автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и технологическое обоснование процесса зубонарезания цилиндрических колес круговым протягиванием инструментом с подвижным качающимся элементом

ВВЕДЕНИЕ

I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ЗУБ0ПР0ТЯГИВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС В УСЛОВИЯХ КРУПНОСЕРИЙНОГО И МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2* ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КРУГОВОГО

ПРОТЯГИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОМ С ПОДВИКНШ КАЧАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ ДЛЯ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС

2.1. Производительность и область применения кругового протягивания

2.2. Круговое протягивание инструментом с подвижным качающимся элементом и применяемые схеш резания

2.3. Точность зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом в соответствии с требованиями отраслевых стандартов

2.4. Математическая модель процесса зубонарезания цилиндрического колеса круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом

2.5. Аналитическое определение изменения углов резания в процессе зубообработки

2.6. Оптимизация конструкторско-технологических параметров круговой протяжки с подвижным качающимся элементом

2.7. Анализ влияния некоторых технологических факторов на точность зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом.

2.8. В ы во д ы.

3. СОЗДАНИЕ КРУГОВОЙ ПР0ТЯШ С ПОДВИЖНЫМ КАЧАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ

3.1. Конструктивная разработка протяжки

3.2. Моделирование круговой протяжки с подвижным качающимся элементом

3.3. Настройка круговой протяжки с подвижным качающимся элементом на зубонарезание

3.4. Вы в од ы.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Оборудование, инструмент, оснастка и материал применяемые при проведении экспериментов

4.2. Методика исследований точности зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом

4.3. Методика экспериментальных исследований влияния некоторых технологических факторов на точность зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом

4.4. Методика экспериментальных исследований влияния режимов резания на качество зубонарезания

4.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований

5. ТОЧНОСТЬ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ КРУГОВОЙ ПРОТЯЖКОЙ С ПОДВИЖНЫМ КАЧАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ

5.1. Радиальное биение зубчатого венца и колебание длины общей нормали

5.2. Погрешность профиля и отклонение шага зацепления

5.3. Погрешность направления зуба. НО

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ТОЧНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗУБОНАРЕЗАНИЯ.

6.1. Точность зубонарезания по ширине венца.

6.2. Стационарность процесса

6.3. Определение точности зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом.

6.4* Влияние режимов резания на качество зубонарезания.

6.5» В ы в о д ы.

7. разработка ивнещшие технологии зубонарезания круговой протяжкой с подвигам КАЧАЮЩИЙСЯ элементом

7.1. Совершенствование технологии зубонарезания и конструкции круговой протяжки с подвижным качающимся элементом

7.2. Промышленная реализация процесса зубонарезания круговой протяжкой с подвижным качающимся элементом и его экономическая эффективность.

Выдвинутая на ХХУ1 съезде КПСС главная задача одиннадцатой пятилетки по обеспечению роста благосостояния советских людей, поставила перед машиностроением на повестку дня вопросы технического перевооружения народного хозяйства с целью перевода его на интенсивный путь развития. Предусмотрен рост продукции по машиностроению не менее чем в 1,4 раза на базе повышения его эффективности за счет совершенствования технологии, углубления специализации, улучшения структуры парка металлообрабатывающего оборудования [IJ.

В настоящее время машиностроением, и в частности автотракторной промышленностью, ежегодно выпускается свыше 100 млн.штук цилиндрических зубчатых колес. Нарезание1, венца в основном выполняется на зубофрезерных станках, которые составляют большую долю парка зуборезного оборудования.

Существенного повышения производительности зубонарезания с одновременным сокращением станочного парка можно достичь используя технологию обработки зубчатого венца круговым протягиванием. Работы, выполненные в Московском автомеханическом институте под руководством профессора Клепикова В.Д. по фрезопротяги-ванию и кругодиагонаяьному протягиванию цилиндрических зубчатых колес заложили основы указанной технологии Г2,33. Разработаны основы профилирования режущей части фрезопротяжек и кругодиаго-нальных протяжек [4], методы наладки зубопротяжных станков Г5], определены динамические характеристики кругодиагонального протягивания цилиндрических зубчатых колес Г6].

Однако существует ряд факторов сдерживающих широкое внедрение указанной технологии зубонарезания в промышленности. Одним из наиболее существенных является достаточно высокая трудоемкость изготовления кругодиагональных протяжек, их недостаточная жесткость при чистовом резании профилирующими зубьями инструмента, расположенными на подвижном элементе.

Поэтоцу в настоящей работе рассмотрены вопросы создания и технологического обоснования процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес круговым протягиванием инструментом технологичной конструкции, который обладает повышенной жесткостью чистового резания, достигаемой за счет применения подвижного элемента выполненного в виде качающегося рычага.

I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ЗУБ0ПР0ТЯГИВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС В УСЛОВИЯХ КРУПНОСЕРИЙНОГО И МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Технологический процесс зубонарезания цилиндрических прямозубых колес с наружным венцом в условиях крупносерийного и массового производства осуществляемый способом протягивания характеризуется прежде всего высокой производительностью. За последнее двадцатилетие рост производительности протягивания обеспечен увеличением скорости резания, которая в ряде случаев возросла с 20 м/мин до 60 м/мин [43]. Такой рост скорости резания достигнут на базе использования новых порошковых быстрорежущих сталей в совокупности с применением износостойких покрытий типа нитрида титана, а также использования новых типов смазочно-охлаждающих жидкостей [44,7,83.

В настоящее время известно применение двух методов зубо-протягивания цилиндрических прямозубых колес (рис. I.I):

1. Метод центроидного огибания.

2. Метод копирования.

По первому методу работают два вида протягивания:

1. Обкатывающее протягивание по технологии фирмы "Глисон".

2. Обкатывающее зубопротягивание цилиндрической зубчатой протяжкой.

При этом обкатывающее протягивание по технологии фирмы "Глисонл выполняется в двух вариантах, которые соответствуют условиям протекания процесса зубонарезания на станках "Джи-Трек № 765" и Джи-Трек № 766".

По второму методу работают следующие виды протягивания:

I. Охватывающее протягивание.

Рис. 1Д Способы зубопротягивания цилиндрических колес в условиях крупносерийного и массового производства

2. Круговое протягивание.

Круговое протягивание подразделяется на круговое протягивание с приводом всех движений инструмента от зубопротяжного станка и на круговое протягивание с приводом ряда движений инструмента от исполнительных органов этого же инструмента - самоприводное протягивание.

В свою очередь круговое протягивание, имеющее привод от станка подразделяется на: фрезопротягивание и круговое протягивание инструментом с подвижным ползуном (кругодиагональное протягивание) .

Для самоприводного кругового протягивания характерно использование только инструмента оснащаемого подвижными элементами, ч:то отвечает условиям привода подвижного ползуна от копира, расположенного в самом инструменте [9].

Использование круговых протяжек, оснащаемых подвижными элементами как в самоприводном варианте, так и в варианте с приводом от станка, предусмотрено в одно- и двухиндексном исполнении, когда за один оборот протяжки формируется соответственно один или два зуба нарезаемого колеса. Каждый из перечисленных способов протягивания имеет свои характерные особенности.

Технология обкатывающего зубопротягивания на станках серии "Джи -Трек" разработана фирмой "Глисон" для чернового нарезания цилиндрических колес с наружным диаметром до 355 мм, укладываемых в пакет высотой до 190 мм, имеющих минимальный диаметр посадочного отверстия более 90 мм и модулем до б мм. По данным фирмы точность зубонарезания соответствует 8 степени точности по ГОСТ 1643-81 [45]. Производительность процесса зубонарезания на станках этой серии возрастает от 3-х до 10-и раз по сравнению с зубофрезерованием червячными фрезами только при условии обработки пакета.

В качестве режущего инструмента на обеих станках серии "Джи-Трек" № 765 и № 766 используется многозвенная бесконечная цепь с вставными режущими зубьями, которые в зоне резания перемещаются по прямой траектории параллельно оси обрабатываемого колеса или пакета колес. Режущая цепь, совершающая один оборот за 3 сек со скоростью до 60 м/мин, состоит из 14-ти шарнирно-сочлененных звеньев-резцедержателей (рис. 1.2). В каждом резцедержателе станка модели № 765 установлено по 8 сменных резцов, тогда как в резцедержателе станка модели № 766 - 6 сменных режущих реек. Геометрия режущих элементов, изготавливаемых из стали Ш (Р6М5), достаточно проста и имеет прямобочный профиль, но во многом отличается от геометрии стандартного реечного инструмента. Различие в конструкции сменных режущих элементов определяет и различие в принципах работы обеих станков.

Станок модели "Джи-Трек" № 765 использует однорядный инструмент, который за оборот цепи прорезает одну впадину в пакете обрабатываемых колес. Этот станок рекомендуется применять при повышенных требованиях к точности зубонарезания. Работает он по методу обкатки при раздельных приводах движения режущей цепи, движения обкатки и деления, осуществляемого отдельным гидродвигателем.

Обработка выполняется при быстром выходе инструмента на -позицию резания с последующим внедрением режущих зубьев в пакет зубчатых колес на полную глубину (рис. 1.3,а). Далее включается движение обката, совмещенное с движением пакета заготовок, до полного формирования профиля зуба на каждой стороне прорезаемой впадины. Затем инструмент отводится, происходит

Рис. 1.2 Зубопротягивание на станках серии "Джи-Трек": а) 14-ти звенная режущая цепь; б) резцедержатель станка № 765; в) резцедержатель станка № 766 а

Рис. 1.3 Схемвг зубонареэания а - станок № 765; б на станках серии "Джи-Трек": - станок № 766 деление на один угловой шаг и бабка с изделием возвращается в исходное положение. Время деления изменяется от 0,6 сек до 1,0 сек и не зависит от времени резания, что позволяет работать с различными схемами резания. Цепь деления позволяет выполнять зубонарезание колес о числом зубьев от 10-ти до 200. В работе участвует 112 режущих зубьев, которые по форме выполнены типа вставных резцов с прямобочным профилем.

Заточка режущих зубьев выполняется не по передней грани, где сходит стружка, а по профильным поверхностям, Такой вид заточка значительно увеличивает число переточек, что существенно сказывается на экономии инструмента. Однако большое количество резцов и, в некоторых случаях различная их длина, значительно усложняют процесс замены режущей части инструмента, что в конечном счете снижает эффективность применения станка этой модели.

Повысить производительность обкатывающего зубопротягивания можно за счет применения второго станка серии "Джи-Трек" № 766.

По сравнению со станком модели № 765 производительность зубонарезания на 766-ом возрастает на 50%. Этого добиваются за счет применения несколько иного принципа работы станка и увеличения количества режущих кромок инструмента.

Инструмент этого станка по своей геометрии подобен "червячной фреае бесконечного диаметра", имеющей 84 вставные рейки с режущими зубьями прямобочиого профиля. Рейки выполнены одинаковыми по форме и смещены одна относительно другой с помощью клиньев, образуя по периферии цепи винтовую линию с одним или несколькими заходами.

Цикл обработки начинается с вращения пакета заготовок и движения подачи инструмента-цепи, Режущий инструмент и обрабатываемая деталь вращаются синхронно, так как имеют привод от одного двигателя. Инструмент врезается на полную глубину обработки при прохождении нескольких первых зубьев. При полном обороте стопы заготовок будут нарезаны полностью все зубья (рис. 1.3,6). Это выполняется по той причине, что каждый зуб вставной рейки производит резание по всей длине зубьев пакета нарезаемых колес.

Станок этой модели может быть настроен и на зубонарезание косозубых колес с углом наклона зуба до 45°. Перенастройка станка при этом выполняется за счет наклона инструмента-цепи на требуемый угол.

Оба станка не нашли широкого применения для зубонарезания цилиндрических колес в условиях крупносерийного и массового производства. Основными причинами отказа от их использования являются: I). Высокая стоимость самих станков и станков для заточки инструмента; 2). Высокая трудоемкость настройки станка и наладки инструмента, собираемого из большого количества элементов; 3). Необходимость пакетной обработки, которая требует тщательной подготовки торцов на предшествующих технологических операциях и соответствующей конфигурации обрабатываемых зубчатых колес.

Нарезание зубьев: цилиндрических прямозубых колес по методу обкатывающего протягивания также может выполняться с помощью цилиндрической зубчатой протяжки, которая в одном случав, выполняет возвратно-поступательное движение совместно с обкатывающим движением заготовки (рис. 1.4), а в другом, - выполняет лишь вращательное движение при обкатывающем и возвратно-поступательном движениях заготовки со схемой резания, подобной зу-бофрезерованию червячной фрезой. Вращение протяжки и заготовки жестко связаны между собой кинематикой станка [10]. В обеих случаях: заготовка - в первом и протяжка - во втором, выполняют радиальное движение подачи с целью первоначального врезания.

Режущий инструмент - цилиндрическая зубчатая протяжка не имеет подъема на зуб и может быть выполнена сборной. При этом отдельные режущие кольца-долбяки насажены до упора на цилиндрическую оправку с фиксацией от проворота по шпонке и стянуты гайками, находящимися с противоположной стороны относительно упора. На оправке протяжки отсутствуют передние и задние направляющие, имеющиеся у обычных протяжек, так как для обкалывающего зубопротягивания нет необходимости в строгой фиксации взаимного положения инструмента и заготовки.

Цилиндрическая зубчатая протяжка может быть собрана из стандартных дисковых долбяков с номинальными диаметрами 75 мм и 100 мм при модуле от I мм до 6,5 мм. Применение долбяков большего диаметра и модуля приводит к значительному увеличению длины протяжек, а следовательно и весу, что ухудшает точность и качество зубонарезания.

Зубопротяжные станки работающие по методу обкалывающего протягивания цилиндрической зубчатой протяжкой выполняются в трех вариантах исполнения. Первые два варианта соответствуют попеременному использованию возвратно-поступательного движения либо у инструмента, либо у заготовки. Третьему варианту исполнения соответствует схема по которой одной, движущейся возвратно-поступательно протяжкой нарезается одновременно два зубчатых колеса или два комплекта зубчатых колес, которые имеют вращательное формообразующее движение. Главное движение резания имеет независимый привод, что обеспечивает возможность оптимизации режимов резания в пределах скорости резания от л а ш Ijll 1 1

1 . I

Рис. 1.4 Обкатывающее зубопротягивание цилиндрической зубчатой протяжкой: а) при возвратно-поступательном движении заготовки; б) схемы резания

10 м/мин до 30 м/мин и подачей на зуб от 0,05 мм/зуб до 1,0 мм/зуб»

Точность зубчатых колес, нарезанных обкатывающим протягиванием цилиндрической зубчатой протяжкой, находится в пределах 8-ой степени точности по ГОСТ 1643-81. Производительность процесса более чем в 1,5 раза выше производительности зубофрезе-рования червячными фрезами. При этом необходимо учитывать тот факт, что значительного повышения производительности можно достичь в случае зубонарезания колес с модулем до 3-х мм легко укладываемых в пакет, минимальная высота которого должна быть больше .-утроенного шага между ревущими зубьями протяжки. Для обработки зубчатых колес с модулем более 3-х мм применяется дв'ухпроходный процесс, который значительно снижает производительность.

Кроме того, существует и ряд технологических трудностей которые сдерживают широкое внедрение этого способа обкатывающего зубопротягивания. Прежде всего это касается точности взаимного расположения режущих дисков-долбяков, которые ориентируются относительно друг друга по шпонке. Погрешности ориентации существенно:, сказываются на распределении припуска между режущими зубьями, ч-то в конечном счете приводит к изменению условий резания.

Поэтому применение обкатывающего зубопротягивания цилиндрической протяжкой ограничено и может быть рационально использовано при обработке зубчатых колес с пониженной высотой зуба, которые не имеют ступиц и легко пакетируются.

Иными технологическими условиями характеризуется процесс зубонарезания охватывающим протягиванием. Этот процесс осуществляется на вертикальных гидравлических станках, оборудованных устройствами для загрузки и выгрузки деталей. На станках такого типа, выпускаемых фирмами Дженерал Броуч, Нэшнл Броуч, Лапойнт ДивижнДоффман, ось инструмента расположена вертикально, максимальное усилие протягивания составляет не более 500 кН, максимальный ход инструмента до 1400 мм. Заготовки подаются по направляющим лоткам. Деталь протягивается внутри неподвижной протяжки и наружный контур обрабатывается полностью за один проход (рис. 1.5).

Существует два основных типа протяжек. Протяжка первого типа набирается из отдельных колец, которые закрепляются в корпусе и фиксируются шпонкой; второго типа - выполняется комбинированной, сочетает в себе продольные сегменты для чернового протягивания, которые работают по принципу прогрессивного протягивания с подачей на полную глубину нарезаемой, впадины. Короткая часть этой протяжки, которая служит для окончательной обработки, состоит из отдельных колец с внутренним зубчатым венцом. Такая конструкция инструмента более проста в изготовлении и имеет повышенную жесткость по сравнению с первой.

В качестве материала режущей части охватывающих протяжек используются обычные быстрорежущие стали М2, М35, М42 (Р6М5, Р6М5К5, PII) и спеченные: ASP30, ASP23 и ASP60 (Р6М5МП, Р6М5К5МП).

Стойкость протяжек из ASP30 при протягивании наружных зубьев синхронизирующей муфты (с параметрами: Д = 146 мм, В "= 21 мм,

54), которая изготавливается из легированной конструкционной стали с НВ 179-217, составляет 8000 колец [46].

Применение охватывающего протягивания для нарезания цилиндрических зубчатых колес.обеспечивает: радиальное биение до

Рис. 1.5 Охватывающее зубопротягивание: а) зубопротяжной станок; б) продольные сегменты чернового протягивания; в) кольцевые сегменты чистового протягивания

I. 1 I

CD го

0,04 мм, а погрешность профиля не превышает 0,02 мм [47].

Протягивание наружных зубьев охватывающей протяжкой широкого распространения не получило из-за трудности изготовления и высокой стоимости инструмента. Практически этот способ применяется только при обработке зубчатых колес с наружным диаметром от 76,2 мм до 228,6 мм при ширине венца не менее 21 мм и модулем до 2,5 мм, а также при зубонарезании колес с пониженной высотой зуба Г48].

Существенных ограничений по геометрии нарезаемых зубчатых колес удается избежать, применяя другой способ протягивания -круговое.

Технологический процесс зубонарезания круговым протягиванием по методу копирования был разработан Э. Бильдгабером для изготовления конических прямозубых колес СИ]. Этот процесс был внедрен фирмой Глисон и получил название "Ривасайкл". На базе этой разработки советским ученым профессором Клепиковым В.Д. были разработаны процессы зубонарезания цилиндрических колес фрезопротягиванием и кругодиагональным протягиванием [2,3].

Фрезопротягивание по своей технической сущности полностью соответствует процессу кругового протягивания конических прямозубых колес. Режущим инструментом при фрезопротягивании является круговая протяжка выполненная конструктивно в форме диска, по периметру которого последовательно установлены черновые, получистовые и чистовые резцовые блоки (рис. 1.6). Свободный от резцовых блоков сектор находится между первым черновым и последним чистовым резцовыми блоками.

Рабочий цикл фрезопротягивания начинается с фиксированного кругового протягивания, когда снимается основная часть объема

Рис. Г.6

Фрезопротяжка прорезаемой впадины. При этом используется генераторная схема резания, по которой каждый последующий зуб выше предыдущего на величину подачи на зуб протяжки. С целью равномерного распределения припуска под получистовое и чистовое фрезопротягивание черновое резание осуществляется по симметричной схеме, когда общий перпендикуляр к осям инструмента и нарезаемого колеса проходит через середину обрабатываемого венца.

Получистовое фрезопротягивание выполняется следующей группой резцовых блоков при совместном вращении инструмента и его поступательном движении вдоль впадины нарезаемого колеса. Здесь фрезерование осуществляется против подачи.

Чистовое резание производится методом попутного фрезерования с большими продольными подачами, что приводит к уменьшению шероховатости и повышению точности зубонарезания. Чистовые режущие зубья имеют постоянную высоту и большую толщину профиля по сравнению с черновыми и получистовыми режущими зубьями.

В свободном от резцовых блоков секторе происходит поворот нарезаемого колеса на один угловой шаг. Далее цикл повторяется.

В отличие от фрезопротягивания при кругодиагональном протягивании отсутствует движение подачи всего инструмента вдоль впадины нарезаемого колеса. Протяжка имеет строго фиксированное положение и последовательно за один оборот инструментального шпинделя зубопротяжного станка выполняет черновое и чистовое зубонарезание.

Черновое протягивание выполняется с образованием корсетного профиля по ширине венца нарезаемого зубчатого колеса, который при дальнейшем чистовом протягивании исправляется. Это исправление выполняется чистовыми режущими зубьями кругодиагональной протяжки, имеющей подвижной ползун, на котором они и установлены. При этом чистовые режущие зубья могут выполнять резание по траектории заданной формой копира.

Различают два вида кругодиагонального протягивания: самоприводное и с приводом от станка. Б первом случае на подвижном ползуне устанавливаются приводные ролики, количество которых зависит от числа чистовых режущих зубьев протяжки (рис.1.7). Каждый приводной ролик располагается строго по радиусу под чистовым режущим зубом. При вращении кругодиагональной протяжки ролики набегая на копиру который жестко закреплен на корпусе инструментальной бабки, обеспечивают возвратно-поступательное движение ползуна. Сложение возвратно-поступательного движения ползуна с вращением протяжки обеспечивает выполнение заданной траектории резания чистовых режущих зубьев протяжки.

В случае использования протяжек с приводом подвижного ползуна от станка (рис. 1.7) все функции обеспечения заданной траектории движения чистовых режущих зубьев переданы исполнительным органам инструментального шпинделя зубопротяжного станка. Конструкция подвижного ползуна такой протяжки проще чем у самоприводной. Здесь полностью отсутствуют приводные ролики, которые консольно расположены у самоприводной протяжки, что ухудшало условия их работы и значительно снижало жесткость чистового зубопротягивания. Ползун инструмента соединяется с ползуном инструментального шпинделя зубопротяжного станка (рис. 1.8). Приводные ролики подвижного ползуна инструментального шпинделя имеют двухрядное расположение и при вращении инструмента набегают на копир верхним своим рядом, а нижним компенсируют упругие отжатия при набегании на антикопир. Сила при

Iс '

Рис. 1.7 Кругодиагональные протяжки: а) самоприводная б) с приводом ползуна от исполнительных органов зубопротяжного станка (верхняя крышка снята у обеих протяжек) w

СП

Рис. 1,8 Инструментальный шпиндель зубопротяжного станка для кругодиагонального протягивания жима роликов в копиру регулируется пружиной, которая расположена в теле подвижного ползуна шпинделя зубопротяжного станка.

В технологии зубонарезания указанными протяжками предусматривается возможность прямого управления траекторией движения только одного последнего профилирующего чистового режущего зуба протяжки. Все остальные чистовые режущие зубья движутся по приближенной к прямой траектории движения. Это связано с тем, что копир имеет только один профильный рабочий участок, соответствующий последнему чистовому зубу. В случае использования копира с числом рабочих участков, соответствующего числу чистовых режущих зубьев, ухудшаются условия рабозы подвижного ползуна из-за возрастания углов давления на копире. Поэтому, управлять припусков под чистовое зубонарезание каждым режущим зубом, находящимся на подвижном ползуне, затруднительно.

Другим недостатком в конструкции такого инс?румента является невысокая жесткость установки подвижного ползуна из-за наличия зазоров, обеспечивающих возможность его свободного перемещения. В обеих конструкциях используются направляющие на телах качения, выполненных в виде роликов, которые располагаются меаду подвижным ползуном и корпусом, между подвижным ползуном и верхней плитой. Наличие указанных зазоров определяет виброустойчивость подвижного ползуна при окончательном профилировании, приводят к ухудшению точности и качества обработки. Особенно явно это проявляется при входе чистового резца в тело детали. Именно в этой части цикла возникают вибрации, которые могут продолжаться при всем движении чистового режущего зуба вдоль впадины нарезаемого колеса [6 3.

При использовании круговой протяжки с приводом подвижного ползуна от станка возникав? дополнительная трудность в точной взаимной ориентации подвижных ползунов, расположенных в инструменте и инструментальном шпинделе зубопротяжного станка, что значительно увеличивает время наладки зубопротяжного станка.

Наряду с указанными недостатками следует отметить, что по сравнению с однопроходным фрезопротягиваниеи существенно расширен диапазон параметров нарезаемых зубчатых колес.

Максимальная ширина нарезаемого зубчатого венца Б может быть определена по зависимости, предложенной проф.Клепиковым В.Д. где Д- наружный диаметр инструмента, мм.

Величина подачи черновых режущих зубьев протяжки определяется как

Sr-^P21'- С«ш/зуб], (1.2) z' Zu, где Zu - число черновых режущих зубьев кругодиагональной 1 протяжки;

ГП - модуль нарезаемого колеса, мы. Число черновых режущих зубьев зависит от параметров протяжки и может быть определено по следующей зависимости:

Zu^ Zu~Zu2-Zus ; СштЗ , (1.8) где Zu - общее число режущих зубьев протяжки;

ZuР- число чистовых режущих зубьев протяжки; с»

Zu£ число режущих зубьев приходящихся на зону свободную от резцовых блоков.

Отдельные элементы формулы (1.3 ) могут быть определены по следующим зависимостям Г12]:

Zu2 =

Z^SoK

Zu,

Kj ; Сшт] ,

1.4) где Kj - коэффициент, показывающий во сколько раз шаг между чистовыми зубьями инструмента больше шага между черновыми зубьями; - наименьший припуск в торцовой плоскости, мм; а бок

2 qok - наименьшая подача на последний чистовой зуб, ^ мм;

- число зубьев образующих подрез у ножки зуба обрабатываемого колеса под шевингование или шлифование.

7 - Вп{ 3 hUl штЗ ,

1.5) где I - шаг между черновыми зубьями, мм;

- коэффициент, показыващий во сколько раз зона свободная от резцовых блоков больше ширины нарезаемого зубчатого венца•

Используя указанные зависшости с учетом ограничений на размещение стружки, величины предельной подачи чистового резания - 0,15 мм/зуб можно сделать вывод, что для зубчатых колес автотракторных трансмиссий с предельными параметрами по модулю от 4 до 7 мм и шириной венца до 50 мм наиболее целесообразно применять кругодиагональное протягивание, которое обеспечивает уменьшение величины подачи на зуб черновой части протяжки, что в конечном счете сказывается на эффективности процесса» Однако здесь следует отметить, что в перечисленных выше работах [2,3,9,12] недостаточно четко определен вопрос об области использования видов кругового протягивания цилиндрических прямозубых колес и нет конкретных рекомендаций по основам выбора того или иного вида протягивания.

Выполненные исследования по точности кругодиагонального протягивания [12] показали, что по комплексным показателям зубчатые колеса соответствуют 7-8 степеням точности: погрешность профиля Jj:r-I6.2I мкм, погрешность направления зуба Fj}r- 20.30 мкм, отклонение шага jfpj.r~ 18.25 мкм, накопленная погрешность окружного шага Fpr~ 38.58 мкм, радиальное биение зубчатого венца Frr~ 25.51 мкм, колебание измерительного межцентрового расстояния на одном зубе ,^-20. .40 мкм, колебание ИМР за оборот колеса FLr - 40.80 мкм, колебание длины общей нормали FVw-20.29 мкм. При этом шероховатость боковых поверхностей нарезаемых колес соответствует /?а-2,5.1,25 мкм.

Характерной особенностью кругового протягивания является использование при профилировании режущей части инструмента замены эвольвенты дугой окружности, что повышает технологичность конструкции режущих элементов протяжки и одновременно является условием обеспечения профильной модификации. Особо важное значение имеет использование профильной модификации для снижения динамических нагрузок тяжелонагруженных и высокоскоростных передач 5.7 степени точности [13].

Модифицирование по дуге окружности находит применение в современных зубчатых передачах. Так в настоящее время в редукторах турбореактивных двигателей выполняется модификация заменой эвольвентного профиля дутой окружности с профильной модификацией как у головки, так и у ножки зуба.

Кроме улучшения динамических характеристик таких передач повышается контактная прочность, которая у передач с дуговым профилем примерно в три раза больше прочности эвольвентных зубчатых передач, поскольку относительный радиус кривизны дугового профиля намного больше соответствующего радиуса эволь-вентного профиля Г14J.

Также следует отметить, что при круговом протягивании, которому характерно применение дуговых профилей, легко обеспечивается клиновидная форма припуска под шевингование зубчатых колес. Такой формой припуска легко управлять за счет профилирования режущих зубьев протяжки.

Перечисленные здесь преимущества и достоинства кругодиа-гонального протягивания не дают в полной мере ответ на вопрос о целесообразности использования этого вида кругового протягивания. Практика работы инструментом такого типа на Волгоградском тракторном, Таганрогском комбайновом заводах показала, что здесь имеется ряд существенных недостатков, которые тормозят широкое использование кругодиагонального протягивания и массовое внедрение этого технологического процесса зубонарезания в производство. Среди указанных недостатков следует особо отметить: невысокую жесткость установки подвижного ползуна и наличие зазора между ползуном и корпусом, которые приводят к ухудшению точности и качества зубонарезания. Одним из путей повышения жесткости чистового резания и уменьшения влияния указанных зазоров на точность и качество зубонарезания является применение подвижного элемента выполненного в виде качающэгося рычага по авторскому свидетельству № 601092 СССР. В предложенной круговой прошжке подвижный элемент выполнен в виде качающегося двуплечего рычага, один конец которого снабжен щупами, контактирующими с копиром (рис. 1.9). "При вращении протяжной головки против часовой стрелки щупы 6 качалки 2 СКОЛЬЗЯТ ПО рабочей поверхности копира 7 и приводят качалку 2 в возвратно-качательное движение относительно корпуса I головки, в результате сложения этого длит с вращательным движением головки вершины зубш чистовых сегментов 10 инструмента движутся по прямолинейной траектории" [151. а-А it

О п

Рис. 1.9. Дисковая протяжная головка с подвижным качающимся элементом, А.С. 601092 СССР

На основании изложенного выше можно сделать следующие выводы:

1. Метод кругового протягивания является одним из наиболее перспективных для использования в технологических процессах изготовления среднемодульных цилиндрических колес в условиях крупносерийного и массового производства.

2. Выполненные исследования по производительности, точности и качеству зубонарезания фрезопротягиванием и кругодиаго-нальным протягиванием цилиндрических колес автотракторных трансмиссий заложили основу технологии кругового протягивания. Однако при этом отсутствуют четкие рекомендации о границах области использования указанных видов кругового протягивания.

3. Дальнейшим развитием работ по круговому протягиванию цилиндрических колес автотракторных трансмиссий является использование в качестве режущего инструмента круговой протяжки с подвижным качающимся элементом (ПКЭ), обладающей повышенной жесткостью при чиотовом резании и более технологичной конструкцией по сравнению с кругодиагональной протяжкой.

4. В настоящее время отсутствуют теоретические разработай по определению технологических характеристик процесса зубонарезания цилиндрических колес вдговым протягиванием инструментом с ПКЭ.

5. Нет практических рекомендаций, позволяющих прогнозировать ожидаемую точность и качество зубонарезания при использовании круговой протяжки с ПКЭ, что особенно важно ва этапах проектирования новых технологических процессов изготовления зубчатых колес и переходе на новый вид продукции.

Учитывая вышесказанное, целью настоящей работы является повышение точности, производительности и технологшеских возможностей зубонарезания цилиндрических колес в условиях крупносерийного и массового производства за счет применения процесса кругового протягивания инструментом оригинальной конструкции с подвижным качающимся элементом.

В соответствии с указанной целью в работе поставлены следующие задачи:

I. Выполнить теоретические исследования формообразования зубьев цилиндрических прямозубых колес при нарезании круговой протяжкой с ПКЭ. 2. Разработать схему резания и методику определения области рационального использования кругонэго протягивания при нарезании цилиндрических зубчатых колес.

3. Разработать методику и алгоритм поиска оптимальных кон-структорско-технологических параметре® дуговой протяжки, оснащаемой ПКЭ, с позиции обеспечения заданной точности.

4. Экспериментально исследовать точность зубонарезания цилиндрических колес круговой протяжкой с ПКЭ

5. Экспериментально исследовать влияние основных технологических факторов на производительность, точность и качество зубонарезания.

6. Разработать и изготовить зубопротяжную головку с ПКЭ, провести модернизацию зубопротяжного станка мод. 5С269.

7. Определить экономическую эффективность процесса зубонарезания цилиндрических колес круговой протяжкой с ПКЭ и дать рекомендации по использованию кругового протягивания инструментом с ПКЭ в промышленности.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КРУГОВОГО

ПРОТЯГИВАНИЙ ИНСТРУМЕНТОМ С ПОДВИЖНЫМ КАЧАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ ДЛЯ ЗУБ0НАРЕЗАН1Я ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертации дан анализ современных способов зубонарезания цилиндрических колес протягиванием в условиях крупносерийного и массового производства. Показано, что среди используемых в настоящее время промышленностью , как в Советском Союзе, так и за рубежом, наибольшими потенциальными возможностями обладает способ- зубонарезания цилиндрических колес круговым протягиванием.

2. Разработан способ формообразования зубьев цилиндрических колес сочетанием двух вращательных движений, обеспечивающий повышение производительности, точности и качества зубонарезания при расширении технологических возможностей совмещенного кругового протягивания.

3. Выполнены теоретические исследования формообразования зубьев цилиндрических колес при зубонарезании адговой протяжкой с ПКЭ, в результате которых установлены математические зависимости точности зубонарезания от погрешностей: изготовления круговой протяжки и ее элементов; настройки инструмента; износа чистовых резцов, а также от погрешностей, вызванных упругими деформациями технологической системы СПИД. Установлено, что наибольшее влияние на точность обработки оказывают погрешности, вызванные упругими деформациями технологической системы СПИД. Разработана математическая модель формирования погрешности зубонарезания при круговом протягивании инструментом с ПКЭ. Определено, что изменение рабочих кинематических углов при зубонарезании цилиндрических колес с шириной венца 50 мм круговой протяжкой, оснащаемой ПКЭ, происходит в пределах + 5° и зависит в основном от параметров траектории движения чистовых резцов и конструкции ПКЭ. Разработана методика и алгоритм поиска оптимальных технологических условий зубонарезания круговой протяжкой с ПКЭ, обеспечивающих ускорение выполнения проектно-конструкторских работ.

4. Выполнено натурное моделирование зубонарезания круговой протяжкой с ПКЭ, позволившее подтвердить . правильность выводов теоретических зависимостей. Разработан и изготовлен в производственных условиях СЙЗа опытно-промышленный образец круговой протяжки с ПКЭ для зубонарезания на модернизированном станке 5С269 дисков трения, укладываемых в пакет высотой 50 мм.

5. В результате выполнения экспериментальных исследований получены эмпирические зависимости величины шероховатости, глубины и степени упрочненного слоя на боковых'поверхностях зубьев от скорости протягивания, подачи на зуб чистовых резцов и ширине нарезаемого венца при зубонарезании круговой протяжкой с ПЦЭ дисков трения, изготовленных из стали ЗОХГСА с твердостью 210.220 НВ и высоте пакета(ширины венца) 30.50 мм. Установлено, что наибольшее влияние на шероховатость боковых поверхностей зубьев, нарезанных круговой протяжкой с ПКЭ, оказывает подача на зуб чистовых резцов, размещаемых на ПКЭ. При нарезании зубчатого венца шириной 50 мм со скоростью резания 30 м/мин инструментом диаметром 635 мм с подачей чистовых резцов 0,05 мм/зуб шероховатость составит 1,10 мкм, а с увеличением подачи до 0,1 мм/зуй - увеличится до 2,05 мкм.

6. Статистический анализ точности зубонарезания круговой протяжкой с ПКЭ, проведенный на базе экспериментальных исследований, показал, что точность зубонарезания достигает 7-ой степени точности, что на одну степень выше, чем при кругодиагональном протягивании.

7. На основе выполненных экспериментальных и теоретшеских исследований установлено, что использование круговой протяжки с ПКЭ позволяет значительно повысить жесткость системы СПИД и с гарантированной точностью нарезать зубчатые колеса с шириной венца до 50 Mi!. В результате чего производительность процесса повышается до 1,5 раз по сравнению с кругодиапзнальным протягиванием.

8. Процесс кругового протягивания инструментом с ПКЭ реализован при изготовлении зубопротяжного станка СТ-269.005 для зубонарезания вала-сошки гидроруля дет. №5336-3401065^ Борисовском заводе "Автогидроуселитель" с экономическим эффектомч 81887 руб., а также при модернизации зубопротяжного станка 5С269 для зубонарезания дисков трения. На основании теоретических и экспериментальных исследований предложены новые конструкции протяжек с подвижным элементом.

9. Способ зубонарезания цилиндрических колес круговой протяжкой с ПКЭ может быть рекомендован для использования как в условиях крупносерийного и массового производства, так и в серийном производстве при соответствующем решении вопроса быстрой переналадки оборудования.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года - М.: Политиздат, 1981. - 94 с.

2. Клепиков В.Д. Технологические основы процесса нарезания зубьев цилиндрических колес совмещенным круговым протягиванием.-Дисс. доктора техн.наук.- М., I9G7. 331 с.

3. Клепиков В.Д. Процессы зубонарезания фрезопротяжками и круго-диагональными протяжками. М., НИИТАвтопром., 1967,- 151 с.

4. Попов Д.И. Исследование точности эвольвентных цилиндрических зубчатых колес, нарезанных фасонным инструментом с технологичной формой рездих зубьев.- Дис. . кандидата техн.наук.-М., 1972,- 235 с.

5. Виноградов:, В.М. Разработка и исследование метода настройки станков, обествчивающего высокую точность и производительность зубонарезания фасонным инструментом.- Дис. . кандидата техн.наук.- М., 1970,- 200 с.

6. Черепахин А.А. Исследование влияния динамики процесса на точность и производительность зубонарезания при круговом протягивании прямозубых цилиндрических колес.- Дис. . кандидата техн.наук.- М., 1980, 209 с.

7. Виноградов В.М., Аленчикова Г.Р. Повышение стойкости ревущего инструмента при круговом протягивании.- Станки и инструмент, 1982, «2 2, с. 26-29.

8. Смазочно-охлаждающие технологические среды. Сборник научных трудов. Выпуск № 8, ЦНИИТЭнефтехим, 1982.- 89 с.

9. Виноградов В.М. Круговое протягивание цилиндрических зубчатых колес. В научн.техн.сборнике: Технология автомобилестроения. М., НИИТАвтопром., 1979, № 8, с. 14-17.

10. Харлампиев И.С. Обкатывающее протягивание зубьев зубчатых колес. /Пер.с болгарского В.А. Дмитриева/ М.: Машиностроение, 1981, - 211 с.

11. Вильдгабер Э. Основы зацепления конических и гипоидных передач.- М.: Машгиз, 1948, 175 с.

12. Васильев A.M., Виноградов В.М., Попов Д.Й., Елхов П.Е. Круговое протягивание цилиндрических колес.- Обзор. М.: НИИТАвтопром, 1979, 9Г,с.

13. Генкин М.Д. и др. Повышение надежности тяжелонагруженных зубчатых передач.- М.: Машиностроение, 1981.- 232 с.

14. Касум Наим, Ноцуналс Рейамбо, Анализ контакта зубьев и оценка контактной прочности поверхности симметричных зубчатых передач с локализованным пятном контакта. Конструирование, Мир, 1981, № I, т. 103, с. 54-63.

15. А.с. 601092 (СССР) Дисковая протяжная головка/ Васильев A.M., Виноградов В.М., Елхов П.Е., Калашников С.Н., Черепахшн А.А.- Опубл. в Б.И., 1978, № 13.

16. Виноградов В.М. Режущие свойства круговых протяжек для на резания зубчатых колес.- В научн.техн.реф.сборнике: Технология автомобилестроения. М., НИИНАвтопром., 1979, №9, с. 14-17.

17. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, износа и расхода шлицевых протяжек/ массовое, крупносерийное, мелкосерийное и единичное производство/ М.: НИЙмаш, 1981,-55 с.

18. Виноградов В.М. Направления развития зубообработки трансмиссионных цилиндрических колес в автотракторном производстве.- Обзорная информация. Серия XII "Технология автомобилестроения". М., НШНавтопром., 1981, 60 с.

19. Виноградов В.М., Терехов Н.В. Высокопроизводительные процессы зубонарезания цилиндрических колес автотракторных трансмиссий.- Автомобильная промышленность, 1982, №1,с.32-34.

20. Скундин А.Г., Пейсахович И.Б. Прогрессивные направления в зубообработке цилиндрических и конических колес,- Серия "Производство и технология", Обзор., ЦНИИТЭЙтракторосельхоз-маш., М., 1974, 56 с.

21. Клепиков В.Д., Елхов П.Е. Новый процесс протягивания цилиндрических косозубых колес.- В научн.техн.реф.сборнике: Технология автомобилестроения. М., НИИНАвтопром., 1973,№7,с.30-35.

22. Елхов П.Е. Исследование точности процесса нарезания цилиндрических косозубых колес Фрезопротягиванием.- Дис. кандидата техн.наук.- М., 1974,- 186 с.

23. Щеголев А.В. Конструирование протяжек.- М.: Машгиз, I960,- 352 е.

24. Медвидицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание срезами М.: Машиностроение, 1981, - 104 с.

25. Литвин ФЛ. Теория зубчатых зацеплений.- М.: Наука, 1978,- 452 с.

26. Ротбарт Г.А. Кулачковые механизмы/ проектирование, динника и вопросы точности изготовления/ Судпром, Л., 1960,-136 с.

27. Левитский Н.И. Кулачковые механизмы.- М.: Машиностроение., 1964, 287 с.

28. Батшцев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М., Сов. радио, 1975,- 216 с.

29. Венцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1971,- 184 с.

30. Грунд Ф. Программирован из на языке Фортран 1У.- М.: Мир, 1976, 183 с.

31. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. М.: Гостехиздат, 1947,- 332 с.

32. Елхов П.Е., Виноградов В.И. Точность профилирования и установки фасонного инструмента при нарезании зубчатых колес.- Респ. научн.техн.сборник: Резание и инструмент. Вып. № 16, X., Вища школа. , Изд-во при Харьк.ун-те,1976, с. 26-30.

33. А.с. 9I6I53 (СССР) Зубопротяжной станок./ Наринян Э.С., Рогозин Л.С., Грановский B.I.- Опубл. в Б.И., 1982, № 12.

34. Пронкин Н.Ф. Протягивание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1978, 119 с.

35. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Трановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- М.: Наука, 1971.- 288 с.

36. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.- М.: Наука, 1965.- 340 с.

37. Большев А.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики,- М.: Наука, 1965,- 308 с.

38. Венцель Е.С . Теория вероятностей.- М.: Наука, 1969.- 452 с.

39. Солонин И.С. Применение математической статистики в технологии машиностроения.- Св.: Средне-Уральское кн.изд-во, 1977.- 199 с.

40. РТМ 44-62. Методика статистической обработки эмпирических данных.- М.: Изд-во стандартов, 1966.- 100 с.

41. А.С. I0762I7 (СССР) Дисковая протяжная головка.,/ Орлов Ю.А. Терехов Н.В. Опубл. в Б.И., 1984, № 8.

42. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений.®., 1977, 54 с.

43. Raumen. Sie mlt Konyenhcnelien verfahren auf Krozer M-BetneSstecM, 57-40p. (нем).

44. Heilman P. Wear mechanism and cutting perfomance. of conventional and /ugh-strength PM /ig/,-speed steeEg —

45. Power- Met, i9B2t v. 25, «2, p. 79-84 (англ).

46. Bdword Atfuntress. J new way to cut jeartf. — American Machinist, W9, Щау , A 99-dOi (англ).

47. Rounn wer-fl z euge ous puJve r-meta. Jlur^ishem SbhneUartecisstQhl. Werhtatt und Set/*, J98Z, v. //5, p. 299 (нем).

48. Le Brochoge c/e$ dentures ex tericurs machine /Voder ne , J975~} V.6Q, n 798,

49. Loth Richard W- Broaching developments emphosize faster not- shape output. Production (US/!), v.8&. N5) p88-9i (англ).