автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Создание метода проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки валов с РК- и К-профилем

На правах рукописи

А/'

МАКСИМЕНКО Юлия Андреевна

СОЗДАНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ С КОНСТРУКТИВНЫМ ИСПОЛНЕНИЕМ РАДИАЛЬНОЙ ПОДАЧИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ С РК- И К-ПРОФИЛЕМ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск-2014

005545593

Работа выполнена на кафедре «Управление качеством, метрология и сертификация» ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» .

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Куц Вадим Васильевич

Официальные оппоненты: Тарапанов Александр Сергеевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры технологии машиностроения и конструкторско-технологической информатики ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл

Сухорукое Николай Владимирович, к.т.н.,

доцент, начальник отдела "Воронежский механический завод" - филиал ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева", г. Воронеж

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» (г. Брянск).

Защита состоится «24» апреля 2014 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.09 при ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» по адресу 305040, г. Курск, ул. 50-лет Октября, 94 (аудитория Г-7).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».

Автореферат разослан «¿£_у> 2014 г.

Ученый секретарь ^^ ' -

диссертационного совета (^¿¿тт&у Павлов Евгений Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. - Актуальность проблемы. В настоящее время для передачи крутящего момента в изделиях авто-, судо-, авиа-, ракето-, машиностроения нашли применение профильные соединения, как альтернатива шлицевых и шпоночных соединений. Среди них наибольшее распространение получили соединения с РК- и К-профилем, которые имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ.

Современные САО-системы имеют в своём арсенале инструменты моделирования поверхностей деталей образующих данные соединения, что позволило конструкторам принципиально улучшить качество изделий на этапе проектирования. Однако ключевой проблемой является их изготовление, что особенно остро проявляется в условиях серийного и массового производства.

Существующие и применяемые в единичном производстве схемы и способы обработки данных поверхностей основаны на многокоординатном перемещении инструмента относительно заготовки, для чего, например, используются станки с ЧПУ. Для изготовления данных поверхностей в условиях серийного и массового производства необходимо выполнить переход от использования универсального технологического оборудования к специализированному оборудованию, отвечающему требованиям заданной производительности и точности.

Существующие схемы и способы обработки деталей РК- и К-профильных соединений, применяемые в условиях серийного и массового производства, основаны на придании заготовке и/или инструменту возвратно-поступательных движений (гармонических перемещений), количество ходов которых за один оборот заготовки равно количеству граней профиля, что отрицательно сказывается на точности и производительности. Реализация данных схем на предприятиях требует создания или покупки специализированных станков и/или приспособлений, которые имеют сложную конструкцию и соответственно высокую стоимость. В связи с этим РК- и К-профильные соединения не нашли должного применения в отечественном машиностроении.

Основным направлением совершенствования технологии изготовления РК-и К-профильных соединений в условиях серийного и массового производства является создание и применение схем обработки, основанных на использовании специализированных станков имеющих простую кинематическую структуру и высокопроизводительных инструментов (например, фрез) с конструктивной подачей, что позволит исключить возвратно-поступательные движения.

Поэтому научная задача, решаемая в работе и состоящая в создании нового технически эффективного способа обработки РК- и К-профильных валов основанного на идее применения дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей и метода проектирования подобного инструмента, является актуальной.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-201 Згг».

Цель работы: Создание метода проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК- и К-профильных уча-

стков валов на основе синтеза и анализа схем формообразования и съема припуска.

■ Объектом исследования являются процессы съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей.

Предметом исследования является метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК- и К-профильных участков валов.

Область исследований. Содержание диссертации соответствует П.4 «Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки» специальности 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки».

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1) выполнен синтез и анализ параметров схем съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;

2) разработана совокупность методик моделирования процессов съема припуска и формообразования профильных валов и режущих кромок проектируемых дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, в т.ч. с учётом возможных переточек;

3) разработана методика расчета оценочных параметров процессов съема припуска и формообразования профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;

4) создан обобщенный алгоритм и метод проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов;

5) проведена опытная апробация разработанного метода проектирования фрез с радиальной конструктивной подачей и предложены практические рекомендации по проектированию и эксплуатации.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений геометрической теории формирования поверхностей, методов: математического и компьютерного моделирования, численного решения задач линейной алгебры и дифференциальной геометрии.

Положения научной новизны, выносимые на защиту:

1. Алгоритм проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, позволяющий выполнить подбор числа зубьев фрезы, среднего диметра, заднего угла и режимов фрезерования исходя из условий обеспечения номинальной производительности формообразования, заданной точности, стойкости фрезы, положительного значения заднего угла в процессе контакта режущей кромки с припуском и возможности размещения стружки в стружечной канавке.

2. Обобщённая методика расчета параметров срезаемых слоев в процессе фрезерования, заключенных между: поверхностями резания, образованными соседними режущими кромками; поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки; поверхностями резания, образованными ре-

жущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой.за предыдущий оборот фрезы.

3. Методики расчёта: фактической величины подачи на зуб на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении подачи; глубины фрезерования на основе определения точек входа и выхода режущей кромки из контакта со снимаемым припуском; высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.

4. Математические модели процессов съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов и режущих кромок фрез с радиальной конструктивной подачей учитывающих возможные переточки.

Практическая значимость работы включает:

1. Метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи предназначенной для обработки РК- и К-профильных валов;

2. Программное обеспечение процесса проектирования дисковых фрез для обработки РК- и К-профильных валов;

3. Практические рекомендации по проектированию и эксплуатации изготовленных фрез.

По результатам исследований оформлена и подана заявка на регистрацию патента РФ и получено свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на предприятиях машиностроительного комплекса Курской области, что подтверждено соответствующими актами. Отдельные результаты используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета.

Апробация работы: Отдельные результаты работы нашли признание и были отмечены дипломом лауреата Всероссийского конкурса научных, образовательных и инновационных студенческих научных обществ, Казань, 2012 г.; дипломом победителя Всероссийского конкурса научно-технических работ студентов и аспирантов в области технических наук, Санкт-Петербург 2012г.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Современные материалы, техника, технология», Курск, ЮЗГУ, 2011г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Поколение будущего: Взгляд молодых ученых», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», Курск, ЮЗГУ, 2013г., «Машиностроение-основа технологического развития России (ТМ-2013)» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.; «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», Орел, ЮЗГУ, 2013г.; «Современные материалы, техника и технология» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.

В полном объеме диссертация была заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Управление качеством, метрология и сертификация» Юго-Западного государственного университета.

Публикации. Общий объем публикаций по теме работы составляет свыше 2,3 печ. л., из них соискателю принадлежит свыше 1,3 печ. л. По теме диссерта-

ции опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы; выполнена на 132 страницах и содержит 68 рисунков, список использованной литературы из 135 наименований, 4 таблицы, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, определена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса в области применения РК- и К-профильных соединений, методов их изготовления и предложен новый способ обработки РК- и К-профильных валов.

Анализ существующих методов обработки РК- и К-профильных соединений показал, что вопросами их создания занимались зарубежные ученые, например Р. Мюсиль, и отечественные учёные и практики: JI.C. Борович, А.И. Тимченко, Р.Г. Гулмутдинов, Д.А.Ковтун, А.Г. Ивахненко, C.B. Волковский, С.Г. Емельянов и пр.

Для повышения технической эффективности обработки валов с РК- и К-профилем был предложен новый способ обработки с применением фрезы имеющей конструктивное исполнение радиальной подачи (рис.1).

Данный способ позволяет обрабатывать участки вала с РК-и К-профилем ширина которых равна или меньше ширины фрезы, осуществлять подрезание смежных участков поверхностей вала без использования специальных приспособлений, также повысить техническую эффективность и точности обработки. Отличительными особенностями данного способа является то, что: частота вращения вала и частота вращения фрезы равны; оси вала и фрезы расположены параллельно; фреза имеет РК- или К-профиль, количество вершин которого и величина эксцентриситета равны количеству вершин и величине эксцентриситета обрабатываемого вала.

Выполненный анализ научно-исследовательских работ в области проектирования, изготовления и эксплуатации фрез, таких учёных, как В.А. Гречишников, С.Г. Емельянов, С.Ю. Илюхин, С.И. Лашнев, Ю.Е. Петухов, В.Б. Протасьев, С.П. Радзевич, А.С. Тарапанов, М.В. Ушаков, Г.Н. Харламов и пр. позволил при-

Рис. 1. Схема обработки профильных валов фрезой с радиальной конструктивной подачей

нять геометрическую теорию формирования поверхностей режущими инструментами в качестве основы для выполнения исследования в рамках данной работы.

„Сопоставление .предложенного способа обработки валов с равноосным контуром с существующими и применяемыми в условиях серийного и массового производства позволило сделать вывод, что процесс формообразования осуществляется с наименьшим количеством формообразующих движений и кинематических связей. Следовательно стоимость станка, реализующего данный способ будет гораздо ниже, однако применение специализированного инструмента будет связано с дополнительными затратами (проектирование, изготовление и эксплуатация) по сравнению со стандартным инструментом. Так как увеличение стоимости такого инструмента будет незначительным по сравнению с уменьшением стоимости станка, то в целом стоимость технологического оборудования необходимого для реализации данного способа в целом будет снижена. Все выше сказанное позволило сделать вывод, что применение предложенного способа обработки РК и К-профильных валов в условиях серийного и массового производства будет эффективно и целесообразно.

Для оценки работоспособности фрезы были приняты следующие критерии: критерий обеспечения заданной точности, характеризующийся высотой остаточных гребешков (Кг) и величиной максимального искажения профиля (АП1ах); критерий обеспечения номинальной производительности, характеризующейся равенством фактической величиной подачи на зуб (5зуб) нормативно требуемой, критерий обеспечения требуемой стойкости фрезы; критерий обеспечения положительных значений кинематического заднего угла; критерий размещения стружки в стружечной канавке.

Вторая глава посвящена разработке совокупности методов моделирования режущих кромок проектируемой фрезы.

Были рассмотрены и описаны уравнения различных вариантов конструктивного исполнения режущих кромок фрезы: прямолинейной; наклонной; винтовой.

Для данных режущих кромок были построены уравнения векторов нормали к плоскости передней

N,(9,) = А,-к (1)

и задней поверхности

27,(9,) = Д, -А5(а)-пз, (2)

где АП1 - матрица установки передней поверхности /-ой режущей кромки при переднем угле у=О, «п - единичный вектор нормали к передней поверхности, выраженный в собственной системе координат пп =[0, -1, О, 0[г; Д,— матрица установки плоскости задней поверхности при а=0; А\а)- матрица поворота задней поверхности на угол а; а - величина заднего угла; • вектор нормали к задней поверхности 1-й режущей кромки выраженный в собственной системе координат

«з=[0, 0, 1, оГ.

(3)

Ввиду того, что фреза с прямолинейной режущей кромкой проще и дешевле в изготовлении, для дальнейшего рассмотрения был принят именно этот вариант, с уравнениями: режущей кромки .....

~-cosQl^(e■cos(N■Ql) + RJ.)-N^e■sm(N■Q|)■s^mв~

- вт 0. ■ (е ■ ■ 0.) + Я,) + N ■ е ■ • 6,.) • сое в,

К 1

где 0,- параметр начальной установки г'-й режущей кромки; Я/- средний радиус фрезы; е - эксцентриситет; Ы—количество граней; И, - параметр режущей кромки И = 0...В\В- ширина фрезы; - вектора нормали к передней поверхности

N «{&,) =

cos у • sin 0f + cos 0, ■ sin у - cos у-cos 0, + sin 9; -siny 0 0

(4)

(5)

где у - величина переднего угла; - вектора нормали к задней поверхности

- sinCG,) • (е • cos (N ■ 0,) - N2 ■ е ■ cos (N -9 ,) + Rf): • sin(a) + cos(0,) • (-e • cos(Ar • 0.) + + N2 ■ e■ cos(N ■ 9,) - Rf)• cos(a)

- cos(0f )(-e ■ cos(N ■ e,) + N2 ■ e ■ cos(N • 9,) -

- Rf ■ sin(0,)) • sin(a) + sin(0,) • (-e ■ cos{N • 0,) +

+ N2 ■ e ■ cos(7V ■ Q,) ~ Rf)• cos(a) 0 0

Были построены уравнения поверхности резания описываемой режущими кромкам ифрезы в процессе фрезерования

QX^M0M0>Sf(t)) = A\tXt))-A\Sf(t))-A6(if(t)).ri(Qnh,), (6)

где A (tv(t))-A'(S/(t))-A6(tf{t))-последовательное произведение матриц перехода от системы координат производящей поверхности фрезы к системе координат обрабатываемого вала в процессе фрезерования (см. рис. 1); Ц/)- параметр движения вращения вала

tv(t) = tm+2-n-nv-t/60, (7)

где tm - начальный параметр вращения вала; nv - частота вращения вала, об/мин; t - время, с; t f (t ) - параметр движения вращения фрезы

'/(0 = ^+2-n-nf-t/60, (8)

где - начальный параметр вращения фрезы; п; - частота вращения фрезы, об/мин; 5Д0- параметр движения врезания фрезы

.. ,Л _ 1',п • -V,,, • */60 - А - II,.) • 60/Л„, > /; ^ { Л + Л/Д^-й-Л^-бО/Я.^Г, н

где - начальный параметр врезания фрезы г,„ = 11 + Нг + 2е \ - подача врезания, мм/мин, Я - средний радиус вала.

В работе были построены уравнения прямолинейной режущей кромки с учетом переточек по передней или задней поверхности.

На рисунке 2 и 3 представлена схема определения положения режущей кромки при переточке зубьев фрезы по передней (рис. 2) и задней поверхности (рис. 3).

Рис. 2. Схема определения положения режущей кромки при переточке зубьев фрезы по передней поверхности: а) при 7=0; б) при уфО.

Рис. 3. Схема определения положения режущей кромки при переточке зубьев ■ "' фрезы по задней поверхности а) при у=0; б) при у^О.

После переточки зубьев фрезы дисковой с конструктивным исполнением подачи по передней поверхности уравнение г'-й режущей кромки (3) примет вид

ГДе Л,„(^„еР) =

-совб, N-е-ьт^ -

-Яг -соэв, +со8(9,. +Л)-Л|п -5т(0, +71)-Д2п

- ■ Бт В, + зт(6, + п) ■ А,п + соз(9,. + 71) • Д2п

А, 1

Г- 1ап(а) ■ Ап • Л^ • 1ап(у)/(1ап(а) - tan(Y)),y * 0;

-1ап(а),у = 0;

(10)

(П) (12)

|" А„ • ■ 1ап(у)/(1ап(а) - 1ап(у)),у * 0; -Д -Ы ,у = 0,

и пер5 I '

Дп - величина одной переточки, мм; N - номер переточки. При переточке зубьев фрезы дисковой с конструктивным исполнением подачи по задней поверхности уравнения для расчета величин А1п(Л^ ) и А,:1(Л''тор) примут вид

соз(а +у) Д -¿V

-вшу.

(14)

соз(а + у)

Изменение величины среднего радиуса фрезы также приводит к появлению дополнительной составляющей погрешности обработки, которая может быть частично компенсирована введением поправки на величину межосевого расстояния вала и фрезы

М = К(01 >°>|2 ~ И(01 >°>^>Г > (15)

где 0, - угол соответствующий режущей кромке с наибольшим радиусом.

5,(0 =

/ +А<1- + А d-R-R^■ — >t;

т >Мп /'о '

60

60

60

(16)

Третья глава посвящена разработке методики расчета оценочных параметров процесса съема припуска и формообразования профильных валов дисковыми фрезами с радиальной подачей.

Для расчета кинематических углов предложено использовать известный метод расчета, разработанный профессором С.Г. Емельяновым, в рамках которого задается ориентация передней и задней поверхности резания в пространстве, оп-

ределяемая векторами нормали к ним, вектором скорости резания и далее рассчитываются величины переднего угла, заднего угла и угла наклона режущей кромки.

- Ключевой задачей при проектировании фрез, является расчет параметров срезаемых слоев ее режущими кромками в процессе фрезерования. Каждый слой, срезаемый г'-ой режущей кромкой за цикл главного движения, описывается в общем случае переменными вдоль режущей кромки и во времени I толщиной а,(0,,/г,,{), шириной и длиной /; (0,,/г, ,1).

Анализ схем срезания припуска, позволил установить в поперечном сечении существование четырех характерных зон, каждая из которых будет соответствовать своему времени и текущим режимам обработки. Срезаемый слой в первой зоне заключен между поверхностями резания, образованными г'-ой и (г'+1)-ой режущей кромкой (рис. 4, а), во второй зоне заключен между поверхностью резания, образованной г'-ой режущей кромкой и поверхностью заготовки (рис. 4, б), в третьей зоне заключен между поверхностями резания, образованными г'-ой режущей кромкой за (текущий и) предыдущий оборот фрезы (рис. 4, б).

Рис. 4. Уточненная схема расчета параметров срезаемого слоя в продольном сечении

Срезаемый слой в 4 зоне заключен между поверхностями резания, образованными г'-ой режущей кромкой и (г'-1)-ой режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы (см. рис.4, в).

На основании этого были построены схемы расчета толщины срезаемого слоя в каждой зоне, в соответствии с которыми на начальном этапе выполняется расчет положения и ориентации системы координат секущей плоскости {X У^^ и далее находится точка пересечения рассматриваемой поверхности, в соответствии с текущей зоной, с осью (см. рис. 4). Так например, для нахождения точки пересечения оси с поверхностью резания, образованной (г+1)-ой режущей кромкой (зона 1) необходимо решить, относительно параметра Л/,. уравнение

(17)

\А;'■Qм(Qм,hм,t-^t2)■ij=ъ■

где Aj' - матрица установки системы координат секущей плоскости (XYjZj), ij- единичный вектор, связанный с координатной осью Х;.

После решения уравнения (14) толщину срезаемого слоя в первой зоне определим как all(Qi>hi,t) = AJi ■Qi+l(QM,hl+l,t-At2)-kJ, (18)

где кj - единичный вектор, связанный с координатной осью Z j.

По рассчитанным величинам толщины срезаемого слоя г'-той режущей кромкой в каждой зоне определяем фактическую величину

а,- (Qi,hl,t) = mm(ali(Q,,h„t), a2i (9 ,,h,,t), av (в, ,h„t), а4, (9,-, ^, i)), (19)

где a1,(9i,^,i),...,a4,(9i,^,i) - толщины соответствующие 1-4-й зоне.

Остальные параметры срезаемого слоя рассчитываются по следующим формулам:

- ширина срезаемого слоя Ь, (0/, t) = const = В; (20)

'шах

- длина срезаемого слоя li(Qt,ht,t)= j"iii|Q(0,,/г,.,/)[; (21)

"шах

■ площадь продольного сечения S(Q¡,h¡) = J а((0,-Д,/) dt;

(22)

-объем ^(9,,^) = 5,(9/Д)-б. (23)

При построении метода расчета параметров остаточных гребешков, образованных соседними режущими кромками и характеризующихся высотой Яг и шагом 5г, было предложено использовать метод расчета, созданный профессором

С.Г. Емельяновым. Однако анализ данного метода позволил установить, что он требует уточнения, в части расчёта высоты остаточного гребешка на участках вала с малой величиной припуска. Это позволило разработать уточнённый метод расчёта параметров остаточных гребешков.

Так как в практике проектирования фрез широко используется такой параметр как величина подачи на зуб (5зу6), который измеряется в направлении вектора скорости подачи, то в работе был создан метод его расчета. Суть метода заключается в том, что выполняется расчёт толщины срезаемого слоя г-н режущей кромкой а.?;(9,,/?,,?) в направлении суммарного вектора подачи а

Рис. 5. Схема расчета параметров срезаемого слоя в продольном .....сечении

величину Бзу6 определяют, как (рис. 5)

5г = тах(оу, (8,,//,,*))• (24)

В работе был создан метод расчета фактической глубины фрезерования (гф),

в рамках которой определяется момент времени , когда режущая кромка входит в контакт с припуском и момент времени /г, когда выходит из контакта (рис. 6), а сама величина /ф определяется как

ММ

^Ж-еммУ+йо-шАл) У

, (25)

I /С^М.-М

Рис. 6. Схема расчета фактической глубины фрезерования

где у,- единичныи вектор, связанный с координатной осью YJ

Также, в работе был создан метод расчета в радиальном направлении величины искажения профиля вала (Дтах) после фрезерования.

Четвертая глава посвящена выявлению взаимосвязей между проектными параметрами дисковой фрезы с конструктивной подачей, режимами обработки и оценочными параметрами процесса формообразования и созданию обобщенного алгоритма проектирования.

На начальном этапе по результатам теоретических экспериментов (рис. 710) было установлено, что наибольшая высота остаточного гребешка, величина искажения профиля и износ будут соответствовать зубьям фрезы обрабатывающим участки вала с наименьшим радиусом. Это позволило обоснованно выполнять дальнейшие исследования для этих зубьев.

7

20 30

номер зуба

Рис. 7. Объбм срезаемого слоя зубьями фрезы за один оборот

30

40

0 10 20 номер зуба

Рис. 8. Максимальная скорость резания зубьев фрезы

10 20 30 и 1 2

номер зуба угон щюфияя вала, радин

Рис. 9. Высота остаточного гребешка Рис. 10. Искажение профиля вала

формируемого зубьями фрезы Было исследовано влияние числа зубьев, среднего диаметра фрезы и числа оборотов (рис. 11) при обработке РК-3 и К-4 профильного вала на оценочные параметры: высоту остаточного гребешка и величину искажения профиля.

100 150

средний радиус, мм б)

200

36 56 76 96 116

номер чуба

-для РК-3 профильного вала: -

В)

Рис. 11. График изменения величины Яги искажения профиля при изменении а), в) - количества зубьев фрезы; б), г) - среднего радиуса фрезы.

50 100 150

средний радиус. мм

•для К-4 профильного вала.

г)

Исследование показало, что увеличение числа зубьев приводит к уменьшению значений параметров, характеризующих точность, увеличение среднего диа-

метра к увеличению значений параметров, характеризующих точность, а изменение числа оборотов фрезы и вала не оказывает никакого влияния.

Было исследовано изменение величины искажения профиля при переточке зубьев фрезы по передней (рис. 12, а) и задней поверхности (рис. 12, б).

0.017 1 0,015

I

I 0.013

I

I °'011

5

I 0,009

х

1

° 0,007

4 6 8 номер перегочки

а)

0,018 0,017 1 0,0 I 00

0,014

1 0.013 *

5 0,012 | 0,011 | 0.01 0,009 0,005

Рис. 12. График изменения величины искажения профиля при переточке а) по передней поверхности; б) по задней поверхности.

Отсюда следует, что переточка зубьев фрезы по передней и задней поверхности приводит к увеличению величины искажения профиля обработанного вала. Ввиду того, что разница максимальных величин искажения профиля после переточки по передней и задней поверхности незначительна, для данной фрезы целесообразно применять схему переточки зубьев по передней поверхности, так как данная схема позволит обеспечить увеличение суммарного количества переточек и суммарной стойкости инструмента.

Учёт выявленных особенностей процесса формообразования позволил создать алгоритм (рис. 13) и использовать его при проектировании дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов, для подбора конструктивных параметров и режимов фрезерования исходя из заданных требований обеспечения оценочных критериев.

Пятая глава посвящена опытной апробации созданного метода проектирования фрезы дисковой с конструктивным исполнением радиальной подачи. Расчёт конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования был выполнен с использованием созданной программы.

В качестве исходных данных были заданы геометрические параметры вала РКЗ-20И10/1,261110, которому соответствует шероховатость поверхности после фрезерования не более Яг=20 мкм, требуемая величина искажения формы А1р=30 мкм, ширина фрезы В=20 мм, стойкость фрезы Г=120 минут, требуемая подача на зуб =0,15 мм/зуб, величина одной переточки 0,5 мм, максимальное число переточек 8. В качестве материала заготовки выбран алюминий.

12.ЙЗМ. п£ ПУ

13.0пределяем величину заднего угла

5. Определяем Бмин из условия =

9.0пределяем глубину фрезерования

б.Определяем минимальный диаметр фрезы О/

I

7. Уточняем величину параметров Н . ,Д

Ю.Определяем текущую и требуемую скорость резания

14. Конец

Рис.14. Прототип фрезы дисковой Рис. 15. Опытный образец РК-3

с конструктивной подачей. профильного вала

Рис. 13. Алгоритм проектирования фрезы дисковой с радиальной конструктивной подачей

В процессе расчета были получены следующие результаты: средний диаметр фрезы 220 мм; число зубьев 85; число оборотов фрезы и вала 40 об/мин; величина минутной подачи врезания 5,35 мм/мин; задний угол 10°.

На основе рассчитанных конструктивных параметров был изготовлен прототип фрезы (рис. 14) . С его использованием на многоцелевом двухшпиндель-ном токарном станке Шкатига-Тоте \VT-150 была выполнена обработка РК-3

Измерения геометрических параметров обработанного вала ... на координатно-измерительной машине VISTA CNC фирмы CARL ZEISS позволили установить, что эксцентриситет вала равен 1,258 мм, средний диаметр вала равен 20,053 мм, что соответствует 10 квалитету точности.

В работе для диапазона размеров 13/08-500/57 мм РК-3 и К-4 профильного вала был выполнен расчет среднего радиуса, числа зубьев, частоты вращения вала и фрезы, подачи врезания, обеспечивающих 10 квалитет точности.

Для данного диапазона валов были даны рекомендации по назначению величин поправок на межосевое расстояние (рис. 16).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации содержится решение научной задачи, имеющей существенное значение для повышения технической эффективности процесса формообразования PK- и K-профильных валов по сравнению с уже известными способами.

В процессе теоретического и экспериментального исследования получены следующие результаты и сделаны выводы:

1. Создан новый способ обработки PK- и K-профильных валов основанный на идее применения дисковой фрезм с радиальной конструктивной подачей. В работе доказано, что применение данного способа, позволяет выполнить формообразование без придания инструменту и/или заготовке одно- двух-координатных возвратно-поступательных перемещений, характерных для уже существующих способов обработки.

2. Разработана обобщённая методика расчёта геометрических параметров срезаемых слоёв заключенных между поверхностями резания образованными: соседними режущими кромками; образованными режущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы; а также поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки.

3. Разработаны методики расчёта: фактической величины подачи на зуб, на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении подачи; глубины фрезерования, на основе определения точек входа и выхода режущей кромки из контакта со снимаемым припуском; высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.

4. Теоретическими исследованиями установлены следующие особенности предложенных в работе схем съёма припуска и формообразования PK- и К-

номер переточки

Рис. 16. Рекомендуемые величины поправки на межосевое расстояние для РКЗ - 20/1.26 профильного вала

профильных валов: наибольшая высота остаточного гребешка и величина искажения профиля будет формироваться на участках вала с наибольшим радиусом "кривизны; наибольший объём снимаемого припуска будет приходиться-на зубья " фрезы с наибольшим радиусом расположения; увеличение среднего диаметра фрезы приводит к возрастанию высоты остаточного гребешка и величины искажения профиля обработанного вала.

5. Установлено, что переточка зубьев фрезы по передней или задней поверхности приводит к увеличению высоты остаточного гребешка и величины искажения профиля обработанного вала. Предложено, для снижения искажения профиля вала уменьшать межосевое расстояние на величину поправки, для расчета которой получены зависимости.

6. Учёт выявленных особенностей процесса формообразования позволил создать метод и как его основу алгоритм проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов, позволяющий выполнить подбор числа зубьев фрезы, среднего диметра, заднего угла и режимов фрезерования исходя из условий обеспечения номинальной производительности обработки, заданной точности, стойкости фрезы, положительного значения заднего угла в процессе контакта режущей кромки с припуском и возможности размещения стружки в стружечной канавке.

7. В рамках опытной апробации разработанного метода для вала РКЗ-20Ь 10/1,261110 был выполнен расчет конструктивных параметров фрезы (число зубьев 85, средний диаметр 220 мм, задний угол 10°) и режимов фрезерования (число оборотов фрезы и вала 40 об/мин, подача врезания 5,35 мм/мин). Изготовленный прототип фрезы в ходе испытаний показал, что точность размеров обработанного им вала и класс шероховатости его поверхности соответствуют 10-му квалитету точности.

8. С применением разработанного метода для РК-3 и К-4 профильных валов в диапазоне размеров 13/08-500/57мм были выполнены расчеты, результаты которых представлены в табличной форме, позволяющие назначать конструктивные параметры фрезы и режимы обработки, способствующие достижению заданной точности. Для рассмотренного диапазона валов были даны рекомендации по назначению величин поправок на межосевое расстояние вала и фрезы, обеспечивающие заданную точность обработки при количестве переточек по передней поверхности зубьев <12.

9. Результаты проведенных исследований приняты к промышленному применению на предприятиях: ОАО «Кореневский завод низковольтной аппаратуры» Курская обл., пгт. Коренево; ЗАО «Курская подшипниковая компания» г. Курск.-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Статьи в рецензируемых научных журналах:

1. Кузьменко, А.П. Моделирование режущих кромок дисковой фрезы с пе--- ■ --ременным' радиусом предназначенной для обработки- РК-прюфилъных валов — •

[Текст] / А.П. Кузьменко, В.В. Куц, Ю. А. Максименко // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012, №1 (40). 4,1. -С.116-120.

2. Куц, В.В. Обеспечение точности специализированной металлорежущей системы для обработки РК-профильных валов на раннем этапе проектирования [Текст] / В.В. Куц, Ю.А. Максименко // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии-2012.-№2Часть 1. -С.65-70.

3. Куц, В.В. Структурный синтез специализированных металлорежущих систем для обработки РК-профильных валов [Текст] / В.В. Куц, Ю.А. Максименко // Известия Юго-Западного государственного университета.- 2012. - №6(45).-С:65-70.

4. Максименко, Ю.А. Методика расчета геометрических параметров остаточных слоев фрезой дисковой с переменным радиусом при обработке РК-профильных валов [Текст] / Ю.А. Максименко, В.В. Куц // Фундаментальные проблемы техники и технологии-2013. -№3 -2(299).- С.55-60.

Научные работы в других изданиях:

' 5. Максименко, Ю.А. Анализ существующих методов проектирования приспособлений для фрезерных станков [Текст] / Ю.А. Максименко // Современные материалы, техника и технология, г. Курск, 2012 - С 356.

6. Максименко, Ю.А. Моделирование различных конструктивных исполнений режущих кромок фрезы с переменным радиусом дня обработки валов с равноосным контуром [Текст] / Ю.А. Максименко, В.В. Куц // Поколение будущего: Взгляд молодых ученых, Материалы молодежной научной конференции, г. Курск, 2012-С 97.

7. Куц, В.В. Способ обработки длинных валов с равноосным контуром дисковой фрезой [Текст] / В.В. Куц, Ю.А. Максименко // Перспективное развитие науки, техники и технологий, Материалы 2-ой международной научно-практической конференции, г. Курск, 2012. - С198.

8. Максименко, Ю.А. Создание высокопроизводительного инструмента для обработки валов с равноосным контуром [Текст] / Ю.А. Максименко // Всероссийский конкурс научно-технических работ студентов и аспирантов в области технических наук: материалы работ победителей и лауреатов конкурса, Санкт-Петербург, 2012 - С394.

9. Куц, В.В. Оценка величины подачи на зуб при моделировании процесса фрезерования валов с равноосным контуром [Текст] / В.В. Куц, Ю.А. Максименко // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации, 10-я международная научно-техническая конференция, г. Курск, 2013. -С176.

10. Куц, В.В. Моделирование расчета геометрических параметров срезаемого слоя фрезой дисковой с переменным радиусом для обработки валов с равноосным контуром [Текст] / В.В. Куц, Ю.А. Максименко // Машиностроение-основа технологического развития России (ТМ-2013): сб. науч. ст. V Международной научно-технической конференции / ЮЗГУ. Курск, 2013 - С211.

— 11: Максименко, Ю.А. Выбор схемы переточки зубьев фрезы дисковой с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов

[Текст] / Ю.А. Максименко, В.В. Куц // Современные материалы, техника и технология, Материалы 3-й Международной научно-практической конференции-2013,- С.312-316.

12.Максименко, Ю.А. Метод проектирования фрезы дисковой с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К- профильных валов [Текст] / Ю.А. Максименко // Перспективное развитие науки, техники и технологий, Материалы 3-й Международной научно-практической конференции-2013- С.287-291.

Патенты и свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ:

13. Заявка с положительным решением о выдаче патента 2011152952 Российская федерация, МПК В23СЗ/08. Способ обработки валов с равноосным контуром [Текст] / Максименко Ю.А.; Ивахненко А.Г.; Куц В.В., Сторублев М.Л. -2011152952/02; заявл. 23.12.2011; опубл. 27.06.2013, Бюл. №7,- 5с.

14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, № 2013618570, дата регистрации 11.09.2013 г. Программа подбора значений конструктивных параметров фрезы дисковой с равноосным контуром для обработки РК-профильных валов / Максименко Ю.А., Куц В.В.

Подписано в печать 20.02.2014. Формат 60x84 1/16.

Печ. л. 1,25. Тираж 120 экз. Заказу._.

Юго-Западный государственный университет. 305040, г. Курск, ул.50 лет Октября, 94.

ФГБОУ ВПО «ЮГО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

СОЗДАНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ С КОНСТРУКТИВНЫМ ИСПОЛНЕНИЕМ РАДИАЛЬНОЙ ПОДАЧИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ С РК- И К- ПРОФИЛЕМ

Специальность: 05.02.07 «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки»

Диссертация

- 1

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Максименко Юлия Андреевна

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

Куц Вадим Васильевич

Курск - 2014

Содержание

Введение.......................................................................................4

Глава 1. Анализ состояния вопроса...................................................9

1.1. Области применения РК -и К- профильных соединений...............9

1.2. Анализ методов изготовления РК-профильных соединений.........11

1.3. Описание нового способа обработки и синтез производящей поверхности фрезы............................................................................15

1.4. Обоснование целесообразности применения предложенного способа обработки РК- и К- профильных валов............................................19

1.5. Выбор критериев для оценки работоспособности фрезы дисковой

с конструктивным исполнением радиальной подачи...............................22

1.6. Выводы...........................................................................23

Глава 2. Математическое моделирование фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К- профильных валов.....................26

2.1. Моделирование режущих кромок фрезы, передней и задней поверхности....................................................................................26

2.2. Моделирование поверхности резания образованной режущими кромками фрезы в процессе фрезерования............................................33

2.3. Моделирование переточек режущих кромок фрезы....................35

2.4. Выводы..........................................................................38

Глава 3. Создание совокупности методик расчёта оценочных параметров проектируемой фрезы....................................................................39

3.1. Методика расчёта кинематических углов................................39

3.2. Методика расчёта геометрических параметров срезаемых слоёв...39

3.3. Методика расчёта фактической величины подачи на зуб............46

3.4. Методика расчёта параметров остаточных гребешков................47

3.5. Методика расчёта глубины фрезерования................................50

3.6. Методика расчёта величины искажения профиля после фрезерования.............................................................................................51

3.7. Методика расчета объема стружечной канавки фрезы дисковой с

радиальной конструктивной подачей..................................................52

3.8. Выводы..........................................................................55

Глава 4. Теоретическое исследование процесса фрезерования РК-и К-профильных валов и создание методики проектирования фрезы..........56

4.1. Анализ условий работы зубьев фрезы.....................................56

4.2. Анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования на оценочные параметры...............................................65

4.3. Анализ влияния переточек на оценочные параметры.................74

4.4. Создание обобщенного алгоритма, как основы методики проектирования фрезы дисковой с конструктивным исполнением подач................78

4.5. Выводы..........................................................................81

Глава 5. Пример проектирования дисковых фрезы с радиальной конструктивной подачей и выполнение натурных экспериментов...............82

5.1. Исходные данные для проектирования..............................................82

5.2. Расчет параметров фрезы и оценка её работоспособности..............82

5.3. Создание прототипа фрезы и выполнение натурных экспериментов...........................................................................................................................88

5.4. Рекомендации по проектированию и эксплуатации дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей................................................90

5.5. Выводы..................................................................................................95

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.........................97

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.....................................100

Приложение 1.....................................................................................................115

Приложение 2.....................................................................................................116

Приложение 3.....................................................................................................118

Приложение 4.....................................................................................................132

Введение

В настоящее время для передачи крутящего момента в изделиях авто-, су-до-, авиа-, ракето-, машиностроения нашли применение профильные соединения, как альтернатива шлицевых и шпоночных соединений. Среди них наибольшее распространение получили соединения с РК- и К-профилем, которые имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ.

Современные С АО-системы имеют в своём арсенале инструменты моделирования поверхностей деталей образующих данные соединения, что позволило конструкторам принципиально улучшить качество изделий на этапе проектирования. Однако ключевой проблемой является их изготовление, что особенно остро проявляется в условиях серийного и массового производства.

Существующие и применяемые в единичном производстве схемы и способы обработки данных поверхностей основаны на многокоординатном перемещении инструмента относительно заготовки, для чего, например, используются станки с ЧПУ. Для изготовления данных поверхностей в условиях серийного и массового производства необходимо выполнить переход от использования универсального технологического оборудования к специализированному оборудованию, отвечающему требованиям заданной производительности и точности.

Однако, существующие схемы и способы обработки деталей РК- и К-профильных соединений, применяемые в условиях серийного и массового производства, основаны на придании заготовке и/или инструменту возвратно-поступательных движений (гармонических перемещений), количество ходов которых за один оборот заготовки равно количеству граней профиля, что отрицательно сказывается на точности и производительности. Реализация данных схем на предприятиях требует создания или покупки специализированных станков и/или приспособлений, которые имеют сложную конструкцию и соответственно высокую стоимость. В связи с этим РК- и К-профильные соединения не нашли должного применения в отечественном машиностроении.

Основным направлением совершенствования технологии изготовления

РК- и К-профильных соединений в условиях серийного и массового произвол/

ства является создание и применение схем обработки, основанных на использовании специализированных станков имеющих простую кинематическую структуру и высокопроизводительных инструментов (например, фрез) с конструктивной подачей, что позволит исключить возвратно-поступательные движения.

Поэтому научная задача, решаемая в работе и состоящая в создании нового технически эффективного способа обработки РК- и К-профильных валов основанного на применении дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей и метода проектирования подобного инструмента, является актуальной.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-201 Згг».

Цель работы: Создание метода проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК- и К-профильных участков валов на основе синтеза и анализа схем формообразования и съема припуска.

Объектом исследования является процессы съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей.

Предметом исследования является метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК-и К-профильных участков валов.

Область исследований. Содержание диссертации соответствует. П.4 «Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки» специальности 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки».

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1) выполнен синтез и анализ параметров схем съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;

2) разработана совокупность методик моделирования процессов съема припуска и формообразования профильных валов и режущих кромок проектируемых дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, в т.ч. с учётом возможных переточек;

3) разработана методика расчета оценочных параметров процессов съема припуска и формообразования профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;

4) создан обобщенный алгоритм и метод проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов;

5) проведена опытная апробация разработанного метода проектирования фрез с радиальной конструктивной подачей и предложены практические рекомендации по проектированию и эксплуатации.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений геометрической теории формирования поверхностей, методов: математического и компьютерного моделирования, численного решения задач линейной алгебры и дифференциальной геометрии. (

Положения научной новизны, выносимые на защиту:

1. Алгоритм проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, позволяющий выполнить подбор числа зубьев фрезы, среднего диметра, заднего угла и режимов фрезерования исходя из условий обеспечения номинальной производительности формообразования, заданной точности, стойкости фрезы, положительного значения заднего угла в процессе контакта режущей кромки с припуском и возможности размещения стружки в стружечной канавке.

2. Обобщённая методика расчета параметров срезаемых слоёв в процессе фрезерования, заключенных между: поверхностями резания, образованными соседними режущими кромками; поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы.

3. Методики расчёта: фактической величины подачи на зуб на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении подачи; глубины фрезерования на основе определения точек входа и выхода режущей кромки из контакта со снимаемым припуском; высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.

4. Математические модели процессов съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов и режущих кромок фрез с радиальной конструктивной подачей учитывающих возможные переточки. ,

Практическая значимость работы включает:

1. Метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи предназначенной для обработки РК- и, К-профильных валов;

2. Программное обеспечение процесса проектирования дисковых фрез для обработки РК- и К-профильных валов;

3. Практические рекомендации по проектированию и эксплуатации изготовленных фрез.

По результатам исследований оформлена и подана заявка на регистрацию патента РФ и получено свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на предприятиях машиностроительного комплекса Курской области, что подтверждено

соответствующими актами. Отдельные результаты используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета.

Апробация работы: Отдельные результаты работы нашли признание и были отмечены дипломом лауреата Всероссийского конкурса научных, образовательных и инновационных студенческих научных обществ, Казань, 2012 г.; дипломом победителя Всероссийского конкурса научно-технических работ студентов и аспирантов в области технических наук, Санкт-Петербург 2012г.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Современные материалы, техника, технология», Курск, ЮЗГУ, 2011г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Поколение будущего: Взгляд молодых ученых», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», Курск, ЮЗГУ, 2013г., «Машиностроение-основа технологического развития России (ТМ-2013)» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.; «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», Орел, ЮЗГУ, 2013г.; «Современные материалы, техника и технология» - Курск, ЮЗГУ, 20,13 г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий» - Курск, ЮЗГУ, 2013г. (

В полном объеме диссертация была заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Управление качеством, метрология и сертификация» Юго-Западного государственного университета.

Публикации. Общий объем публикаций по теме работы составляет свыше 2,3 печ. л., из них соискателю принадлежит свыше 1,3 печ. л. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Глава 1. Анализ состояния вопроса

\ I

1.1. Области применения РК -и К- профильных соединений

Начиная с XIV века профильные соединения использовались для передачи крутящего момента в часовых механизмах. Контурные кривые профильных соединений могут быть равноосными, синусоидальными, циклоидными, кривыми «Венгерского профиля» и прочие, но наиболее широкое применение нашли профильные соединения с некруглым профилем, трех-, четырехгранной формы. При переходе от ручного к машинному производству, данные соединения перестали применяться из-за трудности их изготовления и были вытеснены шлицевыми и шпоночными соединениями [78, 83, 84].

В настоящее время моментопередающие профильные соединения нашли свое применение при создании современных изделий авто-, судо-, авиа-, ракето-, машиностроения. Наибольшее распространение получили соединения с равноосным контуром (РК-профильные соединения) [18, 56].

РК- и К- профильные соединения характеризуются следующими геометрическими параметрами (рис.1, рис. 2):

Хо,

Рис. 1. Геометрические параметры РК-3 профильного вала [103]

сти);

Рис. 2. Геометрические параметры К-4 профильного вала [103] £> - диаметр описанной окружности; с/ - диаметр вписанной окружности;

Орк = 2Я- диаметр средней окружности (/? - радиус средней окружно-

01 - угловой параметр;

е - эксцентриситет профиля;

N - количество граней.

Уравнение поверхности РК-профильного вала представлено ниже

\R-e-cos(N ■ 0,)]• cosG, - N • е• sm(N • 0,) • sine,4 [R - e ■ sin(iV ■ 0,)] ■ sin0, + TV • e • sin(7V • 0,) • cos0, z 1

Фг) =

(1)

РК-профильные соединения в основном предназначены для передачи крутящего момента сопряженными поверхностями деталей машин, режущих и вспомогательных инструментов, их применяют вместо шлицевых и шпоночных соединений. Крутящий момент передается по гладким цилиндрическим поверхностям. По сравнению со шлицевыми и шпоночными соедине-

ниями РК-профильные соединения имеют распорные усилия, возникающие при передаче крутящего момента. Данные соединения имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ они в несколько раз долговечнее, обладают меньшими шумовыми характеристиками, меньшей металлоемкостью, чем другие соединения, также имеют более высокий КПД по сравнению со шлицевыми и шпоночными соединениями также обладают свойством автоматического центрирования под передаваемой нагрузкой. Соединения с тремя гранями обладают свойством автоматического центрирования под передаваемой нагрузкой при определенной величине зазора и т.д. РК-профильные соединения могут быть с гарантированным зазором или натягом, с переходными посадками. Они могут быть цилиндрические и конусообразные [18, 50, 56, 102, 103, 104, 110].

1.2. Анализ методов изготовления РК-профильных соединений

Анализ существующих методов обработки РК-профильных поверхностей показал, что существующие и применяемые схемы и способы обработки данных валов характеризуются наличием возвратно-поступательных перемещений и гармонических колебаний.

В частности валы с равноосным профилем на финишных операциях обрабатывают на профилешлифовальных станках. Данный способ реализуется при сочетании двух возвратно-поступательных перемещений режущего инструмента. Для реализации данного способа фирма FORTUNA выпустила станок для токарной и абразивной обработки РК-профильных соединений. Патент на данный станок был приобретен некоторыми экономически развитыми странами [56].

Также существует метод получения РК- профильных валов, используя кулачковые автоматы. Можно отметить, что применение данного метода при обработке валов данного типа в условиях серийного и массового произведет-

ва не эффективно, так как для каждого профильного вала с заданными размерами необходимо изготавливать специальный кулачок, который имеет высокую стоимость изготовления и недостаточную д�