автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Система оптимизации параметров прямозубых долбяков для обработки внешних и внутренних эвольвентных зубчатых венцов

, ц Ц» «М

11Й ГОСУДАРС 1'вЕНИиЙ УНИВЕРСИТЕ I

На правах рукописи

ЯКУШЕНКОВ Александр Владимирович

СИСТЕМА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПРЯМОЗУБЫХ ДОЛБЯКОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ЗВОЛЬВЕНТЙЫХ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ

Оаг-ниамйноог^ ¡И, оч 0! П|•ицесеы механическом и физию гехниче^хи обработки cjoiti.it о .'.нстпумонг

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

ч.ь'адк'М'-* гшнпчисшх ч:,ук

Тула 1998

Работа выполнена на кафедре «Инструментальные и метрологическ системы» Тульского государственного университета

- кандидат технических наук, доцент Борискин О.И.

- кандидат технических наук, профессо| Стаханов Н.Г.

- чл.- корр. Академии Естествознания доктор технических наук, профессор Федоров Ю Н - Заслуженный машиностроитель РФ, кандидат технических наук Ананьев В.Н.

- завод по ремонту технологического оборудования (г.Щекино Тульской обл.).

Защита состоится "¿1Л/ декабря 1998 г. в /О часов в 9 учебн< корпусе, ауд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01 Тульскс государственного университета (300600, г. Тула, пр.Ленина, 92).

С диссертацией можно .ознакомится в библиотеке Тульскс государственного университета.

Автореферат разослан " " ноября 1998г

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Научный руководитель Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

На современном этапе одной из важнейших задач, стоящих перед-отечественной промышленностью, является улучшение качества,- надежности выпускаемой продукции, повышение ресурса ее работы и, соответственно, конкурентной способности. Развитое Машиностроения приводит к усложнению конструкций деталей и ужесточению требований, предъявляемых к ним. В частности, среди зубчатых деталей, имеющих эвольвентный профиль,, выделяется специфический класс соединений с центрированием но по оаольвенгным-профилям, а по, циппЗДЯ? *ёзаЬ4 наружным и внутренних поверхностям. Для обработки зубчатых венцов подобных деталей широко Используются зуборезные долбяки. Однако, недостаточность теоретически обоснованных методов расчетов допбяков,' формирующих наряду с эвольвентным профилем и цилиндрическую центрирующую поверхность, является фактором, приводящим к необоснованному отказу от использования зубодолбления. По этой же причине Зачастую неполностью используется ресурс • работы инструмента. Степень удовлетворения требованиям к качественным ..показателям ' нарезаемы* -еенцсг, режущей способности долбяка, сроку его эксплуатации и другим показателям зависит, в первую очередь, от оптимальности параметров инструмента. Это обстоятельство обусловило актуальность разработки на базе достижений современной теории формирования поверхностей режущим инструментом новых, теоретически обоснованных методов расчетов долбяков, включающих систему параметрической оптимизации,

Спязь работы с научными программами .. ...Диссертация выполнялась в соответствии с международной научно -технической программой "Ресурсосберегающие-технологии машиностроения", исследованиями по наряд - заказу "Разработка • методик и программ автоматизированного проверочного, и конструкторского расчета долбяков с оптимальными параметрами "(код по ГРНТИ 55.31.2.9), а также планом госбюджетной НИР ТулГУ "Совершенствование конструкций инструментов и метрологические аспекты их производства".

Цель работы.

Повышение точностных характеристик и ресурса работы прямозубых долбяков за счет параметрической оптимизации. Развитие САПР инструмента.....

Автор защищает:

1. Математическую модель формирования поверхностей режущей части „прямозубых долбяков для обработки внешних и внутренних эвольвентных зубчатых венцов.

2. Методы аппроксимации задних поверхностей зубьев прямозубых долбяков.

3. Результаты исследований параметра управления точностью при аппроксимации боковых задних поверхностей и методику определения его

. оптимального значения.

4. Результаты исследований факторов, ограничивающих выбор независимых параметров производящих поверхностей долбяков, и методику определения оптимальных значений этих параметров.

5. Принципы и элементы системы параметрической оптимизации прямозубых долбяков.

6. Способ достижения требуемого соотношения размеров зубьев долбяка различной степени сточенности и методы контроля 'при его реализации.

Научная новизна.

Разработаны новые методы расчетов эвольвентных прямозубых долбяков, включающие систему параметрической оптимизации, позволяющие с позиций современной теории формообразования управлять величиной отклонений (точностью) профиля действительной производящей поверхности от теоретической -и, следовательно, расположением пятна контакта обработанных поверхностей о сопряженными с учетом изменения производящей поверхности при переточках. На основе методов разработаны модули САПР долбяков, которые позволяют:

- при проектировании новых инструментов обеспечить максимально возможный ресурс переточек долбякч с сохранением точности обрабатываемых поверхностей за счет визуальной оценки размещения данного ресурса в области, ограниченной принятыми или нормативными критериями, накладываемыми рядом требований к качественным показателям нарезаемых венцов, режущей способности инструмента и другими;

при использовании имеющихся долбяков прогнозировать целесообразность их применения для обработки конкретных изделий или перешлифовки. ■ «

Практическая ценность.

Разработаны модули САПР прямозубых долбяков для решения трех основных задач производства: выбора рациональных долбяков, расчета оптимальных параметров перешлифовки и проектирования долбяков с оптимальными параметрами. Предложены способ обеспечения расчетного

соотношения размеров зубьев долбяка различной степени сточенносги и-два метода-контроля при его реализации------------------- *

Практическая реализация.

По результатам производственных испытаний в ПО "Кран" (г. Узловая Тульской обл.) долбяки, спроектированные для обработки зубчатых венцов редуктора новой конструкции, рекомендованы в производство Долбяки для нарезания зубьев деталей 177 27 02 и 180 27 01 изготовлены и внедрены на заводе по ремонту технологического оборудования (г. Щекина Тульской области). Результаты работы используются в учебном процессе.

Апрсбзцил работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно - . технических конференциях профессорско -преподавательского состава ТулГУ 1995 - 1998 гг., на Всероссийском совещании "Проблемы теории проектирования и производства инструмента" (г. Тула, 1995г.), на юбилейных международных НТК "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения" (г. Тула 1997г.) и "Прогрессивные методы проектирования тз»гопаг«14бск'их'процессов."станкоз"и инструментов" (г Тула, 1Э37г'), на совместной сессии и выставке ярмарке перспективных технологий (г Тула, 1997г )

Публикации.

По материалам проведенных исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и приложений. Рабата содержит 163 стр. машинописного текста, 57_рисунков и 9 таблиц

ОсновНоа содопжаииа пй^рт'л

8 первом раздел» дан анализ, приведены оссбонности- и специфика эвольвентных зубчатых венцов с внешними и внутренними зубьями деталей разного назначения, которые целесообразно обрабатывать долбя/ими. Отмечается, что ряд зубчатых венцов.необоснованно кгугючен из процесса ж нарезания зуборезными долбяками в связи с проблемами, возникшими при проектировании последних

Проведен анализ к классификация традиционных методов расчета прямозубых долбяков В ходе анализа отмечены принципиальные особенности и недостатки этих, методов. Общими недостатками последних являются: отсутствие возможности управления расположением п.*тна контакта зубьев нарезанных, венцов; неполный учет факторов, ограничивающих качественные

показатели нарезаемых венцов; неадекватность современным требованиям автоматизированного проектирование

По результатам проведенного анализа состояния ропроса проектирования ' долбяков с оптимальными параметрами были сформулированы, цель и следующие основные задачи работы;

- разработка модели формирования поверхностей режущей' части прямозубых долбяков;

- разработка методов аппроксимации нетехнологичных теоретических поверхностей зубьев долбяка удобными в технологическом отношении;

- разработка механизма управления точностью профиля при аппроксимации и оптимизация управляющего параметра;

- установление наиболее полного перечня ограничивающих факторов, которые следует учитывать в условиях автоматизации расчетов инструмента;

- исследование области выбора основных независимых параметров долбяков; ,

разработка принципов и элементов системы параметрической оптимизации;

- разработка общей схемы САПР прямозубых долбяков и ее модулей;

- разработка специфических приемов изготовления и методов контроля спроектированных долбяков.

Во втором раздела обосновывается выбор теории формообразования принятой в качестве базовой, и установлено место зубодолбления е геометрической модели формирования поверхностей режущим инструментом предложенной проф. С.И. Лашневым.

В третьем разделе предложена математическая модель формирована режущей части прямозубого дрлбяка для обработки внешних и внутренни; зубчатых венцов в соответствии с новым подходом к профилирована инструмента (рис.1).

С теоретической точки зрения поверхности режущей части долбя» формируются следующим образом.

Заданный зубчатый венец ■ детдлц находится р аацеплении производящим колесом, зубья которого образованы производящим! поверхностями долбяка. При пересечении передней поверхности теоретическими производящими поверхностями образуются линии, с которым должны совпадать теоретически точные режущие кромки долбяка. Через эт кромки должны проходить теоретические задние поверхности долбяка. Дл образования задних углов задние поверхности отклоняются о соответствующих производящих поверхностей. После переточки высота толщина головки зуба инструмента будут меньше, поэтому, для получени

требуемых размеров зубьев детали необходимо уменьшить станочное - мёжосевое расстояние:— — 1

долбяка. 1 - боковая теоретическая производящая поверхность; 2 - производящая поверхность вершин; 3 - передняя поверхность;.. А - боковая теоретически точнай режущая кромка; 5 - теоретически Точная режущая кромка на - вершине; б - теоретическая боковая задняя Поверхность; 7 - теоретическая задняя поверхность вершин.

. При атом. теоретические производящие поверхности, сопрягающиеся с заданными поверхностями нарезаемого зубчатого венца, так же, как и ' теоретически точные режущие кромки,;будут изменяться. Чтобы такие, кромки " совпадали с получаемыми ори переточках долбяка, необходимо иметь • теоретические, задние поверхности, которые представляли бы собой

геометрическое место теоретически точных режущих кромок при различной степени сточенности долбяка.

Исходя из постоянства задних углов при переточках, такая задняя поверхность должна быть винтовой; однако, торцовый профиль ее будет незвольвентным. Для шлифования такой поверхности требуется фасонно заправленный шлифовальный круг, подача которого должна быть направлена по винтовой соосно с осью долбяка" При этом впадина получается цилиндрической. - В результате наличия заднего угла на вершине, зубья долбяка будут разновысокими.' При переточках зазор во впадинах зубьев инструмента уменьшается, следовательно, количество переточек окажется весьма ограниченным. Фасонная правка круга, необходимость его винтового движения и ограниченность числа переточек долбяка не позволяют считать такой вариант рациональным.

Для того, чтобы долбяк имел максимально возможный запас на переточку, зубья его следует выполнять равновысокими и располагать на. конической поверхности впадин. Однако, обработка боковых поверхностей таких зубьев оказывается нетехнологичной, т.к. фасонный профиль круга не позволяет изменять межосевое • расстояние. Такое решение требует. аппроксимации теоретических задних поверхностей на боковых сторонах зубьев более удобными в технологическом отношении. Задача при этом сводится к подбору аппроксимирующей поверхности, разработке метода аппроксимации и выбору параметров для управления характером распределения и величиной отклонений'профиля.

. Как показал анализ, для боковых задних поверхностей долбяка наиболее рациональной аппроксимирующей поверхностью' является . эвольвёнтная винтовая. Применение такой поверхности позволяет обеспечить высокую степень приближения к аппроксимируемой. Она может сопрягаться с плоской производящей поверхностью шлифовального круга, позволяющей перемещение "самой по себе" в любом направлении. Такими кругами можно шлифовать эвольвентные винтовые поверхности на конусе, как это принято в традиционной технологии обработки долбяков.

В результате такой аппроксимации действительная боковая режущая кромка, образующаяся при изготовлении долбяка как линия пересечения передней и задней поверхностей, будет отличаться от теоретически точной. Производящая поверхность, воспроизводимая такой кромкой в процессе главного движения, уже не будет эвольвентной. Образующиеся отклонения являются систематическими, непосредственно переносимыми На деталь. Их можно именовать "органическими", зависящими от метода аппроксимации ' • долбяка, причем, они не фиксируются при его контроле. Контроль профиля долбяка производится не по режущей кромке, а по боковой задней поверхности, и регистрируются отклонения от эвольвенты, .'полученные в результате аппроксимации. Поэтому регистрируемые отклонения профиля инструмента прй переносе на деталь будут суммироваться с "органическими". ■

В соответствии с разработанным математическим аппаратом модели уравнение теоретической производящей поверхности, долбяка, сточенного на -произвольную величину 12 имеет вид

г = -5а- , (1)

cos а

5 =5М„-ii-inva, (2)

Р ■• ' ■

где 5Мр - полярный угол начальной точки Мо теоретического профиля нового долбяка,

р - винтовой параметр боковой задней поверхности. Уравнение передней поберхиосги при стачивании на величину 1г

--к. t0) tar ' Щ

Совместное решение уравнений (1,2,3) при l^ponst' определяет теоретически точные режущие кромки; долбяка,-сточенного на величину 1г

Если принять параметр 1г переменной величиной, то приведенная выше система уравнений (1,2,3)-выражает геометрическое место теоретически точных режущих кромок, т.е. теоретическую боковую заднюю поверхность.

Как видно из уравнений (2,3), такая поверхность является винтовой с'

винтовым параметром р. ..... ...

Торцовый профиль этой поверхности в сечении' плоскостью, перпендикулярной оси д'опбяка z~z, выражается системой уравнений

[r.-ib-- , I COSH

Этот профиль не является эзольвенгным

Предложен. ^детод аппроксимации, лрзвоошащий управлять характером распределения и '.максимальной величиной . отклонений профиля

действительней производящей поверхности В кг.чество управляющего параметра был принят радиус г» точки касания К„ профупей действительной И теоретической ' производящих поверхностей. . Приведена рекомендуемая методика определения оптимального значений параметра, управляющего точностью при аппроксимации.

Сичзь ' параметров деистетвленых. таерзтичеешх производящих поверхностей и параметра управления ьо'рахаегсч уравнением

' К, »ЗРмт • *ЭГ - ¿¡.о - + <W • v4irw)'-Ом = 0- (5)

Для имеющегося на предприятии долбяка корректировать характер распределения отклонений действительной" производящей поверхности,, а, следовательно, и расположение пятна контакта зубьев НарезаеМых им йвНцоё,

возможно за счет изменения переднего угла у при заточке по передне{ поверхности.

При проектировании нового долбяка оптимальное положение точю< касания достигается за счет обеспечения расчетного диаметра с1М: аппроксимирующей боковой задней поверхности.

Корректировка диаметра основного цилиндра, применяемая е традиционных методах расчета с целью компенсации искажений режущеР кромки при заточке долбяка под требуемый передний угол, также фактичес» является аппроксимацией и может рассматриваться как частный случай предлагаемого 'метода. Зависимости могут быть получены при решение уравнения 5 из условия гк0=го, т.е. фиксированного расположения точки касания на делительной окружности долбяка.

В разделе приведены результаты аналитических исследований влияния различных параметров на положение точки Ко, характер распределения к максимальную величину отклонений при обработке долбяком, как внешних, та* и внутренних зубчатых венцов. Результаты исследований показали, что лр!' применении предлагаемой методики оптимизации параметра гю его.значения получаются весьма близкими к оптимальным. По сравнению с традиционными новые методы . расчетов долбяков позволяют уменьшить максимальное отклонение профиля действительной производящей поверхности в 6 и более раз. ' ,

Параметры колеса и долбяка

<х-20° 21=22=8 х1=х2-0,4 •

го=25 ь-«=8,771 ' рьог=24 У=5 ВР=15

0,005

0,01 Д|0,мм

0

Рис.2. График распределения.отклонений профипя действительной

производящей поверхности. - при рекомендуемом

с!ьот=35,361; — —при стандартном ¿Ют=35,'200.

Положение точки касания Ко (ги) весьма чувствительно к изменению основного диаметра с1ьот. аппроксимирующей поверхности. В свою очередь с!ьот зависит от угла установки салазок зусюшлифовального станка Например, для долбяка с т=4, го=25, 0)^1=93,867 при диаметре кулачка 0к=100 и угле установки «уст=20"10'14'' изменение на V угла установки приводит к изменению с)мт на 0,01 мм

Теоретическая задняя поверхность на вершинах зубьев долбяка является поверхностью вращения с криволинейной образующей. Из технологических соображений ее следует аппроксимировать поверхностью вращения с прямолинейной образующей Для получения наименьшей погрешности аппроксимации образующая должна проходить через теоретически точные ревущие кромки на вершина* 3>Сьео новою и предельно сточенного долбяка

: агс(д

1

•В,

■ -Иду

(6)

Зависимость (6), в отличие от известных, учитывает углы заточки долбяка и является аналитически точной. Ее применение позволяет уменьшить органические погрешности долбяка, что особенно важно при ' нэразагши зубчатых венцов*" имеющих *жесткие допуски одновременно на толщину зуба и диаметр впадин

Для уменьшения абсолютной величины погрешности аппроксимации рекомендуется сместить полученную образующую в радиальном направлении на величину, соответствующую половине максимальной погрешности

Проведенные аналитические исследования показали, что доминирующее влияние на погрешность аппроксимации поверхности вершин оказывает величина запаса на его перетолку Вр. В связи с этим при обработке зубчатых венцов с жесткими допусками на диаметр впадин погрешность аппроксимации будет являться одним из - факторов, ограничивающих запас на переточку долбяка.

8 четвертом разделе приведена общая концепция системы параметрической оптимизации.. . Все . параметры, зуборезных долбяков разделяются на независимые и зависимые. Последние однозначно рассчитываются по принятым, независимым. От оптимальности принятых значений независимых параметров • зависит степень удовлетворения требований к качественным показателям обрабатываемого зубчатого венца, режущей способности инструмента, сроку его эксплуатации и другим показателям На каждый показатель сказывает влияние большое число независимых параметров. Однако степень их влияния различна, В связи с этим из числа таких параметров следует - выделить те, которые оказывают доминирующее влияние на каждый из рассматриваемых параметров. В качестве независимых следует принимать те параметры, которые болев

удобно' использовать для управления процессом проектирования. Поскольку имеете*? большое число взаимосвязанных параметров инструмента . и нарезаемого венца, разработана система параметрической оптимизации. Оптимизация проводилась по критерию ■ обеспечения' максимального или достаточного запаса на переточку долбяка при непременном выполнении всех ограничивающих условий.

На основе анализа зубодолбления'4 внешних и внутренних зубчатых венцов были определены 14 ограничивающих факторов, которые необходимо учитывать прц формализации процесса проектирования и оптимизации в условиях автоматизации расчетов.

В число таких факторов входят выполнение трех условий формообразования поверхностей резанием, удовлетворение точностным критериям, обеспечение эффективной работоспособности долбяка, а также конструктивные и технологические ограничения. .

Основными при расчет ех долбяка являются параметры теоретических ■ производящих поверхностей, образующих производящее-, колесо. £} качестве независимых параметров,- были приняты число гО и делительная толщина 80 его зубьев. Эти" параметры материализованы на долбяке и могут, быть непосредственно проконтролированы. Условия по десяти из установленных факторов, выраженные через принятые независимые параметры, • в графической интерпретации определяют блокирующий, контур (рис.3) , в пределах которого и ведется оптимизация по критерию, обеспечения максимального или достаточного запаса на переточку.

-Запас на переточку характеризуется разностью толщин зубьев нового и предельно сточенного'долбяка. Графически он выражается отрезком прямой. По расположению отрезка относительно границ блокирующего контура можно оценивать целесообразность применения Конкретного долбяка. Если отрезок лежит вне блокирующего контура, то' соответствующий долбяк; для Непосредственного использования И переШлифовки непригоден'. При расположений отрезка внутри .блокирующего контура соответствующий дслбя.к пригоден для непосредственного использования ыи пергшлифрвки.

В случае пересечения указанного отрезка с-блокирующем контуром потенциально использовать ^ожно лишь "ту часть'долбяка, толщины зубьев которой лежат внутри .блокирующего контура.; При Ьрооетировании нового долбяка потенциальный запас На его переточку олредоляется верхней и нижней границами блокирующего контура. '

.По результатам исследования влияния 'ограничивающих условий на область допустимых, значений независимых параметров производящих поверхностей приведены рекомендации, по использозанию и корректировке блокирующих контуров основных независимых параметров производящих Поверхностей долбяков. ', .

Рис. 3. Блокирующие контуры основных независимых параметров производящих поверхностей долбяков при обработке зубчатых венцов: , _ !

а) с внутренними зубьями т=1 (приведенный), а=20°,г=40, б=6,313, с1,=70Д с!»=57,3 р[Ц=Э,822: .' б) с внешними зубьями т=1 (приведенный), а=20°.2=3, £=5 439, с!,=31,46, В,Э, ,391. ;

В пятом разделе рассмотрены принципы и элементы параметрической оптимизации. Приведены особенности их реализаций в модулях предлагаемой САПР долбяков. -

На стадии подготовки параметров обрабатываемого зубчатого венца производится назначение гарантированного технологического перекрытия активной части профиля зуба. Оно необходимо для компенсации изменения размеров требуемого активного профиля при зубодоЛблении и обеспёчения правильности контроля. Гарантированное технологическое перекрытие, назначаемое конструктором, в значительной мере ограничивает .запас на переточку долбяка и поэтому является ■ одним из элементов системы оптимизации. Принципы назначения такого перекрытия приведены в рассматриваемом разделе диссертации. Применение блокирующего контура позволяет выбрать оптимальное число зубьев долбяка, при котором обеспечивается максимальный или достаточный запас на его переточку. В разделе приведены ' принципы выбора оптимального числа зубьев проектируемого долбяка. Для имеющихся долбяков по блокирующему контуру производится предварительный подбор наиболее рационального долбяка для использования или перешлифовки. Такой блокирующий' контур является одним, из основных элементов системы, позволяющий прогнозировать результаты расчетов.'

Для проектируемых' и перешлифовываемых долбяков оптимизируется параметр ги управления точностью аппроксимации • боковых задни» поверхностей по разработанной методике. Этот элемент оптимизации обеспечивает правильное расположение пятна контакта Зубьев сопряженнь|> деталей.. • '

С помощью этого параметра при необходимости возможцс корректировать расположение пятна контакту

Для' новых и перешлифованных долбяков оптимизация, положения аппроксимирующей поверхности. вершин зубьев обеспечивается пру использовании предложенной мётодики.

При. необходимости получения наименьших переходных кривых н'£ обрабатываемом венце. предусматривается располагать запас на переточи) проектируемого долбяка примерно симметрично относительно пинии "нулевых' переходных кривых на блокирующем контуре не разработанной методика: Kai показали результаты исследований, использование этой методйки позволяет обеспечивать максимальную высоту переходных кривых меньше'0,02 модул* при том же запасе на переточку, что. и у соответствующего стандартной долбяка.

Использование элементов оптимизации, их последовательность и связ1 между ними определяются задачами расчетов долбяка.

Разработанные • методы расчетов, включающие . систем; параметрической оптимизации, предусматривают использование аналитичесю

точных зависимостей и трансцендентных уравнений. Их использование связано

со значительным—объемом вычислительных работ, что—и вызвало --------

необходимость разработки САПР прямозубых долбяков.

Разработанные модули САрр ориентированы на решение трех основных задач производства:

- подбор и проверку приемлемости стандартного или имеющегося долбяка;

- подбор долбяка для перешлифовки и расчет параметров перешлифовки;

- расчет специального долбяка.

Структура САПР включает в себя следующие модули; .

- подготовка параметров зубчатых колес к расчету инструмента. В этом модуле определяются все параметры, необходимые для расчета инструмента с учетом расположения полей допусков, припуска на последующую обработку и гарантированного технологического перекрытия активного профиля зуба. Поскольку величина перекрытия может оказывать существенное влияние на ресурс работы долбяка, предусматривается возможность его корректировки. Для зубчатых венцов других групп деталей подготовка параметров не требует сложных расчетов и поэтому производится вручную;

" - расчет блокирующих ' контуров основных" независимых параметров долбяка. Для принятых параметров зубчатого венца данный модуль предусматривает расчет и графическое построение блокирующего контура, опредепяющего область значений чисел го и делительных толщин Бо зубьев долбяков, при которых выполняются первые десять ограничивающих условий.

В этой области и производится оптимизация,

- проверочный- расчет прямозубого долбяка. Модуль предназначен для определения оценочных параметров выбранного долбяка. Удовлетворение всем оценочным критериям во всех проверяемых сечениях свидетельствует о возможности полного использования долбяка. При отрицательных результатах проверки в некоторых или даже во всех сечениях, но при наличии припуска на поверхность вершин, долбяк целесообразно проверить на возможность его перешлифовки;

- расчет .параметров перешлифовки прямозубого долбяка. Целью данного модуля является выявление предельных сечений долбяка, а которых возможно удовлетворение всем оценочным критериям, а также расчеу параметров передней поверхности и поверхности вершин зубье_, до которых следует вести перешпифовку;

- конструеторскйй расчет прямозубого долбяка. Модуль предназначен для расчета специального долбяка, в наибольшей степени отвечающего требованиям оптимальности его параметров. Математический .аппарат модуля. .. содержит систему оптимизации а соответствий с иерархической значимостью независимых параме!ров, включает вложенныэ трансцендентные уравнения

при решении которых используются методы последовательных приближений с заданной степенью точности;

- таблица оценочных параметров. Модуль предназначен для выполнения 'интерфейсных и оценочных функций в предлагаемой системе автоматизированных расчетов. После расчета каждого из вариантов долбяков выводится графическое изображение блокирующего контура, на котором нанесены отрезки линий изменения толщин зубьев всех рассчитанных вариантов,- а также таблица оценочных параметров дпя диагностики рассчитанных и выбора из них оптимального варианта;

- контроль прямозубого долбяка. Целью данного модуля является расчет параметров измерительных устройств й их настройки, применение которых позволяет обеспечивать высокую точность расчетного соотношения высоты головки и толщины зуба долбяка различной степени сточенности;

Разработка остальных модулей САПР прямозубых долбяков в объеме данной работы не предусматривалась. Все разработанные модули расчетов предусмотрено использовать В системном и автономном режимах работы. Вследствие этого, для повышения точности расчетов в качестве исходных данных использованы только несвязаные параметры..

Поскольку закон изменения положения нижних граничных точек профиля-производящих поверхностей долбяков: зависит от способа шлифования боковых сторон зубьев инструмента, в модулях расчетов долбяков ■ принимается тот способ, при котором подрез ножки зуба предельно сточенного долбяка отсутствует. '

В разделе приведены особенности изготрвления и контроля предлагаемых долбяков.

Отмечено, что технологический процесс изготовления и контроля таких долбяков практически не отличается от применяемых в настоящее время. Получение принятой боковой аппроксимирующей поверхности достигается за счет корректировки угла Наклона салазок зубошлифовального станка (типа Нейшенел-Тул) или угла установки шлифовального круга в вертикальной плоскости (на станках типа Фаррел-Сайкс).

Для обеспечения, стабильности размеров зубьев' детали, нарезаемой долбяком различной сточенности, необходимо выдерживать расчетное соотношение высоты головки и толщины зуба долбяка по его длине. Для получения точного соотношения, что особенно важно дпя класса соединений с центрированием по поверхности впадин, допуски на составляющие элементы размерной цепи должны быть весьма жесткими, что вызывает ряд проблем при изготовлении долбяков и является экономически неопра'вданйым. Для решения этой проблемы предлагается технологический прием, Использующий идею компенсатора. В качестве измерительной базы принимаются фактически полученные боковые поверхности зуба долбяка, обработка которых является •наиболее сложной. В качестве компенсирующего элемента размерной цепи

1ринимается задний угол на вершине зуба долбяка. Для осуществления этого 1риема предложены два метода контроля зубомерами смещения.

Метод "постоянных показаний" предусматривает использование зубомера с измененным' профильным углом, который рассчитывается по требуемому изменению высоты головки и толщины зуба долбяка при различной степени его сточенности. При выдерживании расчетного соотношения показания прибора по длине зуба долбяка должны бьгть одинаковыми (рис 4.а). Шлифование.поверхности вершин зубьев производится на круглошлифовальном станке, а измерение ведется без съема долбяка. Задний угол на вершине устанавливается посредством пробных проходов, послё чего оставшийся припуск снимаемся до требуемых показаний гфибсра.'

Рис. 4. Методы контроля зубомерами смещения

Метод "двух сечений", в отличие от вышеприведенного, предусматривает контроль эубомером смещения, со стандартным профильным углом в двух фиксированных сечениях. Требуемый угол на вершине будет обеспечен, если разность показаний- в этих сечениях равна расчетной (рис 4.6). Контроль по первому из приведенных методов " предпочтительнее, 'поскольку"" он' обеспечивает большую точность и простоту измерения, но в отличие от второго не является универсальным. В разделе проведен анапиз возможности

формирования задних поверхностей специальных долбяков проволочным инструментом на прецизионных электроэррозионных станках с ЧПУ (моделей ЯОВОРИ).

Результаты анализа показали потенциальную возможность получения требуемых параметров зубьев долбяка таким способом. Целесообразной областью применения этого способа обработки является изготовление специальных долбяков, рассчитанных по предложенной методике, непосредственно на предприятии потребителе, причем в качестве заготовок возможно использование стандартных долбяков.

Основные выводы.

1. На основе современной теории формообразования -предложена математическая модель формирования поверхностей режущей части долбяка, в соответствии с которой:

а) теоретические боковые задние поверхности долбяка являются винтовыми с неэвольвентным профилем, расположенными на конической поверхности впадин. Получение таких поверхностей в настоящее время является проблематичным;

б) теоретическая задняя поверхность на вершинах зубьев долбяка является поверхностью вращения с криволинейной образующей (выпуклой при обработке внешних зубьев или вогнутой при обработке внутренних). Воспроизводство такой поверхности и, особенно, координация и контроль вызывают определенные трудности в производстве.

2. Предложены методы аппроксимации:

а) боковых поверхностей зубьев долбяка эвольвентными винтовыми поверхностями. Метод, в отличие от традиционно применяемой корректировки профильного угла, обеспечивает управление положением точки касания профилей действительной и теоретической производящих поверхностей и распределением ■ отклонений по профилю. • Получение такой поверхности может осуществляться методом обката на традиционно применяемом оборудовании. Разработана методика определения оптимапьного значения параметра, управляющего точностью аппроксимации при обработке внешних и внутренних зубчатых венцов с обычными и специфическими требованиями. Применение этой методики для практически применяемых значений передних, задних углов и запаса на переточку. обеспечивает благоприятный характер распределения отклонений по высоте профиля, а максимальная.величина отклонений при этом, не превышает допустимых пределов. Использование в качестве независимого параметра угла наклона линии аппроксимирующей поверхности на основном .'технологическом цилиндре позволяет Свести к минимуму переналадку зубощлифовальных станков при обработке различных долбяков. Метод позволяет также обеспечить оптимальное распределение отклонений профиля' имеющегося долбяка за счет корректировки переднего угла;

----------- б) поверхности-, вершин зубьев_долбяка^поверхностью вращения с

прп'.юнии'зйной обрязую«(еи |'кг»ч-!ческси поверхностью) П отличив ог приненпчмых в настоящее вр; '.'.я. учитывает наличие перчднв'с угла н*

ДОЛЕНКО И ПОЗя-ЛЛОТ ПСПМСГТЬ точмрть дПппО"СИМЯ!|ИИ

3 Дня автоматизированных ррсчетоа долбяков при которых требуется высокая сшпьнь формализации, ш^еделгиу \А условий, ограм1«чив?»"1>!и\

периметры долО^-ои пр^мените-ц (/м'ччип* и •-■ кучрониИ'» .-уСч'-т

рпзрроо-| -;иы грим: ¡ирь, I- 1 г ■ си" г г; 1 ! от иг ипяции г1Гра""п/ >-

прямозубых долбяков для обработки внешних и внутренних эвольвьнжшл

К Рачпапптаци мятргттичн);К| и )|Ои| оСси _____

построения блокирующих контуров независимых параметров производящих поверхностей долбяков. Использование блокирующих контуров для предварительной оптимизации позволяет:

а) оценить возможность обработки заданного зубчатого венца зубодолблением и решить вопрос о целесообразности допустимых изменений значений параметров нарезаемого венца;

б) производить подбор наиболее рационального стандартного или ««аилтегпг.в дгшбнка лг.я нопосос-дственного использования игм

П) ВыОрЯГь л.'пр;,1с)Г,Ч1"СЛ0 Зуб-,.«' ОлеЦИаЛг.-мОГО допои».я

Г) Прогнозпррр;!] Ь р":37.<-:/ р;;СЧа'.;!; ДОЛОПКСП

о Раэрабо^ниме <юа-.»о .методы рое>\-гсз дсобпков ы>г»ючр>ю» г.', параметрическом опшми.'чи-ии и позволяют производить прозерсчн'.-.'й рас«»> расчет параметров перешлифован и конструкторский расчет

7 Для обеспечения расчетного закона соотношения толшины и высоты зуба долбяка по его длине предлоген метод компенсации погрешностей положения боковых поверхностей за счет корректировки положения поверхности вершин.

8. Разработаны математическое и программное обеспечение модулей САПР прямозубых долбяков

9. Технико-экономическая целесообразность работы обусловлена повышением точности и ресурса работы рассчитанных долбяков, производство которых практически не требует дополнительных материальных затрат. Трудоемкость расчетных работ существенно снижена за счет использования модулей САПР прямозубых долбяков Использование рассчитанных долбяков. особенно для обработки деталей со специфическими требованиями, позволяет повысить точность, качество, надежность и ресурс работ ы последних.

10. По результатам производственных испытаний е ПО "Кран" (г. Узловая Тульской обл.) долбяки, спроектированные для нарезания специальных зубчатых венцов редуктора, рекомендованы к промышленному внедрению. Долбяки, спроектированные для нарезания деталей 177.27 02 и

2(1

180.27.Q1 изготовлены и внедрены на заводе по ремонту технологического оборудования (г. Щекино Тульской обл.).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Стаханов Н.Г., Борискин О.И., Якушенков А В. Система оптимизации параметров прямозубых долбяков для обработки внутренних зубьев II Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тез. докл. совещания. - Тула: ТулГУ, 1995. - С.49-50.

2. Стаханов Н.Г., Борискин О.И., Якушенков A.B. Использование блокирующих контуров при оптимизации параметров прямозубых долбяков для обработки внутренних зубьев II Режущие инструменты и метрологические аспекты их производства. Сб. Научн. тр. - Тула. ТулГУ, 1995. - С.55-62.

3. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков A.B. Элементы автоматизации расчета зуборезных долбяков II Вопросы совершенствования технопогических процессов механической обработки и сборки. Тез. докл. юбилейной научн,- техн. конф.- Тула: ТулГУ, 1996. - С. 80 - 81.

4. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков A.B. Особенности САПР прямозубых долбяков // Совместная сессия и выставка-ярмарка перспективных технологий. Сб. тез. докл. - Тула: АК "Туламашзавод", 1997. - С. 127 -128.

5. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков A.B. Принципы оптимизации параметров зуборезных долбяков // Режущие инструменты и метрологические аспекты их производства. Сб. научн. тр. - Тупа: ТулГУ, 1997. - С. 67 - 84.

6. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков A.B. Методологические основы оптимизации параметров обкаточного инструмента // Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение4). Вып. 1,- Тула: ТулГУ, 1997. - С 57-63.

7. Борискин О.И., Стаханов Н.Г., Якушенков A.B. Формообразование боковых поверхностей прямозубых долбяков // Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов. Сб. научн тр. - Тула: ТулГУ, 1997. - С. 38.

8. Стаханов Н.Г., Борискин О И., Якушенков A.B. Влияниз основного технологического диаметра прямозубого долбяка на искажения его профиля II Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Вып 3 - Тула: ТупГУ, 1997. - С.158-168

9. Якушенков A.B., Гузанова Ю.В. Специфика проектирования долбяков для обработки специальных зубчатых венцов редуктора II Известия ТулГУ. Серия «Машиностроение». Выл 3 - Тула. ТулГУ, 1997. - С. 184-193.

Ilu.iiiiii'uuu ц iii'UU, 1 11 . Фирма! 6)миш 6IKS4 1/16 Ьумл а пики|мфскаи № 2 ОфьЧ'ПЫИ псин*. Усл. исч. .1. ' ^ . > I I hp.-LH. . Уч. и и, .1 1

1h[U4. \ jki. 'JaKUi -/i-'O .

I).ikikHii юс) i в i и и i.i ii yiiiiBijHMU'i. 3ÜÜ6(K), i. ly.ia, »p. Ленина, 92.

l'fUkUlllMlllü - in IJU-II.IKIHI III II 1 P lyiLCKulll I OL) ,IU ¡К I UlIIIIIHl, ) IUI BCptH 11' 111.

.Шыи), i. Ij.'u, i.i. Ьчишы, 151