автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологические возможности процессов зубонарезания цилиндрических колес

ВВЕДЕНИЕ

1. Состояние производства цилиндрических зубчатых колес.

1.1. Анализ схем формообразования эвольвентных поверхностей цилиндрических зубчатых колес по методу обката.

1.2. Основные направления совершенствования процессов зубообработки цилиндрических зубчатых колес.

1.2.1. Повышение скорости резания.

1.2.2. Увеличение подач.

1.2.3. Увеличение режущего периметра инструмента.

1.2.4. Сокращение пути резания.

1.2.5. Реализация рациональных схем резания.

1.2.6. Управление параметрами процессов зубонарезания.

1.3. Эффективность различных способов зубонарезания цилиндрических колес.

Выводы.

2. Сравнительный анализ производительности процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес малого модуля.

2.1. Методика анализа производительности процессов зубонарезания.

2.2. Соотношение технологических подач различных процессов зубонарезания.

2.2.1. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубонарезании цилиндрических колес по методу обката.

2.2.2. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубонарезании зубострогальными гребенками.

2.2.3. Определение начального угла обката.

2.2.4. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубодолблении дисковыми долбяками.

2.2.5. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубофрезеровании червячными фрезами.

2.2.6. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зуботочении обкаточными резцами.

2.2.7. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при круговом и кругодиагональном зубопротягивании.

2.2.8. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубонарезании одновитковыми резцовыми головками.

2.2.9. Определение максимальной толщины срезаемого слоя при зубопротягивании дисковыми резцовыми головками.

2.3. Определение основного времени выполнения перехода зубонарезания для различных процессов зубообработки.

2.4. Относительная производительность процессов зубонарезания.

2.5. Выбор величины расчетных параметров.

2.6. Алгоритм решения задачи сравнительного анализа процессов зубонарезания цилиндрических колес.

2.7. Анализ результатов сравнения производительности процессов зубонарезания цилиндрических колес.

Выводы.

3. Моделирование процесса зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками.

3.1. Особенности схемы формообразования зубчатых профилей цилиндрических колес методом обката.

3.2. Структурная модель процесса зубонарезания методом обката.

3.3. Аналитическое определение толщин срезаемых слоев при зубонарезании цилиндрических колес по методу обката.

3.4. Определение параметров срезаемых слоев графоаналитическим методом.

3.5. Соотношение толщины, площади срезаемых слоев и силы резания.

3.6. Управление параметрами процесса зубонарезания цилиндрических колес по методу обката.

3.6.1. Выравнивание параметров схемы резания, как метод управления процессом зубонарезания.

3.6.2. Управление параметрами процесса обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес дисковыми резцовыми головками.

Выводы.

4. Возможности практической реализации процесса

Z-кратного обкатывающего зубопротягивания.

4.1. Процесс обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес.

4.2. Расчет параметров процесса обкатывающего зубопротягивания.

4.3. Проектирование дисковых резцовых головок для обкатывающего зубопротягивания.

4.3.1. Определение основных параметров инструмента.

4.3.2. Конструкция дисковых резцовых головок для обкатывающего зубопротягивания.

4.4. Проектирование обкатно-делительного устройства для обкатывающего зубопротягивания.

Выводы.

ВЫВОДЫ.

Актуальность работы. Интенсивное развитие машиностроения неразрывно связано с ускорением технического прогресса и повышением производительности труда при создании новых конструкций машин и разработке современных технологических процессов их производства.

Повышение эффективности машиностроительного производства может быть осуществлено за счет использования прогрессивного оборудования и инструментов, позволяющих в широких масштабах внедрять высокопроизводительные ресурсосберегающие технологии. Наибольшую актуальность указанные пути имеют в производстве сложных деталей, к которым можно отнести зубчатые колеса. Это объясняется специфическими особенностями, как конструкции самих зубчатых колес, так и технологии их изготовления.

В большинстве современных машин и механизмов используются различные зубчатые передачи, которые оказывают существенное влияние на их эксплуатационные характеристики. Обладая высоким коэффициентом полезного действия, компактностью и надежностью в работе, передачи находят самое широкое применение в различных отраслях машиностроения.

Зубчатые колеса характеризуются не только сложностью геометрической формы, но и взаимозависимостью размерных параметров, которые должны выполняться с высокой точностью даже для колес неответственных передач. Поэтому при их изготовлении наиболее трудоемкой и ответственной специфической операцией является процесс формообразования зубьев.

Для выполнения операции зубонарезания применяются различные методы, обладающие разными технологическими возможностями. Под технологическими возможностями процессов зубонарезания цилиндрических колес следует понимать целый комплекс различных показателей, обеспечивающих возможность повышения эффективности формообразования зубчатых поверхностей. К числу основных показателей можно отнести такие, как производительность, точность, технологичность конструкции зуборезного инструмента и т.д.

Несмотря на непрерывное совершенствование технологических процессов изготовления зубчатых колес даже в отраслях машиностроения, характеризуемых крупносерийным производством, трудоемкость операций зубообразо-вания остается очень высокой и составляет 50 - 60% общей трудоемкости механической обработки зубчатых колес [1].

Необходимость формообразования зубчатого венца колеса с высокой степенью точности обусловливает применение процессов резания не только для чистовой обработки зубьев, но и для предварительного вырезания впадин в заготовке, что приводит к неизбежным затратам времени.

Учитывая большие потребности промышленности в зубчатых колесах, из которых свыше половины составляют цилиндрические прямозубые колеса с внешним зацеплением, становится очевидной необходимость широкого внедрения таких процессов зубообработки, которые позволяют значительно повысить производительность их изготовления.

Среди цилиндрических зубчатых колес с прямыми зубьями особое место занимают малогабаритные (с модулем m до 5мм и диаметром d до 120мм) узко-венцовые (с шириной зубчатого венца b до 20мм) зубчатые колеса, которые нашли широкое применение в авто - мотостроении, тракторостроении и других отраслях машиностроения.

Именно этот диапазон основных параметров зубчатых венцов характеризует определенную часть цилиндрических колес среднего модуля как по технологическому признаку их изготовления (однопроходное зубонарезание с последующей чистовой зубообработкой), так и по применяемым технологическому оборудованию и инструменту. Поэтому представляется целесообразным условно рассматривать их как маломодульные зубчатые колеса, которые и являются объектом исследования в данной диссертационной работе.

Для зубонарезания таких зубчатых колес применяются как традиционные процессы, такие как зубодолбление дисковыми долбяками и зубофрезерование червячными фрезами, так и новые высокопроизводительные методы формообразования зубчатых поверхностей с использованием различного вида режущих инструментов.

В связи с этим, при разработке технологических процессов изготовления указанных зубчатых колес возникает логический вопрос о целесообразности использования того или иного процесса зубонарезания и соответствующего инструмента. Отсутствие четких рекомендаций по выбору рациональных процессов зубообработки при изготовлении цилиндрических зубчатых колес вызывает необходимость решения актуальной задачи проведения кинематического анализа и разработки методики выбора наиболее рационального процесса зубонарезания из известных традиционных и современных методов.

Выполненные в диссертационной работе исследования процесса формообразования зубчатых профилей по методу обкатывания позволили установить закономерности изменения кинематических параметров при формировании впадины зубчатого колеса, что явилось основой для проведения анализа производительности различных способов зубонарезания цилиндрических колес и позволило выявить потенциальные возможности повышения эффективности обработки эвольвентных зубчатых поверхностей.

Работа выполнялась в соответствии с грантом РФФИ в поддержку ведущих научных школ № 00-15-99064

Цель работы. Повышение эффективности зубообработки цилиндрических колес на основе рационального выбора процесса зубонарезания.

Методика исследований. Для решения поставленных задач использовались методы и приемы аналитической и дифференциальной геометрии, теории резания металлов и технологии машиностроения.

Математическое моделирование выполнялось с использованием современного математического аппарата и вычислительной техники. 9

Научная новизна работы:

Разработана логическая схема сравнительного анализа производительности процессов зубонарезания цилиндрических колес на основе взаимосвязи кинематических параметров формообразования зубчатых поверхностей цилиндрических колес;

Разработана структурно-математическая модель процесса зубонарезания цилиндрических колес, раскрывающая потенциальные возможности повышения эффективности путем управления кинематическими параметрами формообразования зубчатых венцов.

Практическая ценность работы;

Разработаны алгоритм и пакет прикладных программ для определения наиболее рациональных вариантов выполнения технологической операции зубонарезания цилиндрических колес, обеспечивающих максимальную производительность в конкретных производственных условиях.

Разработаны рекомендации по использованию резцовых головок большого диаметра для зубонарезания цилиндрических колес, позволяющие наиболее полно реализовать потенциальный резерв повышения эффективности зубообработки.

Выражаю особую благодарность доценту кафедры технологии машиностроения, к.т.н. Артамонову Валерию Дмитриевичу за научные консультации, оказанные в процессе выполнения всей работы.

ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ основных направлений совершенствования процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес малого модуля позволил выявить перспективные способы зубонарезания резцовыми головками большого диаметра по методу z-кратного обката. Однако существующие методы анализа не позволяют осуществить количественную оценку перспективности различных процессов зубонарезания.

2. Разработанные логическая схема и методика сравнительного анализа производительности методов зубонарезания, в основе которых лежит обобщенный анализ кинематики рассматриваемых процессов и сопоставление их физических параметров, позволяет объективно оценить возможности различных способов зубообработки цилиндрических колес.

3. Предложенная структурно-математическая модель процесса зубонарезания цилиндрических колес по методу z-кратного обката, учитывающая взаимосвязь основных кинематических параметров процесса и конструктивных параметров инструмента, показывает широкие перспективы управления параметрами этого процесса.

4. Теоретически обоснована возможность реализации потенциальных резервов повышения эффективности зубообработки при использовании процесса обкатывающего зубопротягивания.

5. Обосновано решение конструкторско-технологических задач по практической реализации процесса обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес дисковыми резцовыми головками большого диаметра.

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

2. Клепиков В.Д. Протягивание зубьев цилиндрических колес дисковыми протяжками // Новые процессы обработки резанием. М.: Машиностроение, 1968.- С. 16-52.

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

4. Новый технологический процесс обработки цилиндрических шестерен: Экспресс информ. / ЦНИИТЭИ тракторосельхозмаш.- М., 1974.- Серия 10.08.-Вып.16.

5. Прогрессивные технологические процессы в автостроении / Под ред. С.М. Степашкина.- М.: Машиностроение, 1980.- 320 с.

6. Черноморский И.С. Зубонарезание цилиндрических колес гребенчатыми фрезами // Станки и инструмент.- 1958.- № 4.- С. 18-19.

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

8. Харалампиев И.С. Обкатывающее протягивание зубьев зубчатых колес. -М.: Машиностроение, 1981.- 212 с.

9. Коганов И.А., Федоров Ю.Н. Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес твердосплавными резцовыми головками // Станки и инструмент.-1966.-№9. -С. 18-20.

10. Коганов И.А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. Тула: Приок. кн. изд-во, 1970.- 184 с.

11. Федоров Ю.Н., Гусев Г.В. Чистовое зубонарезание коническими одновитковыми резцовыми головками. // Исследования в области технологии механической обработки и сборки.- Тула, 1982.- С. 26-32.

12. Мойсеенко О.И., Павлов Л.Е., Диденко С.И. Твердосплавные зуборезные инструменты.- М.: Машиностроение, 1977.- 190 с.

13. Доронин К.С. Прогрессивные способы обработки зубчатых колес: Аналитический обзор / ЦНИИТЭИ, № 1851.- М., 1979.- 31 с.

14. Мойсеенко О.И. Скоростное зубофрезерование. Киев: Техника, 1972.216 с.

15. Шевченко А.Н. Современный зарубежный зуборезный инструмент: Обзор / НИИМАШ.- Серия С-2.- М., 1976.- 57 с.

16. Баршевич В.И. Прогрессивные инструменты и приспособления для обработки цилиндрических зубчатых колес: Обзор / НИИМАШ,- Серия С-1.- М., 1979.- 76 с.

17. Повышение технического уровня механосборочного производства в СССР и за рубежом: Обзорная информация / НИИИНФОРМТЯЖМАШ.- М., 1975.-58 с.

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

19. Адам Я.И., Овумян Г.Г. Справочник зубореза.- М.: Машиностроение, 1971.- 232 с.

20. Сидоренко А.К. Особенности изготовления крупно модульных колес.-М.: Машиностроение, 1976.- 112 с.

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

22. Асатрян Д. А. Перспективы тангенциальной зубообработки мелкомодульных колес // Станки и инструмент.- 1981.- № 1.- С. 26-27.

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

24. Коганов И.А., Федоров Ю.Н, Феофилов Н.Д. Непрерывное протягивание зубьев цилиндрических колес // Повышение эффективности обработки металлов протягиванием / Тез. докл. II Всесоюзн. конф. Челябинск, 1978. -С.48-50.

25. Мисевич B.C. Радиальный метод фрезерования зубчатых колес // Станки и инструмент.- 1964.-№ 11.-С. 16-18.

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

27. Лашнев С.И., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ.- М.: Машиностроение, 1980.- 208 с.

28. Медведицков С.Н. Червячные фрезы с новыми схемами резания // Машиностроитель.- 1966.- № 6.- С. 16-17.

29. Коганов И.А., Федоров Ю.Н. Модернизация горизонтально-фрезерных станков для нарезания зубьев цилиндрических колес твердосплавными резцовыми головками по полуавтоматическому циклу,- М.: ГОСИНТИ, 1966.- 18 с.

30. А.с. 566689 СССР. Одновитковая резцовая головка / И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, Н.Д. Феофилов // Б. И.- 1977.- № 28.

31. Феофилов Н.Д., Федоров Ю.Н. Исследования стойкости зуборезных одновитковых резцовых головок // Исследования в области технологии механической обработки и сборки.- Тула, 1981.- С. 100-103.

32. А.с. 916161 СССР. Одновитковая резцовая головка / Ю.Н. Федоров // Б. И.- 1982.-№ 12.

33. Федоров Ю.Н., Малахов Г.В. Анализ производительности чистовой зубообработки двухрядными резцовыми головками // Исследования в области технологии механической обработки и сборки.- Тула, 1980.- С. 8-15.

34. А.с. 753566 СССР. Резцовая головка. / И.А. Коганов, Ю.Н.Федоров, Г.В. Малахов // Б. И.- 1980.- № 29.

35. А.с. 770690 СССР. Резцовая головка / Ю.Н. Федоров, В.А. Саратов. // Б. И.- 1980.-№38.

36. Коган Г.И. Изготовление цилиндрических колес со шлифованными зубьями.- М.: Машгиз, 1962.- 240 с.

37. А.с. 692042 СССР. Устройство для компенсации размерного износа инструмента. / Ю.Н.Федоров, Г.В. Малахов, Г.В.Гусев//Б. И.- 1978.- № 39.

38. Федоров Ю.Н., Гусев Г.В. Программное управление точностью зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // Автоматические манипуляторы и металлообрабатывающее оборудование с программным управлением.- Тула, 1983.- С. 125-133.

39. Федоров Ю.Н., Гусев Г.В., Малахов Г.В. Управление точностью зубонарезания цилиндрических колес автоматической подналадкой резцовых головок Н Прогрессивные методы обработки зубчатых колес.- Орел: Приок. кн. изд-во, 1982.- С. 69-73.

40. Артамонов В.Д. Основные направления совершенствования процессов зубонарезания цилиндрических колес // Известия Тульского государственного университета.- Серия Машиностроение —Тула: ТулГУ, 2000.- Выпуск 5 С. 7-15.

41. Филиппов Е.К. Новые направления в производстве зубообрабатывающих станков для изготовления незакаленных цилиндрических зубчатых колес // Станки и инструмент.- 1979.- № 12.- С. 1-2.

42. Этин А.О. Кинематический анализ и выбор эффективных методов обработки лезвийным инструментом.- М.: ЭНИМС, 1994.- 185 с.

43. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Сравнительный анализ методов зубонарезания цилиндрических колес // Прогрессивные методы проектирования технологических процессов / Сборник трудов международной научно-технической конференции Тула: ТулГУ, 1997.- С. 27.

44. Артамонов В.Д., Копылов А.И. Выбор методики сравнения процессов зубонарезания цилиндрических колес // Известия Тульского государственного университета.- Серия Машиностроение-Тула: ТулГУ, 1997-Выпуск 1.- С. 81-83.

45. Шишков В.А. Образование поверхности резанием по методу обкатки. -М.: Машгиз, 1951.- 152 с.

46. Коганов И.А., Федоров Ю.Н. Производительность и точность механической обработки.- Тула: Приок. кн. изд., 1968,- 76 с.

47. Ничков А. Г. Основы комплексного исследования процесса зубофрезерования и оптимизации его параметров в простых и комбинированных схемах нарезания зубчатых колес червячными фрезами: Дис. докт. техн. наук,-Свердловск, 1991,- 566 с.

48. Производство зубчатых колес: Справочник I С. Н. Калашников, А. С. Калашников, Г. И. Коган и др.; Под общ. ред. Б. А. Тайца,- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1990.- 464 с.

49. Якобсон М. О. Современные методы обработки цилиндрических зубчатых колес-М.: Трудрезервиздат, 1958,- 94 с.

50. Овумян Г. Г., Адам Я. И. Справочник зубореза. -2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1983.- 223 с.

51. Виноградов В.М. Круговое протягивание цилиндрических зубчатых колес. //Технология автомобилестроения. -М.:, 1979,-№2-С. 14-17.

52. Федоров Ю.Н. Дисковые резцовые головки для z -кратного обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес // Технология механической обработки и сборки.- Тула, 1993.- С. 40-47.

53. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках: Ч.2.

54. Зуборезные, горизонтально-расточные, резьбонакатные и отрезные станки. -2-е изд.- М.: Машиностроение, 1974.- 200 с.

55. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: В 2 т / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, Б. Н. Балашов и др.- М.: Машиностроение, 1991.- Т.1.- 304 с.

56. Общемашиностроительные нормативы режимов резания и времени для технического нормирования работ на зуборезных станках.- Крупносерийное и массовое производство М.: Машгиз, 1959.- 144 с.

57. Обработка резанием с высокими скоростями. Зубофрезерование твердосплавными червячными фрезами: Экспресс-информация "Режущие инструменты".- М., 1971,- №5,- С. 26-39.

58. Федоров Ю.Н. Исследование процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колёс дисковыми твердосплавными резцовыми головками по методу обката: Дис. канд. техн. наук,- Тула,- 1966 267 с.

59. Федоров Ю.Н. Совершенствование процесса чистовой зубообработки цилиндрических колёс дисковыми резцовыми головками // Технология механической обработки и сборки.- Тула, 1992.- С. 33-39.

60. Федоров Ю.Н. Научные основы интенсификации технологии зубообработки цилиндрических зубчатых колёс: Дис. докт. техн. наук,- Тула, 1986.-500 с.

61. Справочник металлистов: В 5 т. / Под ред. А.Н. Малова.- М.: Машгиз, 1959.- Т. 4.- 778 с.

62. Федоров Ю.Н., Ямников А.С. О закономерности профилирования эвольвентных зубьев способом обката // Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента.- Тула, 1971.- Вып. 10.- С. 37-46.

63. Федоров Ю.Н. Совершенствование кинематики зубообразования резанием по методу обкатывания If Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием.- Тула, 1989.- С. 30-40.

64. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Моделирование процесса зубонарезания резцовыми головками // Управление качеством финишных методов обработки / Сборник научных трудов.- Пермь, 1996.- С. 130-135.

65. Филиппов К.В. Потенциальные возможности процессов зубонарезания цилиндрических колёс резцовыми головками 2002. //Технологические системы в машиностроении / Труды международной научно-технической конференции.-Тула: ТулГУ, 2002.- С. 339-311.

66. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Повышение эффективности зубообработки цилиндрических колес // "СТИН".- Ежемесячный научно-технический журнал.- Москва: ООО СТИН, 2000.- № 10.- С. 38 40.

67. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Комплексный анализ эффективности процессов зубообработки цилиндрических колес // Сборник научных трудов ведущих ученых технологического факультета.- Тула: Изд-во Тульского государственного университета, 2000.- С. 33-37.

68. Федоров Ю.Н. Интенсификация чистового зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // Технология механической обработки и сборки,- Тула: ТПИ, 1990 г.- С. 116-122.

69. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Малахов Г.В. Реализация принципа взаимозаменяемости в зуборезных резцовых головках //Технологические системы в машиностроении / Труды международной научно-технической конференции.- Тула: ТулГУ, 2002.- С. 254-258.

70. Сухоруков Ю.Н., Евстигнеев Р.И. Инструменты для обработки зубчатых колес методом свободного обката. Киев: Техника, 1983.- 120 с.

71. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Малахов Г. В. Повышение технологичности зуборезного инструмента //Технологические системы в машиностроении / Труды международной научно-технической конференции.-Тула: ТулГУ, 2002.- С. 250-253.

72. Федоров Ю.Н. Совершенствование обкатно-делительного устройства для зубообработки цилиндрических колес дисковыми резцовыми головками // Технологии механической обработки и сборки.- Тула: ТГТУ, 1994.- С. 23-30.