приборостроении. -№12, 2002. — С. 5-7.

13. Сотников В. И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Повышение эффективности зубонарезания цилиндрических колес крупного модуля. // Высокие технологии в машиностроении: Материалы междунар. науч.-техн. конф. в г. Самаре 19-21 ноября 2002 г. - Самара: СГТУ, 2002. - С. 55-58.

14. Сотников В. И., Мельков Ю.П., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Огибающие дисковые зуборезные фрезы для чистовой обработки зубьев крупномодульных колес. // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения — Technology - 2002. — Тр. междунар. науч.-техн. конф. -Орел: ОрелГТУ, 2002. - С. 134-138.

15. Мельков Ю.П., Сотников В.И., Винокурова Н.В. Способ чистовой обработки зубьев колес среднего и крупного модуля червячными фрезами, оснащенными твердым сплавом. // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения - Technology — 2002. - Тр. междунар. науч.-техн. конф. - Орел: ОрелГТУ, 2002. - С. 95-99.

16. Сотников В.И., Селихов А.А., Селихов ДА. Математическое отображение кинематической схемы резания при зубонарезании цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезами // Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение. - Орел: ОрелГТУ, - №1,2003. - С. 20-23.

17. Сотников В. И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Теория и практика проектирования гибридных зуборезных инструментов. // Справочник. Инженерный журнал. Приложение. - №8, 2003. - С. 13-19.

«■1913

РНБ Русский фонд

2004-4 27317

Отпечатано в типографии ФДО ОрелГТУ Заказ №610 Тираж 120 экз 302020 Орел, Наугорское шоссе, 29

ВВЕДЕНИЕ.

1 НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС

КРУПНОГО МОДУЛЯ.

1.1 Особенности процессов обработки зубьев цилиндрических колес крупного модуля.

1.2 Направления повышения производительности процессов зубофрезерования.

1.3 Анализ способов скоростного зубофрезерования цилиндрических зубчатых колес.

1.4 Обзор конструкций дисковых твердосплавных зуборезных фрез.

1.5 Выводы и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ * ПРОЦЕССОВ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ДИСКОВЫМИ

ФРЕЗОПРОТЯЖКАМИ.

2.1 Математическое отображение кинематической схемы срезания припуска при зубонарезании дисковыми фрезопротяжками.

2.2 Определение геометрических параметров срезаемых слоев.

2.3 Выравнивание процесса предварительного зубоиарезания на участках врезания и выхода инструмента.

2.4 Особенности формообразования поверхности зубьев колеса при зубонарезании дисковыми фрезопротяжками.

2.5 Погрешности формообразования боковой поверхности зубьев колеса.

2.5.1 Огранка эвольвентного профиля зуба колеса.

2.5.2 Расчет суммарной погрешности формообразования зуба колеса.

2.6 Управление величиной погрешности формообразования.

Выводы.

3 ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ.

3.1 Зубофрезерные станки для скоростного зубонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.

3.2 Проектирование дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного зубонарезания.

3.3 Проектирование дисковых твердосплавных фрезопротяжек для чистового зубонарезания.

3.4 Приспособление для настройки и контроля дисковых фрезопротяжек.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ДИСКОВЫМИ ФРЕЗОПРОТЯЖКАМИ.

4.1 Исследование силы резания для процесса предварительного зубонарезания.

4.2 Исследование износа зубьев фрезопротяжек.

4.3 Исследование точности обработанных зубчатых колес.

Выводы.

5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

5.1 Реализация результатов работы.

5.2 Расчет экономической эффективности внедрения процессов зубонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.

Актуальность работы. Нарезание зубьев крупномодульных (т>8 мм) зубчатых колес отличается сложностью и очень высокой трудоемкостью. На операции, связанные с обработкой зубьев таких колес, затрачивается до 70 - 80 процентов трудоемкости механической обработки всего зубчатого колеса.

Такое положение объясняется необходимостью удаления из впадин зубчатого венца большого объема металла, что требует разделения зуборезных операций на предварительную и чистовую, а в ряде случаев и отделочную. Кроме того, эти операции обычно выполняются с использованием зуборезных инструментов, изготовленных из быстрорежущих сталей, обеспечивающих сравнительно низкие режимы резания, и, прежде всего, скорость резания, которая не превышает 30 - 40 м/мин.

Отмеченные особенности изготовления крупномодульных зубчатых колес требуют использования на зуборезных операциях большого количества сложных, дорогостоящих, а часто и уникальных зубообрабатывающих станков, занимающих значительные производственные площади, сложного, а, следовательно, дорогостоящего режущего инструмента, занятости значительного числа станочников. Все это приводит к большим производственным затратам и значительной технологической себестоимости зуборезных операций, а в итоге к высокой стоимости изготавливаемых зубчатых колес.

Поэтому весьма актуальной задачей для производства зубчатых колес крупного модуля является совершенствование существующих и разработка новых процессов зубонарезания, позволяющих значительно увеличить производительность при обеспечении требуемого качества.

Цель и задачи работы. Повышение производительности процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля при обеспечении 8.9 степени точности по ГОСТ 1643-81 на основе использования дисковых твердосплавных фрезопротяжек, выполненных с конструктивной подачей режущих лезвий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач: разработать и исследовать высокопроизводительную технологическую схему скоростного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающую операции предварительной и чистовой обработки зубьев дисковыми твердосплавными фрезопротяжками; разработать математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, позволяющую описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения параметров срезаемых слоев (толщины, ширины и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса; выполнить анализ параметров срезаемых слоев и разработать методику выравнивания процесса предварительного зубонарезания дисковой фрезопротяжкой по толщине и площади срезаемых слоев на участках врезания и выхода, позволяющую установить закономерность изменения подачи; чивающих минимизацию и выравнивание по всей формируемой эволь-вентной поверхности зубьев колеса составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений; разработать конструкции и изготовить дисковые твердосплавные фрезопротяжки для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм и провести их производственные испытания; определить точностные характеристики обработанной партии зубчатых колес, установить критерии износа зубьев инструмента и дать рекомендации по назначению рациональных режимов резания.

Методы исследовании. Теоретические исследования проводились на основе положений геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, теории резания, основ технологии машиностроения, с использованием методов аналитической и дифференциальной геометрии, математического моделирования и программирования. Экспериментальные исследования выполнялись на действующем технологическом оборудовании в лабораторных и производственных условиях с последующей обработкой полученных результатов с использованием методов статистического анализа данных.

Автор защищает:

1. Высокопроизводительную технологическую схему, включающую операции предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми твердосплавными фрезо-протяжками.

2. Математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, включающую описание движения режущего лезвия инструмента и зависимости для определения геометрических параметров срезаемых слоев, позволяющую выполнять анализ схем резания в пространстве.

3. Методику выравнивания процесса предварительного зубонареза-ния, включающую анализ геометрических параметров срезаемых слоев и позволяющую за счет неравномерной подачи на участках врезания и выхода повысить производительность обработки.

4. Аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев цилиндрического прямозубого колеса дисковыми фрезо-протяжками, выполненными с конструктивной подачей и смещением режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента.

5. Методику профилирования чистовых дисковых фрезопротяжек, позволяющую определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих лезвий инструмента, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, на формируемой эвольвентной поверхности зуба колеса.

6. Конструкции черновой и чистовой дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами.

7. Результаты экспериментального исследования процесса зубонаре-зания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.

Научная новизна работы. Разработан комплексный высокопроизводительный процесс зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающий предварительную и чистовую обработку дисковыми фрезопротяжками, выполненными с взаимозависимым расположением режущих лезвий из условия равномерной нагруженности зубьев для чернового инструмента и минимизации и выравнивания погрешности формообразования для чистового инструмента.

Получена математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска, позволяющая описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев в пространстве, рассчитать мгновенные значения параметров срезаемых слоев, закономерность их изменения при обработке впадины зубчатого колеса и определить профильные углы и величину конструктивной подачи режущих лезвий.

Практическая ценность работы заключается: в доказанной возможности использования дисковых твердосплавных фрезопротяжек для высокопроизводительного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля 8.9 степени точности по ГОСТ 1643-81; в рекомендациях по проектированию дисковых твердосплавных фрезопротяжек, включающих пакет прикладных программ для персонального компьютера (ПК); в разработке конструкций дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами; в рекомендациях по практическому использованию дисковых твердосплавных фрезопротяжек, включающих рациональные режимы ре-% зания и допустимые величины износа зубьев.

Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены в ОАО «Дормашина» при обработке зубчатых колес (т=10 мм, 2=40) балансира автогрейдера, в ООО «Редуктор» и используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Режущий инструмент» и «Проектирование инструментов» в ОрелГТУ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Доказана реализацией в производственных условиях возможность значительного повышения производительности зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля 8.9 степени точности при использовании дисковых твердосплавных фрезопротяжек с конструктивной подачей режущих лезвий.

2. Разработана математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, позволяющая описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения параметров срезаемых слоев (толщины, ширины и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса.

3. Установлено, что расположение зубьев черновой дисковой фрезо-протяжки с неравномерным шагом по ее образующей уменьшает максимальное суммарное значение площади среза до 20 процентов и сокращает амплитуду ее изменения до 30 процентов, повышая равномерность обработки.

4. Разработана методика выравнивания процесса предварительного зубонарезания дисковой фрезопротяжкой по толщине и площади срезаемых слоев на участках врезания и выхода, позволяющая установить закономерность изменения подачи. Расчетами установлено, что неравномерная подача дополнительно обеспечивает увеличение производительности обработки до 20 процентов при использовании продольной подачи и до 50 процентов при использовании комбинированной подачи (радиальной па участке врезания и продольной на участке выхода).

5. Получены аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев колеса дисковыми фрезопротяжками, выполненными с конструктивной подачей и смещением режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента, и позволяющие определить для этой поверхности величину составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений.

6. Установлено, что при равномерном изменении профильных углов режущих кромок зубьев чистовой дисковой фрезопротяжки величина составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, увеличивается от ножки зуба крупномодульного колеса к его головке до 10 раз. Конструкции дисковых фрезопротяжек позволяют управлять величиной этой составляющей шероховатости за счет изменения конструктивной подачи режущих кромок зубьев.

7. Для чистовых дисковых фрезопротяжек разработана методика профилирования, позволяющая определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих кромок зубьев, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, по всей формируемой эвольвентной поверхности зуба колеса.

8. Разработаны конструкции дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес (ш=10 мм, 2=40), выполненные с конструктивной подачей режущих кромок и оснащенные взаимозаменяемыми пластинами твердого сплава в форме прямоугольного параллелепипеда с радиусным профилем на вершинах.

9. В результате производственных испытаний установлены рациональные режимы резания для процессов предварительного и чистового зу-бонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм, определяющие соответственно скорость резания 180 и 220 м/мип и подачу на оборот инструмента 1,6 и 1,5 мм/об. Рекомендуемые режимы при оснащении фрезопротяжек твердым сплавом Т15К6 и обработке колес из стали ЗОХГТ (НВ 163 - 207) обеспечивают период стойкости чернового инструмента 210 мин, чистового — 280 мин при допустимом износе по задней поверхности зубьев соответственно 1 и 0,4 мм.

10. На основании проведенных исследований разработаны и внедрены в производство со значительным экономическим эффектом (свыше 170 тыс. руб.) на орловских предприятиях ОАО «Дормашина» и ООО «Редуктор» дисковые твердосплавные фрезопротяжки для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм, обеспечивающие повышение производительности до 4 раз, снижение технологической себестоимости до 40 процентов, при точности получаемых зубчатых колес в пределах 8.9 степени по ГОСТ 1643-81.

1. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента / В. А. Гречишников, Г. Н. Кирсанов, А. В. Катаев и др. М.: Мос-станкин, 1984.- 107 с.

2. Баженов И. Ф., Байчман С. Г., Карпачев Д. Г. Твердые сплавЕл. Справочник. М.: Металлургия, 1978.- 184 с.

3. Баландин А. Д. Синтез и анализ поверхностей сложной формы. // Станки и инструмент. 1988, №3.-С. 16-18

4. Башкиров В. Н. Определение сечения срезов при зубонарезании цилиндрических колес червячной фрезой. // Станки и инструмент. 1984, №1.-С. 18-20.

5. Башков В. М., Кацев П. Г. Испытания режущего инструмента на стойкость. — М.: Машиностроение, 1985. 136 с.

6. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.-344 с.

7. Борисов А. М. Геометрическая теория автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов. Автореферат диссертации докт. техн. наук. Тула, 1993. - 34 с.

8. Бронштейн И. Н., Ссмендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.

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

10. Вагин П. Т. Исследование и опыт внедрения крупномодульных твердосплавных дисковых фрез. Сборник докладов конференции позубообрабатывающему инструменту. М.: НИИмаш, 1969. - С. 480 - 487.

11. Васин Л. А.Червячная фреза большого диаметра для обработки узковенцовых зубчатых колес.// Технология машиностроения. Вып. 32. Тула: ТПИ, 1975. - С. 23-28.

12. Гавриленко В. А. Зубчатые передачи в машиностроении. М.: Машгиз, 1962.-532 с.

13. Гончаров Б. А. Скоростное предварительное фрезерование прямозубых зубчатых колес. // Научн.-техн. сб. Машиностроение. Вып. 3. -Киев. 1961. С. 56-58.

14. Грановский Г. И. Кинематика резания. М.: Машгиз, 1948.200 с.

15. Гинзбург А. Е., Халебский Н. Т. Производство зубчатых колес. -Л.: Машиностроение, 1978. 136 с.

16. Грубин А. М., Лихциер М. Б., Полоцкий М. С. Зуборезный инструмент. Часть II. М.: Машгиз, 1946. - 156 с.

17. Евдак А. А. Высокопроизводительное черновое зубонареза-ние.//Станки и инструмент. 1968, №11.-С. 13-14.

18. Зажигаев Л. С., Кишьян А. А., Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. — М.: Атомиздат, 1978. 232 с.

19. Зубчатые передачи: Справочник. Под общ.ред. Е. Г. Гинзбурга. Л.: Машиностроение, 1980. - 416 с.

20. Илюхин С. Ю., Протасьев В. Б. Современные тенденции развития методов профилирования // Труды IV международного конгресса «Конструкторско-технологическая информатика 2000». М.: СТАНКИН, 2000. - С. 227-229

21. Иноземцев Г. Г., Варнаков Д. В. Новый планетарный метод зубонарезания цилиндрических зубчатых колес. Сборник докладов конференции по зубообрабатывающему инструменту. М.: Машиностроение, 1969.-С. 183- 194.

22. Калашников С. Н., Калашников А. С. Зубчатые колеса и их изготовление. М.: Машиностроение, 1983. - 264 с.

23. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1968. - 156 с.

24. Клебанов Б. М., Гинзбург А. Е. Зубчатые передачи в машиностроении.—Л.: Машиностроение, 1978.- 120 с.

25. Клепиков В. Д. Протягивание зубьев цилиндрических колес дисковыми протяжками. В кн.: Новые процессы обработки. - М.: Машиностроение, 1958.-С. 16-52.

26. Коганов И. А., Мельков Ю. П. Сборная дисковая модульная фреза, работающая по схеме огибания. // Технология машиностроения. Исследования в области механической обработки и сборки машин. Тула: ТПИ, 1975. - С.37-45.

27. Коганов И. А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. Тула, Приокское книжное изд-во, 1970. - 183 с.

28. Коганов И. А., Федоров Ю. Н., Валиков Е. Н. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1981.- 136 с.

29. Колев К.С., Горчаков Л. М. Точность обработки и режимы резания. М.: Машиностроение, 1976. - 144 с.

30. Лашнев С. И. Профилирование инструмента для обработки винтовых поверхностей. М.: Машиностроение, 1965. - 152 с.

31. Лаптев С. И., Юл и ко в М. И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. - 208 с.

32. Лаптев С. И., Юликов М. И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.-392 с.

33. Лаптев С. И., Борисов А. Н., Емельянов С. Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами. -Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 1997. 391 с.

34. Лейн А. М., Эйдинов М. М., Элькун Н. Я. Конструирование и применение многозаходных червячных фрез для получистового и чистового зубофрезерования. // Станки и инструмент, 1977, № 4 С. 20-22.

35. Лоладзе Т. Н. Износ режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1981.-256 с.

36. Лосев С. А. К вопросу о равномерности фрезерования фасонными фрезами // Вестник машиностроения, №5, 1960. С. 23.

37. Лоскутов В. В., Ничков А. Г. Зубообрабатывающие станки. -М.: Машиностроение, 1978. 192 с.

38. Лкжшин В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1968. 374 с.

39. Макаров А. Д. Износ и стойкость режущих инструментов. — М.: Машиностроение, 1966. 264 с.

40. Маргулис Д. К., Корчак С. Н. Скоростное черновое зубофре-зерование стальных шестерен. М.: ВПТИ, 1957. - 93 с.

41. Марков А. Л. Измерение зубчатых колес (допуски, методы и средства контроля). Л.: Машиностроение, 1977. - 280 с.

42. Матюшин В. М. Сравнение метода копирования и метода огибания при зубонарезании. // Вестник машиностроения. 1954, №6. — С.46-49.

43. Медведицков С. Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. М.: Машиностроение, 1981. - 104 с.

44. Мойсееико О. И.,Павлов Л. Е., Диденко С. И. Твердосплавные зуборезные инструменты. М.: Машиностроение, 1977. 190 с.

45. Овумян Г. Г., Адам Я. И. Справочник зубореза. М.: Машиностроение, 1983.-223 с.

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

47. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. / Под ред. Э. К. Лецкого, М.: МИР, 1977. 552 с.

48. Петрухин С. С., Тарапанов А. С. Вариант определения рабочих углов инструмента и параметров срезаемого слоя с помощью ЭВМ. В сб.: Резание и инструмент. Вып.27. Киев: Вища школа, 1982. С. 56-61.

49. Производство зубчатых колес: Справочник / С. Н. Калашников, А. С. Калашников, Г. И. Коган и др. Под общ. ред. Б. А. Тайна. М.: Машиностроение, 1990. - 464 с.

50. Радзевич С. П. Обработка закаленных зубчатых колес твердосплавными червячными фрезами // Вестник машиностроения, 1981, № 10. -С. 41-43.

51. Развитие науки о резании металлов. / Под ред. Н. А. Зорева. — М.: Машиностроение, 1967. 262 с.

52. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник / Под общ. ред. К. М. Великанова. Л.: Машиностроение, 1990. -448 с.

53. Родин П. Р. Металлорежущие инструменты. Киев: Выша школа, 1974.-400 с.

54. Романов В. Ф. Расчеты зуборезных инструментов. М.: Машиностроение, 1969. - 255 с.

55. РТМ 44-62. Методика статистической обработки эмпирических данных. М.: Стандартгиз, 1966. - 112 с.

56. Рыжов Э. В., Аверченков В. И. Оптимизация технологических процессов механической обработки. Киев: Наукова думка, 1989. -222 с.

57. Рыжов Э. В., Суслов А. Г., Федоров В. П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979.- 176 с.

58. Сахаров Г. Н. Обкаточные инструменты. М.: Машиностроение, 1983.-230 с.

59. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металлорежущих инструментов. Под ред. И. И.Семенченко. М.: Машгиз, 1963.-952 с.

60. Сидоренко А. К. Особенности изготовления крупномодульных колес. М.: Машиностроение, 1976. - 112 с.

61. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.

62. Солонин И. С. Математическая статистика в технологии машиностроения.-М.: Машиностроение, 1972.-215 с.

63. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К.Мещерякова. М.: Машиностроение. 1985. Т. 1. 656 е.; Т. 2.-496 с.

64. Справочник инструментальщика: / И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И. А. Ординарцева. Л.:

65. Машиностроение, 1987.-846 с.

66. Сотников В. И. Исследование точности цилиндрических прямозубых колес, нарезанных огибающими дисковыми зуборезными фрезами. Сб. научн. трудов «Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин». Тула, ТулПИ, 1987. - С.88-92.

67. Сотников В. И. Дисковые фрезы для скоростного предварительного зубонарезания.//Исследования в области инструментального производства и обработки материалов резанием. Тула, ТулПИ, 1991. — С.90-95.

68. Сотников В. И., Тарапанов А. С., Харламов Г. А. Управление величиной огранки эвольвентного профиля посредством конструктивного огибания. // Справочник. Инженерный журнал. №11, 2000. С. 16-20.

69. Сотников В. И. Нарезание зубьев цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми фрезами с конструктивной подачей. Материалы международной НТК «Технология-2000». Том 2. — Орел, ОрелГТУ, 2000. С. 213-216.

70. Сотников В. И., Тарапанов А. С., Харламов Г. А. Определение закона изменения конструктивной подачи при проектировании дисковых огибающих зуборезных фрез. // Справочник. Инженерный журнал. №12, 2002.-С. 19-22.

71. Сотников В. И., Мельков Ю.П., Тарапанов A.C., Харламов

72. Г.А. Огибающие дисковые зуборезные фрезы для чистовой обработки зубьев крупномодульных колес. Материалы международной интернет конференции «Технология 2002», Орел, ОрелГТУ, 2002. - С. 134-138.

73. Суслов А. Г. Инженерия поверхности деталей резерв в повышении конкурентоспособности машин // Справочник. Инженерный журнал. №4 (приложение). 2001. — С.З - 9

74. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

75. Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. 208 с.

76. Суслов А. Г., Васильев А. С., Сухарев С. О. Влияние технологического наследования на качество поверхностного слоя деталей машин / Изв. вузов. Машиностроение. №1.1999. С. 16-19

77. Схиртладзе А. И., Тарапанов А. С., Харламов Г. А. Технология обработки зубчатых зацеплений в машиностроении. М.: Машиностроение, 1999.-216с.

78. Тайц Б. А. Точность и контроль зубчатых колес. М.: Машиностроение. 1972.-368 с.

79. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

80. Тарапанов А. С. Анализ и управление процессами обработки резанием // Известия ОрелГТУ. Машиностроение и приборостроение. -Орел: ОрелГТУ. 2000, № 4. С. 145-156.

81. Федоров Ю. Н., Феофилов Н. Д. Исследование возможности повышения производительности зубонарезания цилиндрических колес од-новитковыми резцовыми головками. // Технология машиностроения. Вып. 40. Тула: ТПИ, 1975. - С. 51 -60.

82. Цвис Ю. В. Профилирование режущего обкатного инструмента. М.: Машгиз, 1961. - 154 с.

83. Шевченко А. Н. Современный зарубежный зуборезный инструмент. Обзор. М.: НИИМАШ, 1976. - 57 с.

84. Шишков В. А. Образование поверхностей резанием по методу обкатки. М.: Машгиз, 1954. - 150 с.

85. Этин А. О. Кинематический анализ методов механической обработки резанием. М: Машиностроение, 1964. - 323 с.

86. Юликов М. И. Совершенствование проектирования и расчета зуборезного инструмента. // Станки и инструмент. 1986, №1. С. 13-14.

87. Юликов М. И., Горбунов Б. И., Колесов Н. В. Проектирование и производство режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1987. -296 с.

88. Якобе Г. Ю., Якоб Э., Кохан Д. Оптимизация резания. Параметризация способов обработки резанием с использованием технологической оптимизации: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

89. А. С. 1704967. Способ обработки зубчатых колес. / Сотников В. И. //Бюлл. изобр. №2, 1992. - 4 с.160