автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Теория расчета и технология изготовления инструментов с винтовым затылованием для изделий с мелкоразмерным периодическим профилем

ъ

•У"

УШАКОВ Михаил Витальевич ТЕОРИЯ РАСЧЕТА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С БИНТОВЫМ ЗАТЫЛОВЛНИЕМ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ С МЕЛКОРАЗМЕРНЫМ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ЦРОФИЛЕМ

Специальность: 05.03.01. - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и н'лрумеит

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой ст епени доктора технических наук

Тула -1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Л.А. Васин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Коганов И.А.;

доктор технических наук, профессор Ермаков Ю.М.;

доктор технических наук, профессор Султанов Т.А.

Ведущая организация: АО « Тулаточмаш »

Защита состоится «&» 1998 года в -^^^часов на заседании

диссертационного совета Д 063.47.03. в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г.Тула, пр. Ленина, д.92

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТулГУ.

Автореферат разослан « октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертацис совета, к.т.н. (Ж _ А.Б.Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКОТЫ Актуальность темы' диссертации. Основным направлением различии инструментального производства является дальнейшее повышение качественных характеристик выпускаемого инструмента, которое в большей мере реализуется за счет повышения точности его параметров. Согласно литературным данным 25...50% погрешностей при обработке вносится инструментом. В промышленности повышение точности металлорежущего инструмента в основном базируется на создании нового высокоточного оборудования, которое требует значительных капитальных затрат. При этом необходимая точность оборудования не всегда достижима при настоящем уровне развития машиностроения.

Используемые при изготовлении металлорежущего инструмента традиционные способы формообразования в настоящее время приближаются к пределу по достигаемой точности. Однако необходимо учитывать, что основные |рсбования Но точности на инструмент нш/шнкл изделия, дли обработки кок>-рых он предназначен. В этом случае задача по повышению точности конструктивных параметров инструмента становится конкретной и ее решение можег базироваться на замене традиционных способов проектирования и формообразования инструмента оригинальными при условии, что их реализация не потребует больших капитальных вложений при внедрении.

Вопросу создания новых конструкций инструментов и соответствующих им способов изготовления посвящены работы большого количества научных школ, таких как МГТУ «Станкин», МГТУ им.Н.Э.Баумана, ТулГУ, ЭПИМС, ВНИИ «Инструмент» и многих других. 4

Одной из значительных Проблем, стоящих перед машиностроением, является повышение качества обработки изделий, содержащих мелкорачмерные периодические профили жни рифлений, резьб, межмодульных зубча1ых. колее и т.п. Анализ показывает, что необходимое для этого повышение точности металлорежущего инструмента может базироваться на применении нового способа формообразования задних поверхностей зубьев - «винтового эдгылопання«.

Одиакп в существующей научно-технической литературе практически отсутствует описание как теоретических, тек и практических возможностей данного способа профилирования.

Представляемая работа позволяет установить область практического применения предлагаемого способа, ограничения и рекомендации по его наиболее эффективному использованию. Работа была выполнена в порядке частной инициативы, совместно с рядом машиностроительных предприятий России, а также в рамках межвузовских научно-технических программ « Ресурсосберегающие технологии машиностроения » ( Госкомвуз России, 1994 - 1996 ) н « Станкостроение » ( Госкомвуз России, 1995 - 1996).

Автор защищает.

1. Теорию проеюгирования инструментов для обработки мелкоразмерных периодических профилей с использованием в качестве базового ■ способа -«ьишинош зитылованин» задних поверхностей режущих, а в ряде случаев деформирующих элементов, и разработанные на ее основе новые конструкции инструмента,

2. Технологию изготовления данных инструментов, которая в частности выражается :

- в рекомендациях по наиболее эффективному использованию нового метода формирования задних поверхностей зубьев металлорежущего инструмента -«винтового затыловйщю»;

в выборе и обосновании оптимальных параметров проектирования и изготовления подобных инструментов;

- в разработке технологических методов и приемов изготовления данных инструментом;

• в создании аруюурпой мешдики шчнос>нрй оценки кинематических способов формирования режущей част инструмента;

- а разработке новых меюдов формирования зубьев слесарных иисгрумекгов.

Цель работы заключается в повышений точности обработки изделий с мелкоразмерным периодическим профилем за счег использовании металлорежущих инструментов, задние поверхности зубьев которых образованы с помощью нового способа профилирования - винтового затмлования. Эта цель дости гается на основе разработки научной базы дня проектирования, изготовления и эксплуатации таких инструментов.

Методы и средства исследования. При выполнении работы использованы основные положения математической теории, классической механики, общей теории колебаний и динамики станков, технологии машиностроения, теории резания и Проектирования инструментов. Обработка результатов экспериментов проводилась на основе теории вероятности и математического моделирования. Экспериментальная проверка результатов исследований производилась с помощью современных отечественных и зарубежных измерительных средств, в том числе изготовленных фирмой Брюль и Кьер ( Дания ). Математическая обработка результатов экспериментов и реализация проектных расчетов осуществлялись с применением ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в создании теории проектирования и технологии изготовления многозубых инструментов повышенной точности для обработки мелкоразмерных периодических профилей, задние иоверх-' носги -зубьев которых получены с использованием винтового затылования, включающей:

1. Механизм влияния метода формирования задних поверхностей режущих элементов на точклстъ конструктивных параметров инструмента, подтверждающий получение более точного профиля в случае использования винтового затылования;

2. Синтез эксплуатационных характеристик, мстодолопно проектирования и математическую модель определения конструктивных и технологических па раметров инструментов с винтовым затылованием;

3. Систему ограничений конструкторского и технологического плана для каж-

дога ил пидоп инструмента с винтовым затыловаиием; 4. Системный подход и выявленную взаимосвязь между процессами проектирования, изготовления и эксплуатации этих инструментов.

Практическая ценность работы заключается в создании методического, программного и технологического обеспечения, необходимого при Внедрении в промышленное производство указанного выше способа затыловання и созданных на его основе перспективных инструментов, а'именно:

• повышенна точности изготовления инструмента для обработки изделий; содержащих мелкоразмерные периодические профили, при использовании серийно выпускаемого оборудования и без привлечения значительных капитальных затрат,

• создании мегодик проектирования и на их основе нро1риммнош обеспечения для разработки конкретных видов инструментов;

• разработке конкретных технологических-рекомендаций по изготовлению и эксплуатации данных инструментов;

• предложенной методике оценки качественных параметров инструментов с винтовым затыловаиием, построенной на конкретных математических зависимостях, рекомендациях по прогнозированию и результатах применения;

• установлении конкретных экспериментальных зависимостей между свободными и зависимыми параметрами режущей части инструментов.

Реализация результатов работы

Результаты работы представлены в виде методического, информационно-' программного обеспечения, практических рекомендаций и гаммы образцов инструментов, которые прошли апробацию, промышленное использование и приняты к внедрению на ряде предприятий России, таких как П1ПП «Сплав» (г.Тула ), АО ТНИИТИ ( г.Тула ), ГЧАМЗ ( г.Челябинск), АО «Арсенал» (. г.Тула ), АО «Тулаточмаш» (г.Тула), 0\0 ТКЗ ( г.Тула ), АК «Туламашзавод» (г.Тула ), АО «Электропривод» (г.Тула ) и на некоторых других предприяти ях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и об- суждались на выездном заседании Гшюннош Соисш «Машиностроение» ( г.Тула, 1997 г. ), на международной юбилейной научно-технической конференции «Прш рессивные методы проектирования технологических процессов, станков н инструментов» ( г.Тула, 1997 г. ), на совместной сессии и выстове - ярмарке перспективных технологий ( г.Тула, 1997 г. ), на международной научно - технической конференции «Информационные зехнолшии в моделировании и управлении» ( С.-Петербург, 1996 г. -), на международной научно-технической конференции «Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения» ( г.Тула, 1996 г. ), на Всероссийском совещании «Проблемы теории проектирования и производства инструментов» ( г.Тула, 1995 г. ), на международной научно - практической конференции «Ресурсосберегающая технология машиностроения» ( г.Москва, 1994 г. ),'на межрегиональном семинаре «Повышение.надежности и дошивеч-ноеги выпускаемой продукции технологическими методами в машиностроении» ( г.Орел, 1991 г. ), на всесоюзной конференции Шути повышения стойкости и надежности режущих и ипатюник ниа рументон» ( г.Нмколаев, 1990 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано .15 статей, получено 2 авторских свидетельства на изобретения и 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Днссср1ациошшя работа сосюит из введения, восьми глав, заключения, библиографического списка литературы из 182 наименовании и приложения..Содержи! 250 страниц машинописною текста, 134 рисунка, 12 таблиц, приложение на 205 страницах

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дается краткое содержание порядка ее выполнения.

Цервам глава. На основе анализа изделий, содержащих мелкоразмерные периодические профили, к которым относятся: рифления различной формы,

шлицевые валы, резьбм, целкомодульные зубчатые колеса, зубья слесарных инструментов и т.п., определяются основные специфичные требования к рассматриваемой группе, а именно малые лилейные размеры, высокая точность шага и профиля, малые размеры переходных кривых. Обзор существующих в промышленности способов обработки показывает, что в настоящее время с точки зрения получения необходимого качества и производительности обработки, а также широты распространения, для производства рассматриваемых изделий наиболее приемлемыми являются способы, основанные на обработке металлов резанием. При этом основными формообразующими операциями являются: протягивание фасонными протяжками; фрезерование цилиндрическими, групповыми, и червячными фрезами. Однако данные операции не всегда обеспечивают необходимую точность изготовления.

Погрешности обработки, вызванные непосредственно использованием конкретного типа инструмента можно выразить зависимостью:

k > q U

Дп.)= е Дк+ £ Д«.+ £Дч+ ЕДц •

к«1 «« J H-J u=l

где Ль - погрешности, связанные с точностью установки инструмента, его жесткостью и точностью, а также жесткостью и точностью вспомогательного инструмента;

Д, - погрешности, связанные с точностью исполнения поверхностей инструмента и их взаимного расположения;

Д, - погрешности, возникающие в процессе работы инструмента и зависящие от продолжительносш его функционирования;

Ди - органические погрешности; связанные с принятым способом обработки.

Извесию, чю в зависимости от способа обработки и точности изделия доля погрешностей, которые вносит инструмент сосгавляет от 25 до 50%. Влияние точное!» инструмент на качество изделий еще в большей степени

увеличивается при обработке мелкоразмерных периодических профилей. Поэтому одним из основных направлений дальнейшего улучшения качества обработки является повышение точности используемого металлорежущего нисгру-мента.

Основные погрешности -инструмента, возникающие при его изтотшле-нии, могут быть выражены структурной зависимостью

I 1 п т j

Д-.'- Z Д 2.Л-+ А-..1- V л»+ уА.

I - 1 1=1 а --1 г* : ! г» - > (. (

д

где Д( - погрешность установки изготавливаемого инструмента и инструмента второго порядка и их взаимного расположения;

Ал - динамические погрешности обработки;

Д) - погрешность изготовления и стойкости инструмента второго порядка;

"Д. - оргйшпсстптг погрешности ено<'о(>я обработки; .

Ар погрешности, связанные с "Л'есткоет ыо гехноппгичсской системы.

4,-пофешноста кинематических ценен используемого оиорудочаниг

Анализ указанных составляющих, а также существующих способоь формообразования режущей части инструмента позволяет определить основные технологические нуги повышения точности его производства. Одним из эффективных Методов снижения погрешностей обработки является упрощенно тпяек-юрий основных формообразующих дии-м-ний. и шютз совмещение рйбмччх » вспомогательных двн:кеш!Й, за.счет '¡его удастся снизить количество кшкмюн-ческих цепей и их звеньев и соответственно значения А т и Л в.

Для ряссмв'трипяемогожласса инструментов в большинстве слумен формирования задних поверхностей зубьев осуществляется радиальным зЛтыпова-нием, включающим три движения: П 5 „-'формообразующее движение пдолз, затылка зуба, Оц деление вдоль главного движения резания и П ^ * - дглени; вдоль режущей кромки. Если конструктивно осуществить расположение задних поверхностей вих зубьез на нескольких винтовых поверхностях ( рис.1 ), сме-

щенных относительно друг друга с постоянным окружным шагом, то удается упростить движение О ^ ц ( перемещение по винтовой линии ), полностью совместить Э з. о и Г) Е Ь а I) а а превращается "в установочное движение деления от одной винтовой поверхности к другой. На основе указанного выше сочетания кинематических движений и конструктивных параметров разработан Новый способ формирования задних поверхностей зубьев инструментов, получивший название - винтовое затылование. Как показывают расчеты, его использование при изготовлении инструментов для обработки Мелкоразмерных периодических профилей снижает в 1.5 раза и более суммарную погрешность формообразования по отношению к радиальному затылованию. В этом случае упрощаются кинематические цепи используемого оборудования и уменьшается их количество, исключается динамически неуравновешенное движение деления, снимаются ограничения по габаритным размерам инструмента второго порядка.

Однако, несмотря на указанные достоинства, винтовое затылование не получило широкого распространения в промышленности. Сведения о его применении, изложенные в научно-технической литературе, весьма Ограничены. Поэтому основная проблема работы состоит в наиболее полном выявлении возможностей винтового затылования, разработке системы проектирования и технологии изготовления инструментов для обработки мелкоразмерных периодических профилей, создаваемых с его применением, повышении их качества и снижении трудоемкости изготовления.

Поставленная цель определила основные задачи работы:

1. Аналитическое и экспериментальное исследование возможностей винтового затылования, установление области его применения и перспектив дальнейшего развития.

2. Определение типов инструментов, при изготовлении которых применение винтового затылования наиболее рационально.

3. Установление возможности примшйшш данного способа затилованил при профилировании многозубого металлорежущего инструмента для обрабогю; поверхностей, содержащих мелкоразмерные периодические про<|тли.

4. Создание общей теории проектирования такт: инструментов и разработка на ее основе но;ш>; перспективных конструкций, пригодных дня нзниоле.« фекгивноп) решения поставленной задачи.

5. Определение конструктивных и технологических. 01раниченнй применения «.^Гр^СНТЗ, ^ЧСЯ'Я'ННН* КОН«1(»уИУ1Й. ""

6. Установление взаимосвязей между возможностями аиитсього

по обсспсчсншо конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик инструмента.

7. Усыновление возможности использования профессивных схем снятия притеска в конструкциях инструментов с винтовым затыловаиием.

2. Огздиннс системы но пряп»02й|х?й5пи!~ тэтг'ре:« ;•«»«•»; «а&этааких конструкций инеф^мши'оп с пише.тлм кгъм.шашда-: 1Л Пр^йедеши; »'ремьшшпшыч :«:нм»г.1а!й от.доглу с'к*.»**«:» и -.«•нгримен-::>лы<ых паршй различных коа-! цнефумпноз с '.ннк'ммч мшло-

лаапгм и ра'^шбонш на этой основе рею-.'ме.ыащ!?: им ч.< ¡< ¡готов яеншо и применению.

Вторая, гласа посвящена''определению вахмсазнч:гей винтово-

СИ "-ЛЦ.ИТ'КЛНПк.

•"Для определений «ося ¡югшкхиих г.ршюложашя зубьев нзаиав-ливаемого инструмента на серии эквидистантных поверхностей с одинаковыми исходными базозммя злгмен'.гами, которые оыичшотсл шлько угловым или осевым расположением, рекомендуете.'; рассмотреть обобщенную форму инструмента в виде фасонной фрезы с перемгпними рздчуейм г» н осевым шагом Р я о 1 производящей поверхности, а также с изменением расположения з> бьеп относительно оси:

Г|=г(г), Р„о1=Р«о(2), й =

Рис.1. Получение задних поверхностей зубьев вшгговым ззшлованием

^ Развертка червячной фрезы

В процессе аналитического исследования получено уравнение, описывающее направляющие таких задних поверхностей

Z=P„

РмЛ^з^г ~ Z10k4)

Pn^î^z "Z.toPm^^

ф + ---f(n) + 2 Л b(k-LJlzkAki z!l

где p„ - винтовой параметр производящей поверхности, являющийся функцией координат!,! Z, направленной по оси вращения инструмента; q> - угловая координата в цилиндрической системе координат;

" Z ю - число заходов производящей поверхности;

рпп - винтовой параметр передней поверхности, являющийся функцией Z; Zz - число зубьев инструмента; f(n) - заданное изменение углового шага зубьев; " ki - номер направляющей производящей и Передней kj, поверхностей, с точкой пересечения которых совмещено начало системы координат: к з - шаг числа заходов производящей поверхности и к 4- шаг числа стру жечных канавок, через которые проходит направляющая задней винт» вой поверхности.

Указанная выше зависимость соответствует форме винтовой поверхности общего назначения

Z = р3( <р + Ai + Аз ). W P3-pn Pfk73Zz":Zlok,4). Дг. . -ДпК

Рп 3 7, "IflPm 4 ¿'10К4

^ k,Z7-Z|0k4

Таким образом у миогозубых инструментов даже в случае наличия перо-менньгх конструктивных параметров можно расположить задние поверхности зубьев на серии эквидистантных поверхностей. Единственным требованием является то, чтобы f (п) - 0, то есть погрешность шага сгружечяых канавок бы да бы минимальной.

Винтовое затылование наиболее приемлемо при изготовлений многозу-бых инсфументов с повторяющимся профилем зубьев. Обзор существующих литературных источников показывает, что к данной группе можно отнести :

1 .Фрезы - цилиндрические, дисковые, червячные;

2.Протяжки - плоские, круговые, шлицевые;

3.Метчики-протяжки; - ь

4.Долбяки - дисковые фасонные;

5 .Элементы конструктивных подач и деления стружки на режущей части инструментов;

6.Накатники - Круговые фасонные;

7.Инструменты с узкими по пгирине зубьями.

Применение винтового затылования возможно только при определенном соотношении между шагом нарезаемых профилей ( Р ), необходимым задним углом ( а ) и конструктивными размерами инструмента Данное соот-

ношение является основой при проектировании элементов винтового затылования и определяет тип затылованного инструмента, который соответствует следующей принятой классификации ( рис.2 ):

1 .Инструменты первого типа затылования, когда зубья располагаются во всех точках пересечения разнонаправленных направляющих задних поверхностей, образуя рядно - шахматное расположение режущих элементов. Такой тип затылования характерен для большинства инструментов. Он автоматически обеспечивает раздельную схему обработки, рекомендуемую при изготовлении мелкоразмерных профилей. При этом угол наклона направляющей задней поверхности ар з можно определить как

21Юф

2.Инструменты второго типа затылования, когда зубья располагаются через один ряд точек пересечения разнонаправленных направляющих, образуя последовательное расположение режущих элементов. Такой тип затылования

Рис 2 Классификация типов винтом о ?лтшоватг : а ) инструменты первою тала; б) инструменты второго типа; в; инструменты третьего тина; г) инструменты четвертого mía.

характерен для инструментов, которые обрабатывают поверхности значительной протяженности с широкими вершинами выступов. В этом случае

= Рхо^г

7Юф

3.Инструменты третьего типа затылованвд, обеспечивающие обработку наиболее мелких профилей за счет технологического увеличения шага между зубьями в ряду и облегчения в следствие этого изготовления инструмента. В этом случае устанавливайся соотношение между ходами ( Р а j., Р ац )направляющих задних поверхностей справа ( R) и слева ( L)

Paf. * К PaR.

где К - отношение чисел заходов задних поверхностей слева Ъ i и справа Z R при их неравенстве. По данному принципу формируются также червячные инструменты.

4.Инструменты четвертого тип» зашловцния, с увеличенными окружными шагами между стружечными канавками, а следовательно и углами наклона направляющих задних поверхностей. Наиболее характерны при изготовлении особенно сборных инструментов для обработки значительных но длине мелкопрофнльных изделий типа ножовочных полотен или напильников

l^lPloZz

tga*

где К соотношение между числами заходов задних поверхностей ( Z L и Z R ) и числом зубьев инструмента Zz.

11аряду- с указанными преимуществами с целью получения рациональных геометрических параметров и габаритных размеров винтовое затылование ре-коме|щусгея применять только при обработке мелкоразмерных периодических профилей с mai ом Р<4мм и углами профиля режущей кромки с ¡¿60°.

Как показывает анализ, внедрение в производство винтового зятылова-шм не требу т больших дополнительных капитальных затрат, а возникающее увеличение экеннуашционных расходов при использовании инструментов с

Винтовым эатылованием, ¿вязанное с переходом, в случае необходимости, к пе-

е

реточке по задней поверхности, полностью компенсируется упрощением их изготовления и достижением более высокой точности конструктивных параметров.

Третьи глава посвящена созданию теории проектирования конструктивных И технологических параметров инструмент ->в, задние поверхности зубьев которых образованы винтовым затылованием.

Нарзду с указанными ограничениями расположения режущих элементов зубьев, при которых обеспечивается реализация винтового затылования, необходимо соблюдать определенное соотношение между размерами зубьев и стружечных канавок, которое йозволяет получить рациональные геометрические параметры реющей части. Это налагает дополнительные условия на проектирование рассматриваемого инструмента.

При винтовом затыловании режущий элемент должен располагаться в пространстве ( рис.3 ), ограниченном следами производящих поверхностей инструмента ьгорого порядка. В результате элемент будет находиться в пространстве, Представленном четырехугольной криволинейной пирамидой. В случае формирования режущих кромок зубьев необходимо обеспечить расположение . передней поверхности в пределах указанной пирамиды.

Учитывая, что режущие зубья начинаются со средних точек соседних рядов элементов, то при нанесении стружечной канавки практически приходится срезать часть зубьев. В противном случае между рядами режущих элементов будут Оставаться несрезанные части, которые могут касаться обрабатываемого профиля. При этом разниц!? между режущей кромкой и несрезанной частью элемента, взятая по нормали к профилю, должна после последней переточки превышать толщину срезаемого слоя - а р

■ А > а р / со§а,

где Д - расстояние между режущей кромкой и несрезанной частью элемента и направлении, перпендикулярном главному движению;

Стружечная канаЬка

Режущий элемент Несрезанная

часть элемента

V/ - ширина сружбчной канавки Рнс.З.Формирование режущих кромок.

Ьвк

.Рис.4. Схема для расчета параметров канавки.

Рис.5. Схема для определения параметров зуба лрогяжки.

о щи - максимальное значение угла давления профиля в пределах несрезан-ной части элемента. Ширина канавки в этом случае должна быть не менее V/ > +1>*1еГ+ УХ*8аь + '8ач) +

где 5 в - расстояние между вершинами зуба и пирамиды; ^ ш о - угол наклона стружечных канавок; у - передний угол;

ц, - толщина слоя металла, снимаемого при переточке; I - предполагаемое число переточек, допускаемое по передней поверхности;

ац я) - углы наклона направляющих задних поверхностей Р'ц ю, Ь - глубина обрабатываемого профиля.

Таким образом, как сам способ винтового затылования, так и тип его реализации налагают существенные ограничения на конструктивные параметры режущих частей инструмента, что требует значительного изменения существующей теории его проектирования.

Создание теории проектирования инструментов, задние поверхности зубьев которых образованы методом винтового затылования, проводилось путем синтеза, то есть постепенного наращивания технологических требований и переходом от простых конструкций к более сложным. Система расчетов позволяет произвести расчеты как конструктивных, так и тсхноло/ ическнх параметров. На основе общих требований инструменты классифицированы как: Я однорядные ( инструменты 2 типа затылования^;

В многорядные без смещения режущих элементов зубьев вдоль оси ( инструменты 1,2,4 типа загылования ); ■ многорядные со смец пшем режущих элементов зубьев вдоль оси ( инструменты 3 типа затылования);

■ червячные фрезы ( штструммль} типа здтыловання );

! ■ инструменты с переменными конструктивными параметрами;

■ инструменты, задние поверхности зубьев которых лежат на единой винтовой поверхности.

Для каждой группы инструмента с учетом их вида (протяжной, фрезерный и т.д. ) разработаны оригинальные расчетные зависимости. В качестве пример» данные зависимости для червячных фрез. ( наиболее сложных по реализации инструментов ) представлены ниже ( рис.1 ), причем В соответствии с пришлой выше системой отсчета или Р сл < 0, или Р ^ < 0 :

1В?-

Р«о =

яй

1 Р^РА+М

^иРсО, + Ч^сЛ

РоТ-РоК

РцК^Т. + Р.ч^

Рей.РаЯ

2Й =

-10 ~ ¿-Я + ,

то ^1-РаК

РсО-РаП ^I

1 =

яё.

2.я + '¿I,

где у то - угол подъема виншвуй линии витка; • Р »2ю - ход винтовой линии витка;

12 - окружной шаг между зубьями на витке;

I - окружной шаг стружечных кацавок;

'¿о-число зубьев на витке. . .

о

Учитывая то, что инструментц с переменными конструктивными параметрами редко используются при обработке меякоразмерных нернодичестак профилей, для получения необходимых расчетных зависимостей дайы основные рекомендации, которые следует использовать пр^ познидеювенни.задач по проектированию подобного инструмента.

1

г

Четвертая глава посвящена прогнозированию уровня точности конструктивных параметров инструментов, достигаемой при винтовом затылованин.

Основой .для выбора типа затылования являются минимальные размеры гтэлучкемых канавок, которые ограничиваются технологическими условиями. Учитывая отличие параметров установки инструментов второго порядка при обработке различных сторон формируемого режущего элемента, независимо от щгда инструмента н способов.его изготовления ( рис.4.) рекомендуются сле-дуздцпэ технологически? параметры канавок:

» минимальный профильный угол а ц r> ¿10° при обработке на резьбошлифо-

вальпых и плоскошлифовальных станках (допускается а ц R) = 3°...10° ); в радиус скруглении вершины инструмента второго порядка р = 0.2...0.3 мм; а расстояние по передней поверхности между следами инструмента второго порядка 8 т= 0.5 мм и более, для станков с ЧПУ 8 т= 0.2... .0.3 мм.

Мииичальпап ¡»iipüim кананки в непрофил>гру:о::кяг тает:-; Ь к mm « 2р t § т г (ige L t i«o R) h lli(r, где h^- технологический запас профили по высоте, зилючающьй погрешнее m изготовления а запас .па Н1ре;оч,ки. Минимально допустимы:'! шаг между зубьями в одной рейке

Р к то. " Ь к Иш + (tß<31.+tgл R) h 1- b ч,

где Ь - высота обрабагьшаемого профиля; ..........

b j - ишршш р«*уи<«о элемента но вершине. Согласно прою»олавениим

данным Рквл- ».5...}.6ны. - .. .

При изготовлении инструмента основными точностными показателями форчя гиу^ут^й k-ромки ( K« ) и ее фактическое'положение ( Кг) относительно номинального

Лк^^сн+Асг-

Основу Акт состав чяет погрешность цшгз ( ЛР Хо) режущих элемецтор, которая образуется вследствие реализации ходов задних винтовых поверхностей

( Pol и Por ) и деления на окружной üjar (U и tR;) при переходе от одной задней поверхности к другой. Расчет погрешности базируется на зависимостях, связывающих функциональные параметры инструмента с условиями их реализации и изложенных ранее:

На основании проведенного в диссертации анализа усгановлены конкретные зависимости, определяющие А Р х 0 для каждого возможного вида инструмента при максимально допустимых параметрах и точности технологического оборудование. Так при изготовлении плоской протяжки с Р ,0 - 1.5 мм, углами направляющих задних поверхностей ащ)« 6°, шахматным расположением, зубьев и tL = tR = 2-9835 мм на станках мод. ЗЕ7ПВФ2 или ВЗ-205ФЗ величина АР хо составляет: >

А Рш = 0.50275А U+0.15765AaL= 0.00548 мм.

Для круговой протяжки с D , = 60Q мм, L р =80 мм, а зц r) = 155 мм, Z ц R) = 50, Р ю = 1.55 мм, <р ц R) =7.2° при шахматном расположении зубьев с использованием такого же оборудования й поворотных столов фирм Honsberg {ФРГ ), Deckel ( ФРГ) или PÖ73Q2-6} 01 величина А Р ю составляет: А Рю = 0.02 А азцад+ 24.669 АфЦК) = 0.0147 Мм.

Для гребенчатых или червячных фрез с модулем m 0 = 1 мм, Z 0 = 6, Z г = 12, Z ,о = 2, Р „1= 31.429656 мм, ZL =5, Р.„д = 44.001518 мм, Z r = 7 при использовании резьбошлифовального оборудования мод. 5821, 582t, 5К821В Величина АР™ составляет:

АР,0 = 0.05 А Рл+ 0.0357А Р«* + 0.0218А<pL + 0.03Q6A<pR = 0.00206 мм.

«г

Для шлнцевой протяжки для обработки треугольных щлицев дйаметром 20 мм, с углом профиля 90е, тагом зубьев t =10 мм «»''челом зубьев Z ю = 36 , Zl = Zr-18 10°, Р со. = Р од = 360 мм величина А Р ш составляет: .

АР,о = 0 <)4362( Афк+Аф!.). f

То есть использование винтового затылования обеспечивает снижение погрешности шага расположения режущих элементов.

Погрешность профиля режущих, кромок в большой мере зависит от точности заправки затыловочного шлифовального круга. Согласно опыту предприятий региона эта величина лежит в пределах Д1 = 0.001...0.002 мм для профилей с прямолинейной образующей и в пределах Д| = 0.02 мм для фасонных Профилей. Погрешности обработки, связшише с погрешностями установочных параметров и условиями обработки винтовых поверхностей, как показывают расчеты, могут быть компенсированы за счет коррекции профиля шлифовальных кругов в процессе правки. Данную коррекцию проводят по результатам предварительной обработки изделия или детали-свидетеля. При обработке инструментов с производящей поверхностью, допускающей движение « самой по себе », удается достигнуть точности профиляЧре-,:сутшпс кромок в пределах 0.002...0.004 мм. Однако при изготовлении конических фрез или круговых протяжек данная погрешность резко возрастает л требует оценки в каждом конкретном случае.

Основным недостатком винтового затылования является снижение числа переточек инструментов по передней поверхности. В случае, когда углы давления Профиля обрабатываемого изделия о ь и о и постоянные (прямолинейные, режущие кромки ) или незначительно плавно изменяются вдоль режущих кромок; погрешность профиля после переточки практически отсутствует. Значи тельная трансформация углов а ^ и ст я приводит к искажению профиля инструмента, сзвзапног.ту с ко.чеб;»?й«м толщины и высоты зуба. Если

,, , ^ гАВ,

■ ЧЕ»ёацк)-(Ь1-11)1ЕацК)тт> I —-I.

го переточка по1 (средней поверхности технически невозможна,

где ЛВ-допускаемое колебание толщины зуба;

Ь т - высота ( технологическая ) режущего элемента. В этом случае рекомендуется осуществлять переточку по задней поверхности.

Хотя это более трудоемкая операция, однако общее число переточек увеличивается и при соответствующей организации труда эксплуатационные расходы практически не возрастают. •• '

Винтовое затылование предназначено дня формообразования инструмента повышенной точности, поэтому окончательная обработка производится с применением Шлифовальных операций. Расчеты показывают, что деже значительное изменение диаметра шлифовального круга, связанное с его частой правкой, практически не влияет на точность затЫлуемого инструмента.

Пятая глава посвящена рассмотрегно особенностей проектирования плоских протяжек для обработки мелкоразмерных периодических профилей.

Установлена возможность формирования практически любой схемы срезания припуска. Учитывается, что при обработке фасонных несимметричных профилей возникает неравномерное распределение припуска, срезаемого с разных сторон профиля. Для создания необходимых условий выравнивания толщин срезаемых слоев определена форма вершины режущего зуба протяжки при произвольно обрабатываемом Профиле ( рис.5 ). Задний угол при вершине Ьсв и угол направления вершины зуба т определятся по зависимостям

Рекомендуется выравнивание толщин срезаемых слоев проводить за счет кор-. рекции углов а ц или параметров установки протяжки при заточке на вели-

а - д¥

чину Да„-—

Лр1

где Ъ р - число зубьев протяжки на режущей части; ■

ДУ - разница между фактическим расположением линии вершин зубьев и медианой профиля. Наиболееперспективным является использование рассматриваемых протяжек для обработки зубьев слесарных напильников. Учитывая малые размеры шага зубьев, предлагается раздельная обработка профиля зубьев напильника за

счет смещения режущих элементов на разных зубьях протяжки перпендикулярно направлению движения резания. Это достаточно легко реализуется при винтовом загыловании. Рассмотрены возможности использования протяжек цельной и сборной конструкции, представлен один из конструктивных вариантов сборной протяжки, а также определены основные размеры'зубьев с учетом используемого способа затылования.

Установлено, что при обработке длинных, но малых по ширине поверхностей типа напильников рационально использовать генераторную схему срезания припуска. Это позволяет допоннительно базировать заготовку по зубьям протяжки. Рекомендуется, чтобы протяжка имела плоскую базирующую поверхность, расположенную ниже глубины обрабатываемою профиля на величину запаса снимаемого припуска, режущую й опорную части. Причем, опорная поверхность выполнена в виде деформирующей секции с формой опорных элементов, которая соответствует форме режущих зубьев без нанесения стружечных канавок. Такие протяжки для нескольких !>шоа нщеляй были спр.ек-тированы, изготовлены и прошли промышленные испытания.

Для определения ошимальной схемы срезания припуска, числа рабочих зубьев и эксплуатационных характеристик протяжки были проведены экспериментальные исследования, позволившие установить взаимосвязь между режимами резания, составляющими силы резания и периодом стойкости зубьев протяжки. Результаты.экспериментов после необходимой обработки представлены следующими зависимостями:

• Рх"= 168 V:*" в^4 Кий ру' - 112 У0,8г.011КрУ;

Рг' -452У0,8г 0 58 К12, 'Т = 48

1 у°-"ХЭ52'

где К рх. К ру, К. - поправочные коэффициенты, учитьтапщие условия эксплуатации, значения которых совпадают с.рекомендациями литер турных ие точников по протягиванию.

/ .

Обработе-шая парт;,- напильников с тагом Р = 0.5 мм прошла испытания и показала следующие результаты: величина заднего угла а находилась в пределах 28°...32°, величина переднего угла - в пределах -8°... -12°, вершины зубьев не имели ни «смятий», ни «завалов». Глубина канавки была стабильйой 0.25...0.3 мм, колебание по вершинам зубьев относительно друг друга находилось в пределах 0.02...0.03 мм. Результаты испытаний показали большую перспективность использования протяжек подобной конструкции.

Шестая глава посвящена доказательству возможности использования винтового затылования при производстве червячных фрез.

Винтовое затыдование характеризуется повышенным окружным шагом между зубьями, а также их расположением в « шахматном » порядке. Это снижает в 2 раза число зубьев на витке, а следовательно и число резов, формирующих профиль изделия.

Для угверждения возможности формирования зубьев червячных фрез винтовым загылованием необходимо доказать, что связанное, с ним уменьшение числа зубьев на витке не приведет к значительному повышению огранки обрабатываемого профиля и впадины между зубьями, а также не вызовет значительного изменения динамических харакгеристик процесса фрезерования.

Учитывая, чю червячными фрезами .могут формироваться изделия с различной фирмой элементов, для расчега огранки произвольного профиля, получаемой при обработке, была разработана методика и расчетная программа. Она позволяет на основе решения приведенного циже уравнения определить ноляр-

■ о

ные координаты ( г, ft, ) точек касания обрабатываемого номинального профиля зубьями фрезы

г oos£, = г w cos ( ф N + й + ^ ). где г'» - радиус начальной окружности;

t> ■ ■

фи" Фi.ux - А ф ( W 1 ) - угол поворота изделия при N - ом резе.

Переведя описание нрофипя зуба в Соответствующую каждому резу ciic-JCM> координат '

Г Х = (Хр » гш)созфк-(гр-г*Фм)5тфы , I У = (Хр (гр-гя,<Ри)со8ф№

можно математически совместить последующий и предыдущий резы и по точке

их пересечения определить получаемую погрешность профиля. Расчеты показывают, что червячной фрезе с вшпопым затыловяиием достаточно иметь число зубьев 2 % меньше 13...15, если при обработке мелкоразмерных изделий величина огранки составляет I... 1/3 от допускаемой погрешности профиля./}

Огранка впадины определялась визуально по профилю,, найденному методом сканирования в пределах одного шага, Шаги сканирования: 0.02 мл« в радиальном направлении и 0.002 мм по дуге окружности. Данная операция позволила установить, что оптимальное число зубьев фрезы также должно находиться в указанных выше пределах.

Для установления динамических характеристик процесса обработки площади срезаемых слоев определялись также методом сканирования. Шаг сканирования но дуге окружности 0.001 мм. Процесс трудоемок ( до 15 мин. на 1 вариант расчета ), но точность решения находится в пределах 0.3%. Учитывая незначительный объем информации особенно для обработки мелкоразмерных изделий, соотношение между окружной составляющей силы резания и площадью срезаемого слоя определялось по зависимости

Р2-таЬ[с<8р+18(й+р)1,. где х - предельное напряжение сдвига;

оэ + Р = 46° для конструкционных сталей с содержанием С 0.15...0.5%; угол сдвига р = 50 - 0.8 ( р. - у);

а и Ь - толщина и ширина срезаемого слоя ( аЬ - площадь срезаемого слоя ) Расчет площадей срезаемых слоев и значений Р г проводился для момента профилирования при радиальном врезании и работе с осевой подачей. Полученные значения Р г сравнивались с рассчитанными при тех же условиях для фрез классов точности АЛ и ААА по Г ОСТ 10331-81 и ГОСТ9324-80. Анализ позволил установить, что по величине и характеру изменения силы Р г червич-

ные фрезы с шиповым затылованисм могут соответствовать фрезам класса АА при гг-13... 19.

Расчет осевых усилий позволил рекомендовать для применения при обработке мелкоразмерных профилей сборные, клеенные конструкции.

Для практической оценки результатов были изготовлены образцы фрез для нарезания зубчатых колес с модулем ш = 0.3...0.5 мм и шлицеввго вала с треугольным профилем шлицев. Контроль конструктивных параметров фрез показал, чю их можно отнести к классам АА, А и В по ГОСТ9324-80 и к классу А но ГОСТ8027-87.

Фрс4Ы (кл. А и В) прошли промышленное испытание при нарезании зубчатых колес ш = 0.3мм, 7, = 28 и ш = 0.5мм, Ъ = 50 на станке "НАМАУН-102с".

Контроль зубчатых колес проводился на микроскопе УИМ -21. Деталь крепилась неподвижно на столе микроскопа и визуально определялись координаты оси посадочного отверстия и 9... 10 точек профиля с каждой стороны шести произвольно ьзятых зубьев. Полученные результаты обрабатывались по специально разработанной программе для определения погрешностей шага и профиля. Установлено, что точность колес находится в пределах 7...8 и 8...9 квали-тетов по нормам плавности. Это полностью соответствует ранее установленной точности фрез.

Седьмая глава. Наиболее широкое распространение винтовое затылова-ннс получило при изготовлении гребенчатых фрез. .

Одним из широко распространенных видов данных фрез являются резьбовые, Однониточные резьбовые фрезы рекомендуется подвергать винтовому затылованию только при высоких требованиях но их точности, например при изготовлении плоских накатных плашек для винтов-саморезов. Наиболее легко изготавливаются инструменты для фрезерования наружной резьбы, исполь-»ующис 1 или 3 тин затыловання. Внутренняя резьба налагает ограничения на конструктивные параметры инструмента. Так

Оф 2аг0.5...2мм, где с11 - внутренний диаметр резьбы, а

7 - Р(0Ф ~ЬМа]

РсОЗО,(о<

где [а] - допускаемое значение заднего угла в сечении, нормальном к режущей кромке;

Ь - высота профиля резьбы; . .

Поэтому не рекомендуется применение резьбовых фрез при с! !< 8 мм. При этом число их зубьев Ъ г должно быть четным. Для винтового загылования не имеет существенного различия формирование задних поверхностен зубьев фрез с прямой или винтовой передней прверхностью. Ввиду снятия ограничений по размерам затыловочного круга наиболее эффективно затылуюгея фрезы с твердосплавной режущей частью. Не рекомендуется использовать винтовое заплло-вание для профилирования фрез, обрабгтлваюнщх конические резьбы с углом образующей конуса более 5 Наиболее рациональные геометрические нра-мегры имеют фрезы для обработки резьб с уменьшенным шагом. Образцы р..1 личных фрез были изготовлены нпоошлн промышленные испытания.

Следует учитывать, что винтовая передняя поверхность зубьев фрез, а также наличие переднего утла ведут к искажению профиля ннарумеши. Расчет необходимой коррекции профиля можпо произвести но приведенной в диссертации упрошенной методике.

При обработке рифлений о малыми шагами применяю гея фреш 3 тина затылования, с винтовой передней поверхностью, которая рекомендуется при ширине обработки' более 50 мм. Конструктивные параметры данных фрез можно определить, используя зависимое!я

к-гг/2«,' гЦП)а(Ь), Г) • а цоаа1-(я) р . _____

где а и Ь - целые числа, некрашые множители чисел заходов задних втпиовын

по&СрХНОСТСЙ '¿I !1 ¿я ( К = а + Ь). Образцы фрез были изготовлены и прошли промышленные испытания.

Наиболее рационально использование фрез с винтовым затылованнем при обработке изделий большой протяженности, например зубьев напильников нли ножовочных полотей. Возможно изготовление цельных, сборных и секционных фрез с использованием винтового и смешанного зашлования, когда одна сторона профиля зубьев формируется с помощью радиального, а другая - винтовою затьиювания. При этом во всех случаях используется принцип раздельной обработки периодических профилей. Как показали результаты изготовления и эксплуатации подобных фрез, погрешность шага обработанных поверхностей не превысила 0.05 мм, а колебание вершин выступов находилось в пределах 0.05...0.07 мм.

При использовании инструментов с винтовым затылованнем уменьшение числа режущих Элементов в одном торцовом сечении, связанное с раздельной схемой обработки, должно привести к потере производительности за счет енн-ження минутной подачи 8 м- Величина Км определяется: допускаемой величиной нофешносз и обрабатываемой поверхности Д /, удельной нагрузкой ( предельной толщиной срезаемой слоя - а р ), максимальным значением силы резания I' ъ г.шг равномерностью процесса фрезерования. Расчеты покатываю:, что допускаемое значение Д/соответствует значительной в м- При этом ар'на много меньше ее предельно допускаемой величины. Ограничение 8 м определяется но величине Р г „щ*. Уменьшение числа режущих элементов на одном зубе в 2...4 раза, связанное с раздельной схемой обработки и возможностями реализации винтового зашлования, приводит к снижению Ргтах- Это дает возможность повысить нагрузку на единичный режущий элемент за счет увеличения Таким образом удается поддерживать такую же производительность, как и у « полно-, профильного» инструмента.

Роскная глова В главе рассматривается возможность расширения .£лас-

ih применения вшггового затыловаштя. Наиболее перспективным является нанесение стружкоразделительных канавок методом винтового затылования ввиду технологической простоты реализации. Однако указанные выше ограничения по шагу обрабатываемых мелкоразмерных периодических профилей тре бугот установления оптимальных значений шагов Рктт стружкоразделтельных канавок, обеспечивающих снижение динамичеситх показателей процесса обработки. Для этого были Проведены экспериментальные исследования, в основу которых положено измерение силы резагаш п се дтюмтеской составляющей при фрезеровании. Измерения проводились на экспериментальной установке, собранной на базе станка 6T83III-29 с применением комплекта вибронзмери-тельной аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» (Дания). Обработка результатов экспериментов позволила установить взаимосвязь между Р кот и диаметром фрезы D ф • .

* Копт " 2.85-^.

при которой наблгодаетей максимальное ( 3°...50*?о ) снижение силт.т ре^нм.ч ( рис.6 ), ее динамической составляющей, а также их спектральной плотное ж. Однако значения Р Копт не могут быть достигнуты при винтовом затылопании из-за больших величин задних углов. Реально могут быть достигнуты такие шаги канавок Р к. при которых динамические характеристики снижаются на 25...30%. Однако принято решение рекомендовать винтовое затылование способ нанесения стружкоразделительных канавок ввиду его технологическом простоты. Что обеспечит минимальные суммарные затраты на изготовление н эксплуатацию -инструмента.

Нанесении стружкоразделительных канавок на обдирочных фрезах при

«

формированитт конструктивной подачи за счет их осевого смещения требует гораздо меньших значений Р к- Как показали экспериментальные исследования ; процесса фрезерования ( рис.7.), в рассматриваемом случае величина Р к практически не влияет на" кчтснсипнОсть снижения его динамических характеристик. Многие зарубежные фирмы ( например Fctlc Tool System Inc ) рекоменду-

-1-г

10.5 12.5"

0 5

Рис.6. График зависимоста нормированных значений силы резания от шага (лружкоделтелышх канавок, выполненных на коуцевых фрезах диаметром 1 - диаметром 14 мм ; 2 - диаметром 20 мм ; 3 - диаметром 40 мм .

Р,л -р «

* 7. Т

' 4 .

1) = 0.3 мм —п» ' г / 1 ' /"-..... ь = з

Ь - .1 мм "-у /

Ь = 1.5 мм \ 1 ■ " - ..... г ж ¿Г' ' * — Ь - 2 мм

¿0 к Ь = 0.6 мм

а мм

.0.1 0.2 0.3 0.4

Рис/7. Изменение силы Р.. при фрезеровании и зависимости от размеров срезаемого слоя (а- толщина и Ь - ширина).

ют Рк = 6...12 мм, что полностью может быть реализовано вишовым загылова-нием.

Фрезы со стружкоразделительнымн канавками и конструктивной подачей были изготовлены и прошли промышленные испытания.

Аналитические исследования позволили установить возможность расположения задних поверхностей всех режущих элементов на одной винтовой поверхности. Это характерно для однорядных, односторонних или инструментов незначительной толщины ж ножовочных полотен. При параллельном расположении направляющих передней и задней поверкносчи, становится возможным обрабатывать эта поверхности одновременно одним червячным инструментом. На основании этого был разработан способ шлифования зубьев ножовочных полотен ( патент РФ №2089357 ). Шлифованию, как конечной операции, подвергаются закаленные и прошедшие «разводку» заготовки. Для раздельной обработки профилей зубьев шлифовяние осуществляется двумя соос-ными кругами, используемыми при резьбошлифовании. На периферийной поверхности кругов нанесена винтовая производящая поверхность с профилем, соответствующим профилю впадины между" зубьями полоша. Шаг винтовой поверхности Рк - 2 Рхо. В осевом направлении круги смещены относительно друг друга на Рх0. Учитывая малую поперечную жесткость полотен, для обеспечения замкнутого цикла обработки они крепятся в деформированном сосгоя-нии к боковой поверхности круглого напоротого стола, который вращается синхронно о шлифовальными кругами. Как показали расчеты, возникающие

при этом погрешности расположения передней поверхности и направления ре* 1

жущих кромок мо»уг быть сведены к минимуму выбором рациональных нара-ме1ров установки инструмента. Погрешности, которые невозможно исключить, располагаются через зуб. имеют различное, но равное по величине направление •и полностью компенсируют друг друга.

Для реализации данного способа была изготовлена опытно - промышленная установка, на которой обработана экспериментальная партия полотен. Кон-

троль полотен показал их нодцое соответствие требованиям ГОСТ6645-86.

В диссертации рассмотрен вопрос возможности использования винтового затылования при формировании рабочих элементов накатников для накатывания мелкоразмерцых периодических профилей. Однако данный вопрос требует дополнительных исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате исследований, проведенных в диссертации, осуществлено решение важной научно - технической проблемы создания теории проектирования и технологии изготовления мцогозубых инструментов повышенной точности для обработки мелкоразмерных периодических профилей, задние поверхности зубьев которых получены с использованием винтового затылования. Это позволило разработать гамму перспективных конструкций инструментов, теоретически и практически обосновать, все их параметры. Построение теории проектирования инструментов для обработки мелкоразмерных периодических профилей выполнено на единой методологической и математической основе, а также результатах экспериментальных исследований н опыта практической реализации.

2. На основе проведенного анализа точности тоновых операций изготовления элементов Многозубых инструментов и оценки наиболее рациональных путей повышения их качества с учетом минимальных дополнительных затрат установлено, что при изготовлении инструмента для обработки изделий, содержащих мелкоразмерные периодические профили, наиболее перспективно использование винтовою затылования, позволяющею сокрагить количество формообразующих движений, при использовании серийно выпускаемого оборудования.

3 .Учитывая практически полное отсутствие научно-техниЧЕСКой информации о применении винтового затылования, определены основные виды инструмент о», для которых оно рационально, о также основные схемы реализация

данного метода затылования;

4. Разработана теория проектирования конструктивных элементов инструментов с винтовым затылованием и технологических приемов их изготовления, основу которой составляют параметры обрабатываемых изделий, вид и параметры принятых и не груменша;

5. Результаты теоретических и практических исследований позволили установить условия рационального применения винтового затылования. При этом основным ограничением является погрешность шага стружечных канавок, а также практическое отсутствие оборудования, обладающего необходимым числом степеней свободы;

6. На основе разработанной системы оттенки конкретных видов инструмента

' проведено прогнозирование точности, достигаемой при его изготовлении и

определена степень влияния на нее составляющих параметров;

7. Установлены рациональные схемы срезания припуска при использовании инструментов с винтовым затылованием. На основе проведенного анализа даются рекомендации по их эффективному использованию;

8. В процессе сравнения червячных инструментов с винтовым затылованием со стандартными червячными фрезами установлена возможность получения

' конструктивных параметров, обеспечивают!« необходимую точность профиля изделий! В связи с этим разработаны методики оценки размеров' срс-

. заемых слоев, силовых характеристик и параметров оптического контроля изделий; .

9. На основе качественного анализа установлено, что винтовое затыловянне можно использовать при изготовлении инструментов со сфужкораздели-тельными кагзвками и конструктивной подачей, а также малых по ширине инструментов типа ножовочных полотен и накатных инструментов.. Разработаны практические рекометщании по их изготовлению; 4 :

10. Большая группа инструментов с винтовым затылованием прошла проммт-. ленные,испытания на ряде машинооiрои тельных предприятий, чю докаш-

вает рациональность и перспективность его использования, а также дальнейшею развития.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. ГГротасьев В.Б., Ушаков. М.13., Ушакова И.В. Технологические особенности изготовления червячных фрез с винтовым затылованием.// Пути повышения стойкости и надежности режущих и штамповых инструментов / Тез. докладов всесогозн. конф. - Николаев, 1990. С. 12.

2. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Ушакова И.В. Проектирование инструментов, допускающих осевое сквозное затылование // ТулПИ. Тула, 1990. -33 с. -Деп. во ВНИИТЕМР 05.07.90, № 139-мш 90.

3. Протасьев В.Б., Ушаков Млу, Ушакова И.В. Возможность повышения точност и червячных мелкоразмерных фрез // Повышение надежности и долговечности выпускаемой продукции технологическими методами в машиностроении / Материалы межрегион, семинара. - Орел, 1991. С. 88 - 91.

4. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Ушакова И.В. Фрезы с конструктивной подачей // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием: Сб. науч. тр. / ТулПИ. - Тула, 1991. С. 5 -11.

5. Ушакова И.В., Ушаков М.В. Анализ точности профиля зубьев червячных фрез, получаемых методом винтового затыловшшя // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием: Сб. научи. 1р. / ТулГТУ, Тула, 1992. С. 5 - 9.

6. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Псртовский И.Л. Технология формирования зубьев ножовочных полотен методом шлифования // Автоматиз. станоч. системы и роботизация пр-ва. - Тула, 1993. С. 92 - 94.

7. Ушакова И.В., Ушаког М.В. Определение числа переточек мелкопрофильного инструмента с винтовым затылованием /У Исслед. в области инструм. пр-ва и обраб. металлов резанием. - 'Гула, 1993. С. 14 -17.

8. Протасьев В В., Соловьев С И., Ушаков М.В. Конические резьбовые фрезы с винтовым затылованием задних поверхностей // Ресурсосберегающая технология машиностроения / Материалы международ, науч.- нракгчч. конф. РТМ-94. Москва, 1994. С. 236 - 239.

9. Прогасьев В.Б., Ушаков М.В., Мосин А.В. Точностной анализ профиля зубьев, полученных методом винтового зашлования И Технология мех. обраб и сборки..-Тула, 1994. С. 42 - 47.10. Протасьсв В.Б., Ушаков М.В., Мосин А.В. Изготовление ножовочных

слесарных полотен с использованием операций фрезерования зубьев // Ресурсосберегающая технология машиностроения / Материалы международ, науч,-практич. конф. РТМ-94. - Москва, 1994. С: 250 - 254.

11. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Мосин А.В. Технологические ограничения поля конструктивных параметров, рекомендуемых при создании САПР металлорежущего инструмента // Исслед. в области инсфум. производства и обраб. металлов резанием. - Тула, 1994. С. 3 - 11.

12. Ушаков М.В., Мосин А.В. Прогрессивные конструкции ннструмешов, изготовленных по методу винтового зашлования // Ресурсосберегающая технология машиностроения / Материалы международ, науч.- пракшч. конф. РТМ-94. Москва, 1994. С. 229-231.

13. Ушаков М.В.', Чижов А.Б., Шадский Д.В. Особенности изготовления мелкомодульных червячных фрез с клеенными режушими элементами// Технология мех. обраб. и сборки. - Тула, 1994. С. 95 -100.

14. Васин Л А., Ушаков М.В., Городничев C.B. Влияние стружкораздели-1ельных канавок на периферийных режущих кромках концевой фрезы на уровень вибраций подсистемы заготовки // ТулГУ. - Тула, 1995. -6 с. - Дец. в ВИНИТИ 12.10.95, № 1516-В96. "

15. Васин Л.А., Ушаков М.В., Городничев C.B. Модель .нлы резания при фрезеровании плоскости концевыми фрезами // 'ГулГУ. - Тула, 1995. -6 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.10.95, Ks 1515-В96.

16. Протасьев В.Б., Соловьев С.И., Ушаков М.В. Возможность использования винтового затылования при профилировании фрез для нарезания внутренних резьб // Ресурсосберегающая технология машиностроения /-МГААТМ, Москва, 1995. С. 125 -129.

17. Протасьев В.Б., Соловьев С.И„ Ушаков М.В. Твердосплавные червячные фрезы для обработки мелкомодульных зубчатых колес и шлицев// Ресурсосберегающая технология маНгиностроения/МГААТМ, Москва, 1995.С.117-119

18. Ушаков М.В. Рекомендации по использованию инструметпов с вин-ювым затылованием // Проблемы теории проектирования и производства инструмента /Тез. докладов Всероссийского совещания. ТулГУ. -Тула, 1995.С.45-46.

19. Ушаков М.В., Герасимов A.B., Ушакова И.В. Особенности проектирования червячных фрез с винтовым затылованием для нарезания треугольных шлицев// Режущие инструм. и метролог, аспекты их пр-ва.-Тула,1995. С.47 - 50.

20. Ушакоь М.В., Городничев C.B. Экспериментальная установка для определения собственных частот колебаний элементов технологической системы при фрезеровании // Режущие инструм. и метролог, аспекты пр-ва. - Тула, 1995. С. 118-120.

21. Ушаков М.В., Городничев C.B. Экспериментальная установка для измерения статической и динамической составляющей силы резания при фрезеровании // Технология мех. обраб. и сборки. - Тула, 1995. С. 164 -167.

22. Ушаков М.В., Грибов Н.В., Гучек Н.Е. Расчет профиля червячного шлифовального круга при обработке торцовых зубьев // Режущие инструм. и метролог, аспекты пр-ва.-Тула, 1995. С. 50-54. .

23. Ушаков М.В., Михайлов A.B. Особенности обработки мелких торцовых рифлений // Технология мех. обраб. и сборки. - Тула, 1995. С. 168 -169.

24. Васин Л.А., Ушаков М.В., Городничев C.B. Определение закона изменения "динамической компоненты силы резания при фрезеровании концевыми фрезами и применение его в задачах моделирования динамики инструмента ,7 Информационные технологии в моделировании и управлении: Тез.докладов

международ, науч.-техн. конф. - С.-Петербург* 1996. С. 48 - 50.

25. Васин С.А., Ушаков М.В., Моисеев Е.Е. Определение взаимосвязи между конструктивными параметрами на режущей кромке фрезы и физическими элементами процесса резания// Технология мех. обраб. и сборки.- Гула, 1996. С. 125 - 128.

26. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Герасимов A.B. Погрешности профиля червячного инструмента// Техногсогия мех.обраб. и сборки.-Тула, 1996.С. 22-25.

27. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Грибов Н.В. Оценка стойкости шлифовального круга при шлифовании зубьев слесарных ножовочных полотен «по-целому» И Режущие инструм. и метрож» . -нееты производства.- Тула, 1996. С. 45-48.

28. Протасьев В.Б., Ушаков М.В., Грибов Н.В. Прогрессивная технология изготовления ножовочных полотен для ручных ножовок // Вопросы совершенствования технологических процессов механический обработки и сборки изделий машиностроения / Тез. докладов международ, науч.- техн. конф. - Тула, 1996. С. 40.

29. Ушаков М.В., Герасимов A.B. Возможности получения инструмента с винтовыми задними поверхностями // Режущие инструм. и метролог, аспекты пр-тва. - Тула, 1996. С. 43 - 48.

30. Ушаков М.В., Герасимоп A.B. Технологические особенности изготовления мелкоразмерных червячных фрез // Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения / Тез. докладов международ, науч.- техн. конф. - Тула. I9W. С. 88.

31. Ушаков М.В., Герасимов A.B. Возможности проектирования инструмента с винтовыми задними поверхностями // Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инсфументов / Тез. докладов международ, юбилейной науч.- техн. конф. / Россия, Тула, 1997. С. 112.

32. Ушаков М.В., Грибов.Н.В. Правка шлифовального круга с винтовой производящей поверхностью при непрерывной обработке зубьев ножовочных

полотен // Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов / Тез.докладов международ.юбилейно^ иауч.-техн. конф. / Россия, Тула, ТулГУ, 1997. С. 113.

33. Ушаков М.В., Илюхин С.Ю., Герасимов А.В. Перспективы использования многоуровневых диапюстических систем // Совместная сессия и выставка ярмарка перспективных технологий / Тез. докладов / Россия, Тула, Адм. Тульской области, Акад.инженер.наук, 1997. С. 131.

34. Ушаков М.В., Симаикин Ф А. Испытания твердосплавных резьбовых фрез II Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов / Тез. докладов международ, юбилейной науч.- техн. Конф. / Россия, Тула, ТулГУ, 1997. С. 117.

35. Ушаков М В-, Хлудов С.Я., Татаринов ВЦ- Особенности обработки зубчатых профилей малых размеров II Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов / Тез.докладов международ. юбилейной иауч - техн. конф. / Россия, Тула, ТулГУ, 1997. С. 120:

36. А с. 1386427 СССР, ЩИ3 В23П 63/08. Устройство Для шлифования винтовых поверхностен / В.Б.Протасьев, М.В.Ушаков и др. (СССР). - 4 о.: ил.

37. А с. 1569121 СССР, МКИ3 В .23 р 21/16. Червячная фреза / В Б.Протасьев, М.В.Ушаков и др. (СССР ). -3 е.: ил.

38. Патент РФ №2089357. Способ щлифорация зубьев ножовочных полотен/ В.Б.Протасьев, М.В.Ушаков, Н.В.Грибов, А,А.Щипаров (Россия).- 4 е.: ид.

Иидшющо а печать ¿а. > % Форсит бумаги 60хМ 1/1«. Румцга типографская ^ ? ОфС1Тн»«11сч«п.. Ус«.иеч.л. ¿,1 .Ус4.К|М>тт. Л, •$ .Уч. над. л. ' '-'Л, "'".[ Тираж •.'■«•" )Ю. Заказ С -/ э" . '

Тульским государственные университет. 300600, г. Тула, ир. Ленииа, 92. Редакциинио- мадатьский центр Тульс^оц» Государственною университета. 300600.1. Тула, ул. Бмиша, 151

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

и_, МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ .-V «СТАНКИН»

На правах рукописи УДК 621.9

Маслов Андрей Руффович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ

СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки,

станки и инструмент.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1998 г.

•х) 5 3 /7 9 з '/

. идиум ВАК России

л ученую степень ДОКТОРА ,

На правах рукописи

________наук

ьник управления ВАК России

УШАКОВ

ТЕОРИЯ РАСЧЕТА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ВИНТОВЫМ ЗАТЫЛОВАНИЕМ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ С МЕЛКОРАЗМЕРНЫМ ПЕРИОДИЧЕСКИМ

ПРОФИЛЕМ

Специальность 05.03.01 « Процессы механической и физико -технической обработки, станки и инструмент »

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Васин Л.А.

Тула-1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................. 6

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ МЕЛКОРАЗМЕРНЫЕ

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ............................. 10

1.1. Основные требования по качеству изготовления, предъявляемые к изделиям, содержащим мелкоразмерные периодические профили................................................. 10

1.2. Рекомендации по выбору способа обработки и использованию инструмента при формировании изделий с мелкоразмерными периодическими элементами профиля....................... 21

1.3. Анализ погрешностей обработки и технологические пути повышения точности металлорежущего инструмента.............. 27

Цели и задачи исследований................................ 52

2. ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЗАДНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗУБЬЕВ . 54 2.1. Математическое обоснование возможностей применения винтового затылования для инструментов, обрабатывающих периоди-

ческие профили........................................ 54

2.2. Возможности использования винтового затылования при изготовлении металлорежущего инструмента................... 65

2.3. Технологические ограничения по использованию инструментов с винтовым затылованием............................ 70

2.4. Анализ трудоемкости операции винтового затылования при изготовлении инструмента для обработки мелкоразмерных периодических профилей ........................................76

Выводы и рекомендации................................... 83

3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ВИНТОВЫМ ЗАТЫЛОВАНИЕМ И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ИХ

КОНСТРУКТИВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ...................... 84

3.1. Условия профилирования рабочих элементов у различных конструкций инструментов.................................... 85

3.2. Однорядные инструменты................................ 93

3.3. Многорядные инструменты без смещения зубьев вдоль оси..... 99

3.4. Многорядные инструменты со смещением зубьев вдоль оси.....107

3.5. Инструменты с винтовой производящей поверхностью......... 114

3.6. Инструменты с производящей поверхностью, имеющей переменные параметры..........................................123

3.7. Инструменты с задними поверхностями зубьев, расположенными на « единой » многозаходной винтовой поверхности........125

Выводы и рекомендации...................................128

4. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ВЫПОЛНЕНИЯ

ОПЕРАЦИИ ВИНТОВОГО ЗАТЫЛОВАНИЯ.................... 131

4.1.Технологические ограничения, связанные с винтовым затыловани-ем.....................................................131

4.2. Оценка точности шага периодического профиля при изготовлении инструментов с винтовым затылованием.....................139

4.3. Оценка возникающих погрешностей профиля..................148

4.4. Оценочные функции, используемые при определении параметров инструментов и технологии их изготовления..................164

4.5. Погрешности инструмента, возникающие при переточке........170

Выводы и рекомендации................................... 177

5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОСКИХ ПРОТЯЖЕК ДЛЯ ОБРАБОТКИ РИФЛЕНИЙ.........................................181

5.1. Формирование схемы снятия припуска у протяжек с рядно - параллельными задними поверхностями......................... 182

5.2. Анализ возможности использования протяжек с винтовым заты-лованием задних поверхностей.............................190

5.3. Исследование особенностей применения протяжек при обработке зубьев опиловочного инструмента..........................199

5.4. Расчет и изготовление протяжек с рядно - параллельными задними поверхностями ......................................211

5.4.1. Принцип построения общего алгоритма.................211

5.4.2. Изготовление и испытание образцов протяжек...........215

5.4.3. Экспериментальные результаты получения зубьев напильников методом протягивания.........................220

Выводы и рекомендации....................................223

6. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ С ВИНТОВЫМ ЗАТЫЛОВАНИЕМ.....................................227

6.1. Возможности использования винтового затылования для изготовления мелкомодульных червячных фрез......................227

6.2. Анализ конструкций червячных фрез с винтовым затылованием .253

6.3. Технологические особенности изготовления червячных фрез .... 261

6.4. Результаты контроля параметров изготовления червячных фрез . .266

6.5. Контроль обработанных межоразмерных изделий.............273

Выводы и рекомендации....................................284

7. КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ.......................................286

7.1. Инструменты для обработки наружной резьбы фрезерованием . . .286

7.2. Инструменты для обработки внутренних резьб ................293

7.3. Фрезы для обработки рифлений............................305

7.4. Фрезы для обработки мелкозубого металлорежущего инструмента 315

7.5. Особенности работы гребенчатых фрез при изготовлении мелкоразмерных периодических профилей........................326

Выводы и рекомендации....................................334

8. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИНТОВОГО ЗАТЫЛОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИНСТРУМЕНТОВ..........336

8.1. Обработка стружкоразделительных канавок..................336

8.2. Особенности изготовления фрез с конструктивной подачей.....353

8.3. Инструменты с единой винтовой задней поверхностью.........369

8.4. Условия изготовления накатных инструментов методом винтового затылования..........................................388

Выводы и рекомендации...................................397

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................398

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................400

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...................401

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных направлений развития инструментального производства в настоящее время является повышение качества производимого инструмента, что в значительной мере реализуется за счет повышения точности его параметров.

Учитывая уровень развития мировой инструментальной промышленности, можно предположить, что создание конкурентоспособного инструмента и соответствующих ему производств должно опираться на новые конструкции и технологии, являющиеся прогрессивными по отношению к существующим.

Наряду с общими принципами, используемыми при проектировании и производстве, инструмент должен в полной мере отвечать дополнительным требованиям, которые обеспечивают в процессе эксплуатации получение изделий заданной точности и качества. Обычно обрабатываемые изделия или поверхности объединяются в группы на основе общих признаков, которыми являются: габаритные размеры, точность исполнения, сложность формы и т.д., для которых используются типовые технологии, являющиеся основой для разработки дополнительных требований к инструменту.

Одну из таких групп составляют изделия с периодически повторяющимися мелкоразмерными элементами профиля.

Мелкоразмерными элементами профиля считают такие конструктивные элементы деталей, размеры которых часто соизмеримы с величиной допуска на их изготовление и обработка которых имеет значительные отличия по отношению к методам, приемам обработки и инструментам, используемым в общем машиностроении. К периодическим профилям можно отнести изделия, у которых один или несколько элементов повторяются с постоянным шагом. К мелкоразмерным периодическим профилям обычно относят такие изделия, шаг периодов которых не превышает 3...4 мм. Это рифления и подобные поверхности, резьбы и кольцевые канавки, зубчатые колеса и шлицевые валы, многозубые

инструменты и т.п. - изделия, довольно широко используемые во всех отраслях промышленности.

Особенностью данных изделий является значительное количество периодических элементов в пределах заданных конструктивных размеров и, как следствие, экономическая целесообразность их выполнения в пределах 1...2 рабочих ходов. Это требует при изготовлении применения сложного фасонного инструмента типа гребенчатых и червячных фрез или протяжек, обладающих высокой точностью воспроизведения поверхностей требуемого профиля и требуемой точности, при этом точность конструктивных параметров инструментов должна быть в 2...4 раза выше соответствующих показателей изготавливаемых изделий.

Существующие способы формообразования режущей части таких инструментов значительно трудоемки, что в большей степени связано с высокими требованиями по их точности, а сами инструменты имеют высокую себестоимость и изготавливаются на высокоточном специальном оборудовании. Высокая точность режущих элементов инструментов в большинстве случаев приводит к необходимости использования в качестве чистовой операции - шлифования, а их малые размеры - к невозможности применения других черновых, более производительных способов изготовления. Сложность формы и значительное количество повторяющихся элементов ведет к необходимости проведения большого числа черновых и чистовых проходов и операций деления, что делает существенным влияние стойкости инструмента второго порядка на качество изготавливаемого инструмента.

Повышение точности таких инструментов и создание наиболее эффективной технологии их изготовления представляет важную народнохозяйственную задачу, а методы ее решения научную проблему, решение которой позволит получить значительный экономический эффект и стимулировать специальные отрасли общего машиностроения, приборостроения и особенно инструментального производства.

Для определения направления решения поставленной задачи приводится обзор типовых изделий и поверхностей, обладающих мелкоразмерными периодическими профилями и на основе нормативных требований определяются основные эксплуатационные требования, которые необходимо обеспечить в процессе изготовления.

На основе кинематического анализа существующих способов изготовления делается вывод о преимущественном использовании при изготовлении специального инструмента метода «винтового затылования», разработанного автором на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета в 1987... 1998 г. Учитывая значительную новизну использования данного метода, дается структурный анализ и определяется общая технологическая и экономическая зона его использования. На основе принятого решения была разработана обобщенная методика проектирования различных видов и типов инструментов, использующих винтовые поверхности в качестве задних поверхностей зубьев. Проведенная оценка конструктивных и технологических особенностей «винтового затылования» дает возможность разработать рекомендации по использованию различных специфичных схем снятия припуска и формирования требуемой поверхности. Взаимосвязь указанных выше вопросов позволяет установить конкретные границы использования принятого способа затылования при изготовлении конкретных инструментов и спрогнозировать возможность достижения их необходимой точности.

На основе полученных рекомендаций было изготовлено и подвергнуто производственным испытаниям значительное количество видов и типоразмеров инструментов для обработки мелкоразмерных периодических профилей, получены практические рекомендации и технологические приемы по их использованию и изготовлению, получено экономическое подтверждение целесообразности использования результатов представленной работы. Дальнейшее исследование возможностей «винтового затылования» позволило спроектировать и разработать новые способы формирования мелкоразмерных периодических

профилей методами накатывания и непрерывного шлифования.

Автор защищает:

1. Теорию проектирования инструментов для обработки мелкоразмерных периодических профилей с использованием в качестве базового способа -«винтового затылования» задних поверхностей режущих, а в ряде случаев деформирующих элементов, и разработанные на ее основе новые конструкции инструмента.

2. Технологию изготовления данных инструментов, которая в частности выражается :

- в рекомендациях по наиболее эффективному использованию нового метода формирования задних поверхностей зубьев металлорежущего инструмента -«винтового затылования»;

- в выборе и обосновании оптимальных параметров проектирования и изготовления подобных инструментов;

- в разработке технологических методов и приемов изготовления данных инструментов;

- в создании структурной методики точностной оценки кинематических способов формирования режущей части инструмента;

- в разработке новых методов формирования зубьев слесарных инструментов.

Автор выражает большую благодарность заведующему кафедрой ИМС ТулГУ д.т.н., проф. Протасьеву В.Б. за научные консультации и оказание практической помощи при выполнении диссертации.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ МЕЛКОРАЗМЕРНЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРОФИЛИ

С целью обоснования целесообразности разработки поставленной задачи по созданию новых инструментов повышенной точности для обработки изделий, содержащих мелкоразмерные периодические профили, а также создания специальной технологии их изготовления, необходимо провести структурный анализ существующих конструкций данных изделий для установления номенклатуры и широты масштаба их использования. Учитывая, что подобные изделия длительное время применяются в промышленности и существуют разнообразные технологии и приемы по изготовлению, необходимо также установить основные факторы, ограничивающие целесообразность их дальнейшего совершенствования.

Данные исследования будут являться основным фактором по разработке нового направления создания высокоэффективных инструментов. Так как основной целью исследований является повышение точности обработки указанных выше изделий, определение направления решения поставленной задачи должно вестись на базе совокупности кинематического и точностного анализов технологии изготовления инструмента.

1.1. Основные требования по качеству изготовления, предъявляемые к изделиям, содержащим мелкоразмерные периодические профили

Группа изделий, содержащих мелкоразмерные периодические элементы профиля, которая используется в различных отраслях промышленного производства, довольно широка. В качестве примеров, позволяющих судить о их конструктивных особенностях, ниже приведены основные требования по конструктивным размерам и по качеству изготовления, характерным для наиболее

часто применяемых изделий, которые оговорены нормативными документами или даются как рекомендательные в справочной литературе.

Так, при производстве металло- и деревообрабатывающего инструмента для крепления ножей в корпусе широко применяются периодические клиновые поверхности [31,136], называемые рифлениями ( рис.1.1.). Данные поверхности используются в ряде узлов различных машин для обеспечения надежности крепления и регулировки. Рекомендуемые размеры рифлей указаны в табл.1.1.

Таблица 1.1.

1 Шаг рифлений Б в мм 1.5 1 0.75

2 Угол профиля ср в град. 90° 90° 90°

3 Высота гребня 111 в мм 0.32 0.20 0.14

4 Наименьшая глубина впадины Ь2 в мм 0.32 0.20 0.14

Предельные отклонения по шагу на длине 20 ниток ±0.03 мм, предельное отклонение угла профиля ±45'.

На изделиях определенного класса - типа сегментов ножей режущего аппарата зерновых жаток, насечки на лезвиях не являются элементом сопряжения поверхностей, поэтому точность профилирования насечек можно было бы принять намного ниже, чем у рифлений. Однако малые размеры ( рис. 1.2.) элементов требуют нахождения допусков в пределах 5%...10% от величины размера, поэтому допуски также оказываются достаточно жесткими. Так при шаге насечки 1.55 мм допуск на шаг составляет 0.1 мм, а допуск на профильный угол а = 95° равен 7°. Высота профиля при этом не превышает 0.7 мм.

Одним из характерных соединений в машиностроении являются шлице-вые соединения ( рис. 1.3. ). Эвольвентные шлицы наиболее распространены [96] в автомобиле- и приборостроении ввиду высокой технологичности обработки шлицевых валов. Для повышения несущей способности соединений обычно используются шлицы с углом профиля 30° по ГОСТ 6033-80. Нормативами предполагается использование соединений диаметром с1 > 4 мм и модулем ш >0.5 мм, поэтому все соединения с ш < 1 мм можно отнести к

Рис. 1.1. Конструктивные параметры рифлений

Рис. 1.2. Параметры сегмента

мелкоразмерным. Указанная группа может иметь <3 < 60 мм, шаг X < 3.142 мм, высоту зуба Ь < 1.38 мм ( рис. 1.4.) и радиус переходной кривой С > 0.05 мм. Допуски на приведенный диаметр делительной окружности для указанных размеров валов в соответствии с квалитетами точности приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Квалитет точности 7 9 11

Допуск Та в мм 0.022 0.045 0.09

Параметры треугольных шлицевых соединений в настоящее время не