автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Совершенствование технологического обеспечения изготовления внутренних зубчатых венцов методом зуботочения

Ксендзов Владимир Олегович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ МЕТОДОМ ЗУБОТОЧЕНИЯ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2004

Работа выполнена в Рубцовском 'индустриальном институте Алтайского государственного технического университета им И.И. Ползунова

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

В.Л. Жихарев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

A.М.Марков

кандидат технических наук, доцент

B.М.Роговой

Ведущее предприятие - ОАО «Рубцовский

машиностроительный завод»

Зашита сосюптся 29 июня 2004 г. в _ часов на

заседании диссертационного совета Д212.004.02 в Алтайском государственном техническом университете им И.И. Ползунова по адресу 656038. г Барнаул, проспект Ленина 46. АлтГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлтГТУ Автореферат разослан 28 мая 2004 г

Ученый секретарь диссертационного совета

к I н . доцент ' 5 _, Ю О Шевцов

ЧШ-

г\ъъъч£

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Зубчатые передачи являются одним из важнейших элементов различных механизмов и машин Передачи внутреннего зацепления с каждым годом находят все более широкое применение в силу того, что они, по сравнению с передачами внешнего зацепления, имеют ряд преимуществ. Наличие большей дуги зацепления, большего коэффициента перекрытия, меньшего скольжения профилей зубьев, способствует уменьшению трения, повышению износостойкости и работоспособности зубчатых передач. Следует отметить также и\ большую компактность и меньшую материалоемкость.

Для обработки внутренних зубчатых венцов наиболее распространенным методом является метод зубодолбления, который характеризуется наличием рабочих ходов инструмента, во время которых происходит формирование профиля зуба, и наличием холостых ходов, что обусловливает низкую производительность данного метода.

Широкое применение для нарезания внутренних зубчатых венцов таких высокопроизводительных инструментов, как зубодолбежные головки и протяжки, сдерживается такими их недостатками - отсутствие универсальности, сложность и высокая стоимость инструмента. Поэтом) эти инструменты могут быть использованы только в массовом производстве шестерен.

Между тем, известны работы по применению для обработки внутренних зубчатых венцов метода зуботочения. По сравнению с зубодолблением этот метод дает увеличение производительности в 4 - 7 раз. Однако, он не получил достаточно широкого распространения в промышленности, и одна из причин такой ситуации - недостаточная исследованность влияния параметров технологической системы на характеристики качества изделий и отсутствие методики проведения технологической подготовки производства.

В связи с этим, работа, направленная на совершенствование технологического обеспечения изготовления внутренних зубчатых венцов методом зуботочения, является актуальной и представляет наччный и практический интерес.

Цель работы - повышение производительности нарезания внутренних зубчатых венцов путем совершенствования технологического обеспечения операции зуботочения.

РОС ь ■•••^ьНАЛ Ьч' . ЛКА ( I . ,10ург

гщ> рк

Задачи исследования

1 Исследовать влияние параметров обрабатываемой детали на наладочные параметры технологической системы и конструктивно-геометрические параметры инструмента при зуботочении внутренних венцов.

2. Разработать методику определения составляющих силы резания, мощности резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей, точности получаемых зубчатых венцов в зависимости от условий обработки (скорости резания г. подачи ,у, глубины резания {, угла скрещивания осей инструмента и заготовки р, переднего и заднего углов на вершине зуба инструмента у и а. модуля т, числа зубьев инструмента и детали г и распределения припуска между

проходами).

3 Экспериментально исследовать процесс зуботочения внутренних зубчатых венцов с получением эмпирических зависимостей для составляющих силы резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей

4. На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований разработать инженерную методику проектирования операции зуботочения внутренних венцов.

5. Провести промышленные испытания результатов исследования

Методы исследования

В работе использовались положения теории эвольвентной зубчатой передачи, технологии машиностроения. сопротивления материалов, математической теории планирования эксперимента, программирования Подтверждение теоретических положений обеспечивалось экспериментальными лабораторными исследованиями.

Научная новизна

1 Установлены взаимосвязи между конструктивно-геометрическими параметрами обкаточного резца, наладочными параметрами технологической системы (углом скрещивания, диаметром инструментальной оправки или инструментального шпинделя), режимами резания, конструктивными параметрами детали, требуемыми точностью зубчатого венца и шероховатостью обработанных поверхностей, мощностью и жесткостью используемого оборудования.

2 Теоретически обоснована и разработана методика расчета составляющих силы резания прп внутреннем зуботочении.

3 Определены зависимости для расчета выходных параметров (ехнологического процесса зуботочения' точности получаемых зубчатых

венцов, шероховатости ' обработанных поверхностей, стойкости инструмента, эффективной мощности резания.

Практическая ценность

1. Разработана методика проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов, включающая расчет наладочных параметров операции (угла скрещивания, диаметра инструментальной оправки или инструментального шпинделя), конструктивно-геометрических параметров инструмента и режимов резания в зависимости от параметров заготовки, требуемых точности венца и шероховатости обработанных поверхностей, мощности и жесткости используемого оборудования.

2. Разработано программное обеспечение, позволяющее определять наладочные параметры операции зуботочения внутренних венцов и конструктивно-геометрические параметры инструмента в зависимости от конструктивных параметров детали.

3. Разработана методика и экспериментальный стенд для исследования процесса зуботочения внутренних венцов: определения составляющих силы резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей и эффективной мощности резания.

4. Теоретически обоснована и разработана методика экспериментального исследования составляющих силы резания при внутреннем зубо точении. Разработанная методика позволяет использовать сборный однозубый обкаточный резец вместо множества цельных многозубых резцов и один типоразмер заготовки при исследовании процесса зуботочения внутренних венцов.

5. Результаты работы используются при изучении курсов «Технология машиностроения», «Теория резания», «Проектирование режущего инструмента», «Станки и металлорежущее оборудование» студентами специальности 120100 «Технология машиностроения»

Реализация результатов исследований

1 Разработанная методика проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов принята к внедрению ОАО «Алтайский трактор» (г.Рубцовск) для использования на этапе технологической подготовки производства деталей с внутренними зубчатыми венцами сельскохозяйственных и трелевочных тракторов Ожидаемый годовой экономический эффект - 90000 рублей.

2 Результаты работы используются в качестве методического и программного обеспечения в учебном процессе РИИ АлтГТУ им И.И Ползунова при подготовке инженеров-технологов по специальности 120100 «Технология машиностроения»

Апробация работы

Основные положения работы были доложены на международной научно-технической конференции «Строительство и реконструкция в современных условиях» (г. Рубцовск, 1997 г.), научно-технических конференциях студентов и аспирантов (г. Рубцовск, 1998 г.. 1999 г.), научных семинарах кафедр ОТМ, ТАП АлтГТУ и ТМ РИИ АлтГТУ в 2002-2004 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы

Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы, 35 рисунков и фотографий

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложено современное состояние проблемы, обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулирована цель работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор литературных источников, касающихся вопросов технологического обеспечения производства внутренних зубчатых венцов методом зуботочения.

Первые теоретические исследования данного вопроса выполнены Ю.П Цвисом, который в своих работах изложил основные положения процесса зуботочения, провел анализ загрузки зубьев инструмента, стружкообразования, скорости резания, геометрии режущего инструмента, привел результаты экспериментальных исследований.

Наибольший вклад в разработку вопроса нарезания внутренних зубчатых венцов методом зуботочения внес Н.Н.Волков В его работах исследовано внутреннее станочное зацепление обкаточного резца с зубчатым колесом, рассмотрено формообразование внутренних зубчатых венцов обкаточными резцами, исследованы геометрические параметры режущего клина резцов, высоты переходных кривых, величины врезания, рассмотрены вопросы модернизации оборудования для нарезания внутренних зубчатых венцов методом зуботочения, изложена методика конструирования обкаточных резцов, расположенных со смешением относительно межосевой линии приведены формулы для расчета размеров резца, угла скрещивания осей резца и зуба и их межосевого

расстояния, описано изменение параметров резца при перетбчках, указан способ восстановления параметров

Кроме этого, были проанализированы работы таких исследователей, как Котельников Ю.В , Кошлакова В В., Колесников В.Н., Котликов В .Я., Сызранцев В.Н , Ротманов Э В., Либуркин Л.Я , Витренко А.Н., Витренко В.А., Кириченко И.А. Среди вопросов, затронутых данными авторами, были следующие: изготовление обкаточных резцов из заготовок вида однополостный гиперболоид, обработка внутренних цилиндрических зубчатых венцов методом зуботочения трехрядными обкаточными резцами, определение профиля зуба колеса, нарезаемого методом зуботочения, при любой форме режущей кромки инструмента.

Зарубежные публикации, посвященные проблемам зуботочения, касаются в основном вопросов станкостроения.

Анализ опубликованных исследований позволил сделать следующие выводы:

1. Большинство опубликованных исследований посвящено вопросам расчета и конструирования обкаточных резцов

2 Вопросы технологического обеспечения операции зуботочения зубчатых венцов (расчет режимов резания, силы резания, энергозатрат, точности обработки, шероховатости получаемых поверхностей, наладочных параметров операции. конструктивно-геометрических параметров инструмента) почти не затрагиваются Не разработаны и инженерные методы расчета вышеназванных показателей.

Эти выводы позволяют объяснить тот факт, что такой высокопроизводительный метод, как зуботочение, до сих пор не получил широкого распространения в промышленности

Таким образом, для повышения производительности нарезания внутренних зубчатых венцов путем применения метода зуботочения необходимо совершенствование технологического обеспечения данного метода, чему и посвящены следующие главы работы.

Во второй главе изложены теоретические основы методики определения конструктивно-геометрических параметров резца, заготовки и наладочных параметров операции при зуботочении внутренних венцов На рисунке 1 показано крайнее положение инструмента в конце обработки Так как оси заготовки и обкаточного резца перекрещиваются, то для выхода резца и заготовки из зацепления и гарантированной обработки крайних точек венца требуется канавка, шириной ¿. Ширина канавки зависит от параметров зубчатого венца, от диаметра

о

инструмента, от угла скрещивания и от величины аксиального отверстия в заготовке, если такое имеется.

С увеличением угла /? зазор А] между деталью и оправкой уменьшается и в некоторый момент станет равным нулю, те. произойдет касание инструментальной оправки и детали, что недопустимо

С увеличением угла ¡3. или с уменьшением угла а, зазор Д2 между обработанной поверхностью и верхней кромкой инструмента 1 уменьшается, и, так же, как и в предыдущем случае, может произойти касание, что также недопустимо.

Рисчнок 1- Конструктивно-геометрические параметры резца и заготовки и наладочные параметры операции

Определение необходимой ширины канавки для выхода резца, максимально допустимого диаметра инструментальной оправки, минимально допустимого заднего угла инструмента, при заданных угле скрещивания диаметре и высоте резца, а также решение других вариантов этих задач ранее возможно было только трудоемким графическим методом В работе эти задачи решены аналитическими и

'численными методами. Результатом этой части работы явилась программа расчета конструктивно-геометрических параметров резца и заготовки, наладочных параметров операции и проверки возможности осуществления процесса зуботочения из условия отсутствия интерференции поверхностей обрабатываемой детали и инструмента, разработанная на языке Turbo-Pascal 7.0.

Третья глава работы посвящена разработке методики определения составляющих силы резания, мощности резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей и точности получаемых зубчатых венцов в зависимости от условий обработки с использованием в качестве инструмента сборного однозубого обкаточного резца с изменяемыми параметрами

Все экспериментальные исследования, проводимые в работе, можно разделить на две основные части силовые испытания и стойкостные.

Цель силовых испытаний - получение зависимостей составляющих силы резания от факторов, характеризующих процесс

Определение составляющих силы резания в каждом опыте осуществлялось методами тензометрии.

Цифрой 1 на рисунке 2 обозначено место наклейки тензорезистора на шпиндель. Благодаря наличию у однозубого обкаточного резца четырех шпоночных пазов, расположенных под \глом 90° друг к др\ гу. имелась возможность изменять положение тензорезистора относительно зуба резца, а. следовательно, и относительно точки приложения составляющих силы резания />,, Р- и Р, Возможные дополнительные относительные положения тензорезистора обозначены цифрами 2. 3 4

Формулы на рисунке' 2 представляют сббой выражения для нормальных напряжений тензорезистора в соответствующих положениях через составляющие силы резания Определяя опытным путем напряжения тензорезистора в каждом из четырех положений и решая совместно любые 3 из приведенных выражений, определяли силы Ри Р. и Л

Исследование сил резания проводилось однозубым инструментом, в то время как в реальных условиях используют многозубые резцы. Переход от однозубого резания к многозубому осуществлялся разработанным графо-аналитическим методом, изложенным далее

Сначала на основании полученных для однозубого резца осциллограмм ( рисунок 3,а), для каждого опыта и для каждой из составляющих силы резания строили зависимости составляющих от угла поворота зуба резца (от начала врезания зуба в заготовку до его выхода).

Рисунок 3- Определение сил резания при работе многозубым

инструментом ц

При 5гом реальная кривая (пунктирная линия на том же рисунке) аппроксимировалась треугольным сигналом

Затем, принимая во внимание коэффициент перекрытия инструмента и заготовки е, определяемый по полученному в работе выражению (1). строили картины многозубого резания ( рисунок 3,6)

z • arcsin -

d -cos ß

e =----(1)

2 n

В выражении (1): v - вспомогательная величина, мм, р - угол скрещивания осей инструмента и заготовки, zu - теоретическое число зубьев многозубого резца, d - диаметр окружности выступов

инструмента, мм.

И, наконец, суммируя графики рисунка З.б. получали зависимости составляющих силы резания при многозубом резании (рисунок 3,в).

Угол контакта инструмента с заготовкой от начала врезания зуба до его выхода определяется по формуле:

2 • у

<р = arcsin f——(2) а ■ cos р

В процессе формообразования происходит изменение сил Р и Р_

тэтах -г>тт r>itw\ г>'"'" / \ г

от г до г и от г_ до г_ (см рисунок j,в), обусловленное

тем. что инструмент является многозубым Это вызывает изменение межосевого расстояния обкаточного резца и заготовки и переходит на готовую деталь в виде колебания измерительного межосевого расстояния Одним из результатов работы явилось условие обеспечения заданной I точности обработки:

л / ^ /11 / гз""" г>тт | Dmci\ > / nun тп\ , ,

Лит =(rr—-(2-li-(P] -Л )~PZ -¿(с, -г-С, ) +

2'1' (3)

+ Р.""" ■ d ■ (с'Г + С?"))) ■ COS < /;",

где Л - максимальное изменение межосевого расстояния инструмента та\ ' г '

и заготовки в процессе резания, / - расстояние от переднего торца инструмента до передней опоры шпинделя. cmaN<mm> . податливость

системы инструмента. с™х(т,п) . податливость системы заготовки,

половина угла контакта инструмента и заготовки, / - допуск на

колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе.

Эффективная мощность резания определялась аналитически, по полученному в работе выражению:

5 • V • г N = Р -^—

5 • V ■ 2

+ Л г-

Ш Р Л-6-1

(4)

где N - эффективная мощность резания. кВт; 5 - подача, мм/об; V -

скорость резания м/мин. Экспериментально эффективная мощность резания оценивалась по изменению силы тока главного двигателя

Цель стойкостныч испытаний - получение зависимости стойкости инструмента от факторов, характеризующих процесс.

Рисунок 4- Характер износа обкаточного резца

Как п силовые испытания. стойкостные эксперименты проводились однозубым обкаточным резцом Ввиду того, что при одинаковой подаче на зуб условия работы однозубого резца п каждого из зубьев многозубого инструмента подобны, результаты стойкостных испытаний выполненных с использованием однозубого обкаточного резца, были без изменений отнесены и к многозубому резанию

В холе экспериментов был определен характер износа инструмента (рисунок 4) По передней поверхности вдоль режущих кромок были видны стеды 1унки износа, по задней поверхности вдоль режущих кромок обозначились фаски износа, но наибольшему износу

подвергались вершины зуба, причем износ вершины, второй вступающей в резание (достигал 0,7 - 1,0 мм), был на несколько порядков выше, чем износ другой вершины (достигал 0,05 - 0,1 мм) Поэтому стойкость инструмента оценивалась по износу вершины, вступающей в резание второй.

За критерий затупления была принята величина фаски износа вершины, второй вступающей в резание Ь3, равная 0.7 мм Износ контролировался лупой прибора Бринелля

В четвертой главе изложены программа экспериментальных исследований, обоснованы и выбраны факторы и их интервалы варьирования, проведен статистический анализ экспериментов, описано экспериментальное оборудование и приведены результаты исследований

Задачами экспериментальных исследований являлись.

1. Установление зависимостей составляющих силы резания, стойкости инструмента и шероховатости обработанных поверхностей при зуботочении внутренних зубчатых венцов в зависимости от условий обработки (скорости резания г, подачи , глубины резания I. угла скрещивания осей инструмента и заготовки /?. переднего и заднего углов на вершине зуба инструмента у и а, модуля т, числа зубьев инструмента и детали :и и гд, распределения припуска межд\ проходами).

2. Проверка адекватности полученных зависимостей

При экспериментальных исследованиях были реализованы 1 . реплики от полного факторного эксперимента.

Основными результатами регрессионного анализа явились следующие эмпирические зависимости'

Т =

(8)

(9)

где - составляющие силы резания, кН; 7" - стойкость

инструмента, час; /?д - параметр шероховатости, мкм; т - модуль, мм; 5 -подача, мм/об; у и а - передний и задний углы при вершине зуба резца, соответственно, измеренные в осевой плоскости зуба, град; ¡3 - угол скрещивания осей инструмента и заготовки, град; г - глубина резания, мм. V - скорость резания, м/мин. :„ и :„ - числа зубьев инструмента и заготовки, соответственно

Проверка адекватности полученных зависимостей проводилась при

следующих условиях: т= 5 мм, /? = 150, = 25, гд=51, ^ = 0.18 ..0,52 мм/об, у= 10.. 30 м/мин, != 1 ,4 мм, а = у = 10°, материал инструмента - ст. Р6М5. материал заготовки - ст. 45. Всего было проведено около 50 опытов.

Несовпадение действительных значений величин и величин, определенных по приведенным выше формулам, не превышало 28%.

В пятой главе предложена методика инженерного проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов, включающая назначение наладочных параметров операции (угла скрещивания, диаметра инструментальной оправки или инсгрумен!ального шпинделя) конструктивно-геометрических параметров инструмента и режимов резания в зависимости от параметров заготовки, требуемых ючности венца и шероховатости обработанных поверхностей, мощности и жесткости используемого оборудования Данная методика распространяется на внутренние прямозубые зубчатые венцы модуля 1 - 8 мм со стандартным исходным контуром

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Исследовано влияние параметров обрабатываемой детали на наладочные параметры технологической системы и конструктивно-

геометрические параметры инструмента при зубото'чении внутренних венцов.

2. Программная реализация данных исследований позволяет автоматизировать расчеты по определению наладочных параметров операции зуботочения внутренних венцов. конструктивно-геометрических параметров инструмента и проверке возможности осуществления процесса зуботочения из условия отсутствия интерференции поверхностей обрабатываемой детали и обкаточного резца.

3 Разработаны экспериментальный стенд и методика для исследования процесса зуботочения внутренних венцов, позволяющие определять составляющие силы резания, стойкость инструмента, шероховатость обработанных поверхностей и эффективную мощность резания.

4. Теоретически обоснована и разработана методика исследования составляющих силы резания при внутреннем зуботочении Разработанная методика более экономична, так как позволяет использовать сборный однозубый обкаточный резец вместо множества цельных многозубых резцов и один типоразмер заготовки при исследовании процесса зуботочения.

5 Предложены зависимости для расчета составляющих силы резания и мощности резания, позволяющие учитывать влияние подачи, глубины резания, модуля, чисел зубьев инструмента и обрабатываемой детали, скорости резания.

6 Определены зависимости для расчета стойкости инструмента п шероховатости обработанных поверхностей, позволяющие учитывать влияние модуля, подачи, глубины резания, скорости резания и конструктивно-геометрических параметров инструмента и обрабатываемой детали Оценка предложенных в работе зависимостей подтвердила их адекватность реальному процессу.

7 Разработана методика инженерного проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов, включающая назначение наладочных параметров операции (угла скрещивания, диаметра инструментальной оправки или инструментального шпинделя), конструктивно-геометрических параметров инструмента и режимов резания в зависимости от параметров заготовки, требуемых точности венца и шероховатости обработанных поверхнос гей. мощности и жесткости используемого оборудования Методика позволяет разрабатывать технологические процессы обработки деталей с

внутренними прямозубыми венцами исходным контуром

8 Результаты работы ис «Технология машиностроения», «" режущего инструмента», «Станки студентам специальности 120100 «Т< при выполнении лабораторных, курс этой же специальности.

9. Внедрение результатов исследования на ОАО «Алтайский трактор» (г. Рубцовск) позволяет повысить производительность операции зубоиарезания коронной шестерни в 4,3 раза. Ожидаемый годовой экономический эффект-90000 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Ксендзов В О. Расчет на ЭВМ ширины канавки для выхода резца и диаметра оправки при внутреннем зуботочении // Вестник машиностроения. 2002, №8. С. 51-53.

2 Ксендзов В О Определение необходимой ширины канавки для выхода резца при внутреннем зуботочении // Строительство и реконструкция в современных условиях: Тезисы докладов международной научно-технической конференции / Рубцовский индустриальный институт - Рубцовск: РИО, 1997,- 99 с.

3 Ксендзов В.О. Экспериментальный стенд для исследования режимов резания при зуботочении // Научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов (16-17 апреля 1998 г.)/ Рубцовский индустриальный институт,- Рубцовск: РИО, 1998 - 116 с.

4 Ксендзов В О Расчет на ЭВМ максимально допустимого диаметра инструментальной оправки и необходимой ширины канавки для выхода резца при внутреннем зуботочении // Научно-техническая конференция студентов и аспирантов' Тезисы докладов (15-16 апреля 1999 г)/ Рубцовский индустриальный институт,- Рубцовск: РИО, 1999.120 с

Подписано к печати 21 05 04. Формат 60x84 1/16 Уел печ i 0.7 Тираж 100 экз Заказ 04-236 Peí №49

Отечакшо н РИО Рубцовского индустриального института

658207 Р\биовск.\.т Тракторная. 2/6 , ' ,

'. i ' > i ,

V л " 1 з та ?оо4

Об

РНБ Русский фонд

2006-4 4217

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Особенности метода зуботочения.

1.1.1 Принцип метода зуботочения.

1.1.2 Кинематика процесса зуботочения.

1.1.3 Технологические особенности зуботочения внутренних зубчатых венцов.

1.2 Проблемы метода зуботочения.

1.3 Выводы. Цель и задачи исследования.

2 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗЦА, ЗАГОТОВКИ И НАЛАДОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИИ ПРИ ЗУБОТОЧЕНИИ ВНУТРЕННИХ ВЕНЦОВ. 22 2.1 Определение необходимой ширины канавки для выхода обкаточного резца.

2.2 Определение максимально допустимого диаметра инструментальной оправки (инструментального шпинделя).

2.3 Проверка возможности осуществления процесса зуботочения внутренних венцов для принятых конструктивных параметров инструмента и заготовки

2.4 Программа расчета конструктивных параметров резца и заготовки, наладочных параметров операции и проверки возможности осуществления процесса зуботочения.

2.5 Выводы.

3 МЕТОДИКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ЗУБОТОЧЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ.

3.1 Задачи теоретических и экспериментальных исследований.

3.2 Методика силовых испытаний.

3.2.1 Определение составляющих силы резания.

3.2.2 Погрешность измерения составляющих силы резания.

3.2.3 Аналитическая модель силы резания при зуботочении.

3.2.4 Влияние на составляющие силы резания диаметров инструмента и заготовки.

3.2.5 Влияние составляющих силы резания на точность получаемых зубчатых венцов.

3.3 Методика стойкостных испытаний.

3.3.1 Влияние на стойкость инструмента диаметров резца и заготовки.

3.3.2 Определение длины срезаемого слоя.

3.4 Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1 Оборудование для экспериментально-аналитических исследований.

4.2 Определение зависимостей для составляющих силы резания.

4.2.1 Определение начальных зависимостей составляющих силы резания

4.2.2 Оценка влияния числа зубьев инструмента и заготовки на составляющие силы резания.

4.2.3 Определение составляющих силы резания при работе по предварительно прорезанной впадине.

4.3 Определение мощности резания.

4.4 Определение зависимости стойкости инструмента от факторов резания

4.4.1 Определение начальной зависимости для стойкости инструмента.

4.4.2 Оценка влияния числа зубьев инструмента и заготовки на стойкость резца.

4.5 Проверка адекватности полученных зависимостей и теоретических положений работы в условиях реального процесса резания.

4.6 Выводы.

5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1 Реализация методики проектирования операции зуботочения внутренних венцов.—.

5.2 Использование результатов исследования в учебном процессе РИИ АлтГТУ.

5.3 Выводы.

Зубчатые передачи являются одним из важнейших элементов различных механизмов и машин. Среди зубчатых передач передачи внутреннего зацепления с каждым годом находят все более широкое применение в силу того, что они, по сравнению с передачами внешнего зацепления, имеют ряд преимуществ. А именно: наличие большей дуги зацепления, большего коэффициента перекрытия, меньшего скольжения профилей зубьев, что способствует уменьшению трения, повышению износостойкости и работоспособности зубчатой передачи. Так же, следует отметить ее большую компактность.

В подтверждение сказанному, можно привести данные по использованию зубчатых колес с внутренними венцами в ОАО «Алтайский трактор» по основным видам продукции (в процентах от общего числа зубчатых колес, используемых при производстве каждого вида):

Наименование продукции 1998 г. 2003 г. 2008 г.

Трактор Т-4А 2,8% 8,1% 13,9%

Трактор ТТ-4М 1,4% 4,3% 7,2%

Для обработки внутренних зубчатых венцов наиболее распространенным методом является метод зубодолбления, который характеризуется наличием рабочих ходов инструмента, во время которых происходит формирование профиля зуба, и наличием холостых ходов, занимающих более 50% машинного времени, что обусловливает крайне низкую производительность данного метода.

Между тем, известны работы по применению для обработки внутренних зубчатых венцов метода зуботочения. По сравнению с зубодолблением этот метод дает увеличение производительности в 4-7 раз.

Однако, данный высокопроизводительный метод пока не получил достаточно широкого распространения в промышленности и одна из причин такой ситуации - недостаточно разработанная методика проектирования операции зу-боточения внутренних зубчатых венцов. В настоящее время отсутствуют рекомендации по назначению режимов резания, выбору конструктивно-геометрических параметров режущего инструмента, наладочных параметров операции, что исключает быстрое и качественное ее проектирование.

В связи с этим, работа, направленная на совершенствование технологического обеспечения операции зуботочения внутренних зубчатых венцов является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Целью исследования является повышение производительности нарезания внутренних зубчатых венцов путем совершенствования технологического обеспечения операции зуботочения. Для достижения указанной цели в работе поставлен ряд задач, которые решаются последовательно в пяти главах.

В первой главе анализируется состояние вопроса по технологическому обеспечению производства внутренних зубчатых венцов методом зуботочения, доказывается актуальность проблемы.

Во второй главе изложены теоретические основы методики определения наладочных параметров операции зуботочения внутренних венцов и конструктивно-геометрических параметров инструмента, в зависимости от параметров обрабатываемой детали.

В третьей главе теоретически обоснована и разработана методика расчета составляющих силы резания, мощности резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей, точности получаемых зубчатых венцов, в зависимости от условий обработки.

Четвертая глава посвящена экспериментальному определению составляющих силы резания, стойкости инструмента и шероховатости обработанных поверхностей, в зависимости от условий обработки. Проведена проверка адекватности полученных в работе зависимостей и теоретических положений.

В пятой главе предлагается инженерная методика проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов, позволяющая разрабатывать технологические процессы обработки деталей с внутренними прямозубыми венцами модуля 1-8 мм, со стандартным исходным контуром.

Научная новизна

Установлены взаимосвязи между конструктивно-геометрическими параметрами обкаточного резца, наладочными параметрами технологической системы (углом скрещивания, диаметром инструментальной оправки или инструментального шпинделя), режимами резания, конструктивными параметрами детали, требуемыми точностью зубчатого венца и шероховатостью обработанных поверхностей, мощностью и жесткостью используемого оборудования.

Теоретически обоснована и разработана методика расчета составляющих силы резания при внутреннем зуботочении.

Определены зависимости для расчета выходных параметров процесса зуботочения: точности получаемых зубчатых венцов, шероховатости обработанных поверхностей, стойкости инструмента, эффективной мощности резания.

Практическая ценность.

Разработана методика проектирования операции зуботочения внутренних зубчатых венцов, включающая назначение наладочных параметров операции (угла скрещивания, диаметра инструментальной оправки или инструментального шпинделя), конструктивно-геометрических параметров инструмента и режимов резания, в зависимости от параметров заготовки, требуемых точности венца и шероховатости обработанных поверхностей, мощности и жесткости используемого оборудования.

Разработано программное обеспечение, позволяющее определять наладочные параметры операции зуботочения внутренних венцов и конструктивно-геометрические параметры инструмента, в зависимости от конструктивных параметров детали.

Разработаны методика и экспериментальный стенд для исследования процесса зуботочения внутренних венцов: определения составляющих силы резания, стойкости инструмента, шероховатости обработанных поверхностей и эффективной мощности резания.

Теоретически обоснована и разработана методика исследования составляющих силы резания при внутреннем зуботочении. Разработанная методика позволяет использовать сборный однозубый обкаточный резец вместо множества цельных многозубых резцов и один типоразмер заготовки при исследовании процесса зуботочения внутренних венцов.

Результаты работы используются при изучении курсов «Технология машиностроения», «Теория резания», «Проектирование режущего инструмента», «Станки и металлорежущее оборудование» студентами специальности 120100 «Технология машиностроения».

8. Результаты работы используются при чтении курсов «Технология машиностроения», «Теория резания», «Проектирование режущего инструмента», «Станки и металлорежущее оборудование» студентам специальности 120100 «Технология машиностроения», а также при выполнении лабораторных, курсовых и дипломных работ студентами этой же специальности.

9. Внедрение результатов исследования на ОАО «Алтайский трактор» (г. Рубцовск) позволяет повысить производительность операции зубонарезания коронной шестерни в 4,3 раза. Ожидаемый годовой экономический эффект -90000 рублей.

1. Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969.-155 с.

2. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.-283 с.

3. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975.640 с.

4. Баскаков Г. В. определение усилий при фрезеровании прямозубых зубчатых колес червячной фрезой. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т. н. — М., 1954.-16 с.

5. Белкин И. М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости): Учеб. Пособие для студентов машиностроительных специальностей высших технических заведений. М.: Машиностроение, 1992.-528 с.

6. Волков Н. Н. Инструмент для нарезания цилиндрических зубчатых колес с внутренними зубьями по методу зуботочения. -Сб. «Высокопроизводительные конструкции инструмента и его рациональная эксплуатация», М., ВНИИ, 1977.-49 с.

7. Волков Н. Н. Исследование и разработка инструмента для нарезания цилиндрических зубчатых колес с внутренними зубьями по методу зуботочения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т. н. М., 1981.20 с.

8. Волков Н. Н. Обкаточные резцы, смещенные относительно межосевой линии // Станки и инструмент, 1980, №7. С. 25-27.

9. Волков Н. Н. Профилирование и затачивание обкаточных резцов. -Сб. «Металлорежущий и контрольно-измерительный инструмент», М., НИИ-маш, 1979, вып. 9. С. 14-17.

10. Волков Н. Н. Расчет и конструирование обкаточных резцов. -«Технология производства, научная организация труда и управления»: научн. -техн. реф. сб. М.: НИИмаш, 1978, вып. 1. С. 16-20.

11. Волков Н. Н. Расчет координат точек режущих кромок обкаточных резцов на ЭВМ// Станки и инструмент, 1981, №5. С. 10-12.

12. Волков Н. Н. Расчет обкаточных резцов, работающих при малых углах скрещивания // Станки и инструмент, 1982, №1. С. 26-27.

13. Волков Н. Н. Сборный обкаточный резец. -Авторское свидетельство СССР №722708. Бюлл. изобр., 1980, №11.

14. Вульф А. М. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973.-c.496c.

15. Гавриленко В. А. Основы теории эвольвентной зубчатой передачи. М.: Машиностроение, 1969.-432 с.

16. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. М.: Высш. Шк., 1985.-304 с.

17. Инструмент для изготовления цилиндрических зубчатых колес методом зуботочения./ Витренко А. Н., Витренко В. А., Кириченко И. А.// Международная конференция «Состояние и перспективы развития локомотивострое-ния», Новочеркасск, 1994.-156 с.

18. Капустин Н. И. Влияние жесткости зубофрезерного станка на точность нарезания прямозубых колес. Труды Ленинградского технологического института им. Ленсовета. Вып. 28, 1954.-230 с.

19. Кацев П. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1974.-231 с.

20. Колесников В. Н., Котликов В. Я., Сызранцев В. Н., Ротманов Э. В. Построение математической модели процесса зуботочения венцов с внутренними зубьями трехрядным обкаточным резцом. — Курганский машиностроит. ин-т., Курган, 1987.-58 с.

21. Коллектив авторов по редакцией д-ра техн. наук, проф. Д. Н. Реше-това. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.1. М.: Машиностроение, 1972.-664 с.

22. Коллектив авторов по редакцией д-ра техн. наук, проф. Д. Н. Реше-това. Детали и механизмы металлорежущих станков. Т.2. М.: Машиностроение, 1972.-520 с.

23. Котельников Ю. В., Волков Н. Н. Модернизация оборудования для нарезания внутренних зубьев по методу зуботочения. «Технология производства, научная организация труда и управления»: научн.-техн. реф. сб. М.: НИИ-маш, 1974, вып. 10. С. 12-15.

24. Котельников Ю. В., Волков Н. Н. Нарезание зубчатых колес с внутренними зубьями по методу зуботочения. «Технология производства, научная организация труда и управления»: научн.-техн. реф. сб. М.: НИИмаш, 1977, вып. 5. С. 16-20.

25. Котельников Ю. В. Исследование процесса обработки изделий с прямолинейным профилем зубьев методом зуботочения. Автореферат на соискание ученой степени к. т .н., М., 1958.-16 с.

26. Кошлакова В. В. Нарезание шлицевых (зубчатых) валов двухрядными обкаточными резцами. «Технология производства, научная организация труда и управления»: научн.-техн. реф. сб. М.: НИИмаш, 1979, вып. 2. С. 1618.

27. Ксендзов В.О. Расчет на ЭВМ ширины канавки для выхода резца и диаметра оправки при внутреннем зуботочении // Вестник машиностроения, 2002, №8. С. 51-53.

28. Ксендзов В.О. Экспериментальный стенд для исследования режимов резания при зуботочении // Научно-техническая конференция студентов и аспирантов: . Тезисы докладов (16-17 апреля 1998 г.)/ Рубцовский индустриальный институт.- Рубцовск: РИО, 1998.- 116с.

29. Курлов Б. А. Винтовые эвольвентные передачи: Справочник. М.: Машиностроение, 1981.-176 с.

30. Либуркин J1. Я. Профильная модификация зубьев цилиндрических колес, нарезанных зуботочением. Машиноведение, 1985, №5. С. 12-14.

31. Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин. — М.: Энергия, 1976.-104 с.

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

33. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976.-278 с.

34. Математическая статистика в технологии машиностроения. Солонин И.С. М.: Машиностроение, 1972.-216 с.

35. Металлорежущие станки. В 2-х т. Т. 1/Под ред. Н. С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1965.-764 с.

36. Металлорежущие станки. В 2-х т. Т. 2/Под ред. Н. С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1965.-628 с.

37. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов/Под ред. В. Э. Пуша. М.: Машиностроение, 1985.-576 с.

38. Мудров А. Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП «РАСКО», 1991 .-272 с.

39. Налимов В. В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971 .-208 с.

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

41. Основы технологии машиностроения. Балакшин Б. С. М.: Машиностроение, 1969.-560 с.

42. Перминов О. Н. Программирование на языке Паскаль. — М.: Радио и связь, 1998.-224 с.

43. Перминов О. Н. Язык программирования Паскаль: Справочник. М.: Радио и связь, 1989.-128 с.

44. Производство зубчатых колес: Справочник / С. Н. Калашников, А. С. Калашников, Г. И. Коган и др.; Под общ. Ред. Б. А. Тайца. 3-е изд., перераб. и допол.-М.: Машиностроение, 1990.-464 с.

45. Розенберг А. М. Динамика лобового фрезерования. Известия томского индустриального института, том 56, вып. 1., Томск, 1937.-343 с.

46. Розенберг А. М. Динамика фрезерования. М., 1945.-418 с.

47. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1962.-952 с.

48. Справочник инструментальщика / И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н. Шевченко и др.; под общ. Ред. И. А. Ординарцева, Л.: Машиностроение, 1987.-846 с.

49. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн. Кн. 1./Ред. нем. изд.: Г. Шпур, Т. Штеферле; Пер. с нем. В. Ф. Коломенкова и др.; Под. ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985.-519 с.

50. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.-656 с.

51. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.-496 с.

52. Станок для зуботочения модели PF150 фирмы Pfauter (ФРГ), Hartschalen, em interessantes Verfahren. «Maschine», 1985, 39, №10.

53. Станок для нарезания червяков и косозубых колес методом зуботочения: Заявка 63139613, Япония, МКИ.

54. СтепинП.А. Сопротивление материалов. М., 1979.-325 с.

55. Тайц Б. А., Марков Н. Н. Нормы точности и контроль зубчатых колес. Машгиз, 1962.-104 с.

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

57. Фаронов В. В. Программирование на персональных ЭВМ в среде Турбо-Паскаль. М.: Изд-во МГТУ, 1990.-443 с.

58. Фаронов В. В. Турбо Паскаль (в 3-х книгах). Книга 1. Основы Турбо Паскаля. М.: Учебно-инженерный центр «МВТУ-ФЕСТО ДИДАКТИК», 1992.-304 с.

59. Цвис Ю. В. Исследование процесса зуботочения цилиндрических зубчатых колес. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д. т. н. -М., 1956.-40 с.

60. Цвис Ю. В. Обработка зубчатых колес по методу зуботочения с обкаткой. Стеклография ВНИИ, №120., 1953.-44 с.

61. Цвис Ю. В. Профилирование режущего обкатного инструмента. М: Машгиз, 1961.-156 с.

62. Цвис Ю. В., Волков Н. Н. Основные закономерности внутреннего станочного зацепления обкаточного резца с обрабатываемым зубчатым колесом. Сб. «Вопросы теории и практики конструирования, производства и эксплуатации инструмента», М, ВНИИ, 1976. С. 32-46.

63. Цвис Ю. В., Волков Н. Н. Профилирование обкаточных резцов для нарезания цилиндрических зубчатых колес с внутренними зубьями. «Технология производства, научная организация труда и управления»: научн.-техн. реф. сб. М.: НИИмаш, 1975, вып. 6. С. 25-35.

64. Цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи внутреннего зацепления. Расчет геометрических параметров. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1977.-192 с.

65. Четвериков С. С. Металлорежущие инструменты . М.: Высшая школа, 1965.-732 с.

66. Численное исследование зуботочения венцов с внутренними зубьями трехрядными обкаточными резцами. Котликов В. Я., Сызранцев В. Н., Ротма-нов Э. В. Курганский машиностроительный институт, Курган, 1988.-20 с.

67. Шевцов Е. К., Ревун М. П. Электрические измерения в машиностроении. М.: Машиностроение, 1989.-168 с.

68. Шушкевич В. А. Основы электротензометрии. Минск: Вышейшая школа, 1975.-159 с.

69. Якубов Ф. Пути повышения стойкости металлорежущих инструментов на основе анализа термодинамики контактных процессов. Диссертация на соискание ученой степени д. т. н., Ташкент, 1984.-210 с.