автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Высокопроизводительное зубофрезерование сборными червячными фрезами с поворотными рейками

- V

^ ' - ^МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО \ ^ ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 621.833

ОГАРКОВ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЕ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЕ СБОРНЫМИ ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ С ПОВОРОТНЫМИ.

РЕЙКАМИ

Специальность 05.02.08 - "Технология машиностроения"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула, 1997

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Тульского государственного университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

- кандидат технических наук, доцент, Н.Д.Феофилов.

- доктор технических наук,

профессор, В.Б.Протасьев;

- кандидат технических наук, В.Н.Ананьев.

Ведущее предприятие - АООТ "Тулаточмаш"

*;ашпгл диссертации состоится 25 декабря 1997 г. в 14 часов в 9 учугом корпусе, ауд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01 Тульского государственного университета (300600, г. Тула, пр. Лопни.!, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Ав! ореферат разослан _ноября 1997 г.

Учены!'! секретарь диссертационного совета, к.т.!!.. доцент

Е.И. Федин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Цилиндрические эг.ольвентные зубчатые колеса являются широко распространенными деталями в машиностроении, при изготовлении которых более половины трудоемкости приходится па операции зубообработкн.

В зависимости от объема производства колес, требований к ним, организационно-технического состояния производственных мощностей, получение зубчатого профиля возможно методами резания, пластического деформирования, литья или комбинацией этих методой. Однако, формообразование зубчатого венца гю методу резания независимо от характера производства по прежнему остаются основным, что объясняется необходимостью обеспечения высокой точности зуб-• чатых колес.

Внедрение в производство в последние годы зубофрезерпых станков с ЧПУ, имеющих высокую статическую и динамическую жесткость, точное срабатывание систем и механизмов, высокую мощность установленных приводов, а .также центров, оснащенных системами накопления, загрузки-разгрузки заготовок и деталей, позволяет с одной стороны значительно повысить производительность процесса резания, а с другой стороны расширить возможности способа зубо-фрезерования, сократить номенклатуру и количество оборудования для обработки зубчатого венца. Кроме указанного, зубофрезерные станки с ЧПУ не имеют жестких ограничений по скорости движений обкатки, характерных для станков с механическим управлением, из-за отсутствия в них червячной делительной пары. Увеличенные длина инструментальных оправок и суммарный путь передвижек позволяют комплектовать наладки по два-три инструмента для последовательной обработки поверхностей зубчатого венца без переналаживания станка. Все это предъявило новые требования к технологической подготовки операции зубофрезерования, и в частности к конструкции инструментов и назначению режима резания. Поэтому у иностранных фирм при зубофрезеровании большое распространение получили сборные червячные фрезы с поворотными зубчатыми рейками, позволяющие рационально использовать режущие свойства инструментального материала, как без покрытий, так и в сочетании с износостойкими покрытиями.

Однако в отечественной зубообработке, несмотря на значительное количество конструкторских решений в виде авторских спиде-

тельств и патентов, отсутствуют серьезные теоретические разработки, направленные не только на проектирование таких фрез, определение рациональных условий их эксплуатации, но в первую очередь на разработку технологических решений, необходимых для организации рентабельного производства сборных фрез высоких классов точности особенно со специальным профилем режущей части и многозаход-ных.

Имеющиеся справочные данные о эксплуатации стандартных и нормализованных фрез монолитной и составной конструкций, часто являются необъективными для конкретных производственных условий, а тем более для сборных фрез, так как комплексно не учитывают многообразия факторов влияющих на процессзубофрезерования. Отсутствие более точной информации связано со сложностью решения оптимизационных задач на этапе технологической подготовки операции зубофрезерования, необходимостью иметь в наличии определенного количества таких дорогостоящих фрез, которые в нашей стране производятся только на лицензионных инструментальных производственных участка небольшими партиями на ВАЗе и КАМАЗе и никогда не производились и не производятся, по имеющимся сведениям, на инструментальных заводах.

В то же время качество, производительность и себестоимость зубофрезерования по прежнему являются первостепенными критет риями при определении эффективности этой технологической операции и зависят о'т значительного количества факторов, определяемых номенклатурой и параметрами нарезаемых зубчатых деталей, конструктивными и геометрическими характеристиками применяемых червячных инструментов и параметрами их установки, режимами обработки, условиями перетачивания и хранения, техническими возможностями зубофрезерного станка.

Таким образом, задача совершенствования технологической подготовки операции' зубофрезерования цилиндрических зубчатых деталей в направлении разработки оптимальных конструкций сборных червячных фрез и режима их эксплуатации в условия применения оборудования с ЧПУ является актуальной.

Автор защищает.

1. Математическую модель станочного зацепления деталь-инструмент п технической системе зубофрезерного станка, позволяющую на этапе технологической подготовки производства учиты-

вать взаимное влияние геометрических параметров инструмента, обрабатываемого зубчатого колеса и режима резания па процесс сгруж-кообразования'.

2. Методику автоматизированного расчета сборных червячных и дисковых фрез с поворотными режущими элементами. ч-

3. Технологию изготовления фрез сборных конструкций.

4. Результаты экспериментального исследования процесса зубо-фрезерования.

Цель работы состоит в разработке научных положений, необходимых для решения задачи автоматизированного проектирования операции зубофрезерования сборными червячными фрезами с поворотными зубчатыми рейками и повышении на этой основе производительности процесса зубофрезерования цилиндрических колес.

Методика исследования. В работе использованы аналитические и графические методы теории зубчатых передач с учетом статических и кинематических характеристик станочного зацепления, методы математического моделирования и математической статистической обработки данных. Обработка результатов экспериментов и реализация проектных расчетов осуществлялась с применением ЭВМ.

Научная новизна. Разработана математическая модель станочного зацепления "колесо-фреза", позволяющая на этапе технологической подготовки операции зубофрезерования цилиндрических зубчатых колес, в автоматизированном режиме исследовать влияние параметров зубчатого колеса, инструмента и режима резания на производительность и точность зубообработки, и, на этой основе, обосновать высокоэффективную конструкцию сборной червячной фрезы с поворотными рейками.

Практическая ценность работы состоит:

- в разработке на основе кинематического анализа станочного . зацепления нарезаемого колеса и фрезы методики аналитического

расчета толщины срезаемого слоя вершинной режущей кромкой, позволяющей оценить загрузку инструмента;

- в аналитическом исследовании влияния нормативных режимов резания на толщину срезаемого слоя для стандартных червячных фрез

и зубчатых олес и диапазоне модулей от одного до десяти миллиметров и чисел зубьев от 20 до 100 и разработке на этой основе электронных таблиц нормативных режимов резания;

- в разработке методики расчета сборных одно- и многозаход-ных червячных фрез с поворотными зубчатыми рейками с учетом нагрузки на их режущие кромки и режима резания;

- в разработке технологии изготовления фрез.

Реализации результатов работы. Результаты работы использованы при ил отоплении сборных червячных фрез'для нарезания зубьев' цилиндрических эвольвентных колес чулочных автоматов в АО.. "Тулаточмаш", внедрены в АО "Тутаевский моторный завод" при нарезании -зубьев цилиндрических колес и шлицевых валов коробок перемены передач двигателей серии ЯМЗ.

Апробации работы.' Диссертация одобрена на объединенном заседании кафедр "Технология машиностроения", "Инструментальные и измерительные системы" и "Автоматизированные станочные системы" Тульского государственного университета в октябре 1997 года.

Отдельные разделы работы докладывались:

на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университетам .1994... 1997 годах;

на. международной научно-технической конференции "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки ¡1 сборки изделий машиностроения", Тула, 1996.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 5 печатные работы.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов работы, выполнена на 142 страницах, и содержит 35 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 55 наименований.

Аятор шлражает благодарность профессору ТулГУ И.А. Коганову, г? такисе коллективу кафедры «Технология машиностроения», за помощь и консультации при выполнении и обсуждении диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, показана научная и практическая ценность, а также приведены основные положения, выносимые на защиту.

В перпой главе дан анолуз современного состояния проектирования технологической операции зубофрезеропания, сформулированы цель и задачи работы. .

Производительность операции зубофрезеропания, как и любой технологической операции механической обработки, определяется уровнем часовой производительности, зависящей, в основном, от штучно-калькуляционного времени выполнения этой операции. При этом под нормой штучно-калькуляционного времени в машиностроении понимается совокупное время, установленное на выполнение заданной работы и это время не равно трудоемкости рассматриваемой операции, так'как операция, например, может быть многостаночной.

Рассматривая время на выполнение операции состоящим из штучного и подготовительно-заключительного, анализ его временных составляющих, показал, что для повышения производительности имеется четыре основных направления:

- уменьшение машинного времени обработки зубчатой детали за счет варьирования его компонентами, т.е. конструктивными параметрами инструмента, а том числе и заходностыо, режима резания и па-правления осуществления рабочих ходов (в зависимости от соотно-

■ шения ширины зубчатого венца и диаметра инструмента возможно изменять суммарный путь фрезы относительно заготовки, при этом обработка может производиться с радиальной, продольной или комбинированной подачами);

- уменьшение подготовительно-заключительного времени, связанного в условиях автоматизированного производства с подготовкой станка к работе, т. е. программированием, настройкой гитар, первоначальной наладкой инструмента, монтажом установочно-зажимного приспособления. Это время в значительной степени зависит от уровня и состояния технологической подготовки на этапе проектирования операции и не зависит от режима резания;

- уменьшение времени технического обслуживания рабочего места, связанного со сменной (при остановке станка) или продольной и радиальной подналадкой инструмента вследствие его затупления (повторяется с каждой обрабатываемой деталью или в определенной

последовательности через некоторое число их). Это время не зависит от режима резания;

- уменьшение времени смены и подналадки инструмента за период его стойкости, приходящегося на деталь и зависящего от режима резания, например, увеличение длины режущей части фрезы, ширины шлифованного участка ее задней поверхности, улучшение геометрии режущей части, нанесение износостойких покрытий, применение рациональной схемы срезания припуска увеличивает время работы фрезы между переточками и количество переточек, т.е. ее эксплуатационную стойкость, и соответственно уменьшает расход инструментов на производственную программу. Эта составляющая определяется технологической подготовкой производства.

В соответствии с приведенными направлениями повышения производительности операции зубофрезерования. проанализированы технические решения, относящиеся к конструкции и принципу действия зубообрабатывающего оборудования и инструментов. При этом установлено, что основное внимание при проектировании технологической операции зубофрезерования должно уделяться использованию оборудования с ЧПУ и инструментрам с высокой технологической стойкостью, геометрической точностью и минимально возможным расходом инструментального материала на программу зубчатых колес.

На основе литературного обзора и анализа проблем проектирования высокопроизводительного зубофрезерования сформулированы основные задачи диссертационной работы.

1. Проведение кинематического анализа процеса вырезания впадины зубчатого колеса и выявление зависимости между параметрами режима резания, параметрами конструкции инструмента.

2. Определение критерия нагрузочной способности зубьев фрезы исходя из их прочностных характеристик инструментального материала и нормативных условий эксплуатации инструментов.

4. Разработка математической модели станочного зацепления деталь-инструмент в технической системе зубофрезерного .станка, позволяющей на этапе технологической подготовки производства учитывать взаимное влияние геометрических параметров инструмента, обрабатываемого зубчатого колеса и режима резания на процесс стружкообразования.

5. Разработка методики автоматизированного расчета сборных червячных с новоротными зубчатыми рейками.

6. Разработка технологии изготовления фрез сборных конструкций для условий серийного производства

7. Проведение экспериментальных исследований процесса зу-. бофрезерования с целью выявления эксплуатационной стойкости фрез различных конструкций, точности зубофрезерования и ее влияния на точность чистовой зубообработки.

> Во'второй главе проведен кинематический анализ процесса вырезания впадины зубчатого колеса и выявлены зависимости между параметрами режима резания, параметрами конструкции инструмента, необходимые для определения критерия нагрузочной способности зубьев фрезы исходя из их прочностных характеристик инструментального материала и нормативных условий эксплуатации инструментов. Первоочередным этапом в эТом направлении является выбор системы координат. Учитывая перспективность реализации операции зубофрезерования на станке с числовым программным управлением (рис. 1) в качестве системы координат принята правая Декартова координатная система по ГОСТ 23597-79, получившая наибольшее распространение в станках с ЧПУ.

Процесс зубофрезерования червячными фрезами по сравнению с другими видами механической обработки обладает рядом отличительных _ признаков, являющихся следствием конструктивных особенностей червячных фрез и зубчатых колес, специфики' схемы обработки и кинематики резания. Большое влияние на протекание процесса резания оказывают особенности сгружкообразования, заключающиеся в том, что режущие элементы фрезы срезают различные по форме и величине стружки, неодинаковое время находятся в работе, а соответственно.

Рис. 1. Система координат зубофрезерного станка с ЧПУ

воспринимают усилия резания различные по величине и направлению, определяющие по многом динамические и термические явления в процессе выполнения операции и износ режущих кромок.

Как известно срезаемый слой характеризуется объемом, площадью, длиной, шириной и толщиной. Однако наибольшее влияние на стойкость фрезы, ее нагрузочную способность оказывают толщины слоев, срезаемые вершинными режущими кромками зубьев. Несмотря на значительное количество работ, посвященных исследованию про-' цесса стружкообразования при зубофрезеровании, г. большинстве из них'прои'тодился анализ плоской схемы срезания припуска при помощи графических или графоаналитических методов, что не позволяло получич!. высокой достоверности результатов. Кроме этого, проведенный ранее многими авторами исследования, касались, и основном, монолитных фрез стандартной конструкции и были направлены на определенно рациональных условий эксплуатации или улучшение условии стружкообразования. При этом не ставилась задача разработки сборных фрс: новых конструкций со специальным профилем для конкретных производственных условий Заказчика при, оптимальном сочетании диаметра фрезы, числа режущих реек, числа заходов, длины режущей час;и, запаса ширины репки на переточки, нагрузочной способности репки, элементов режима резания (подачи, числа нрохо-

г, ' дов), а также мощно-

сти станка.

Для- ' решения этой задачи необхо-. днмо знать допустимые для различных модулей толщины слоев срезаемые вершинными режущими кромками. Проведенный анализ научно-технической литературы показал отсутствие таких конкретных данных. С этой целью разработана методика расчета толщины срезаемого слоя при скрещивающихся осях в станочном зацеплении червячной фрезы с нарезаемым колесом (рис. 2).*

станочном зацеплении

Рис. 3. Форма срезаемого слоя в различных секущих тоскостях

Рис. 4. Положение секущих плоскостей для встречного и попутного фрезерования

Исследование взаимного расположения режущих зубьев во впадине нарезае- , мого колеса в различных фазах процесса резания производилось с помощью секущих плоскостей, параллельных торцовой плоскости колеса, а толщина слоя, срезаемого вершинной режущей кромкой, определялась в осевой плоскости червячной фрезы (рис. 3).

Анализ схемы вырезания впадины показал, что при работе с продольной подачей максимальные по толщине слои срезаются вер шинной кромкой в конце первого оборота зубчатого колеса, а затем процесс стабилизируется. Это наглядно видно при совмещении плоскостей секущих срезаемый слой (рис.4) в плоскости параллельной торцовой

(рис.5).

Для Определения допустимой толщины срезаемого слоя проанализированы фрезы стандартной конструкции модулей т = ]...!О мм, с числом заходов 2о=]...4, числом стружечных канавок

гю =8...12, при обработке цилиндрических зубчатых колес с числом зубьев г] =20...120 на зубофре-

зерных станках 1 -IV групп мощности. В качестве базы для исследования приняты общемашиностроительные нормативы режимов резания. Полученные результаты показали, что для одного и того же колеса наблюдается значительное колебание толщины срезаемого слоя

при переходе с фрезерования от од-нозаходнной фрезой к четырехза-ходной, например, для станка Щ группы и колеса с т — 4мм, — 50

толщина слоя увеличивается с 0,24 мм до 0,8 мм при уменьшении продольной подачи с 3,8 мм/об до 1,5мм/об. Аналогичная картина наблюдается для всего диапазона исследованных параметров. На основании расчетов сделаны следующие выводы:

- при фрезеровании одноза-ходными червячными фрезами мощность привода станка используется не рационально. Ограничивающим фактором является продольная подача, величина которой зависит от допускаемой волнистости бокового профиля зуба колеса;

- одинаковое количество режущих реек у однозаходных и мно-гозахсдных червячных фрез, а соответственно и равные, диаметры (этс предусмотрено стандартами и нормалями на фрезы), приводят к снижению точности профиля и стойкости фрез из-за уменьшения кинематических боковых задних углов при увеличении числа заходов.

Эт о являлся основой для проектировании оптимальной конструкции фрез с учэтом |1араметров обрабатываемой детали, режима резания, загрузочной способности фрезы и установленной ^íoщ¡!OCтидаиrareJKЙзyбoфpeзqмoгocI^aнкa

*

У третьей главе рассмотрены '-вопросы автоматизированного проектирования сборных,червячных фрез с поворотными зубчатыми . рейками.

Алгоритм расчета основных конструктивных параметров фрезы {рис 6) состоит из двух блоков:

- исходные данные о детали, оборудовании и нормативная ин-. формация о режимах резания;

- расчет параметров конструкции фрезы.

Рис. 5. Проекции следов тоскостей резания в различных сечениях срезаемого слоя на торцовую /носкость колеса

#

Исходные данные для проектирования

Параметры нарезаемого колеса Нормативные данные о режимах резания Данные о зубофрезер-ном станке Предполагаемая конструкция фрезы

Расчет параметров конструкции фрезы

Продольная подача■ исходя из допустимой волнистости бокового профиля

Допускаемая толщина слоя, срезаемого вершинной режущей кромкой

Корректирование величины продольной подачи

Количество режущих реек в торцовом сечении 2Ю = РОх 1 ДРОдг (большее, целое)

Проверка возможности размещения полученного количества реек в минимальном диаметре фрезы

Нет:

-принимается новый диаметр; -уменьшается продольная подача на оборот колеса

Да:

- определяется возможность изготовления фрезы многозаходной

Основные параметры конструкции фрезы и режима резания:

- диаметр фрезы;

- число режущих реек;

- число заходов;

- диаметр отверсия в корпусе фрезы под оправку;

- продольная подача;

- скорость резания;

Проверка по мощности резания

Да: •увеличение продольной подачи

Рис. 6. Алгоритм расчета основных параметров червячной фрезы

Следующим моментом проектирования фрезы является расчет параметров технологического червяка и его профиля в осевом сечении, который осуществляется в пять этапов.

На первом этапе рассчитывается наружный диаметр технологического червяка и геометрические параметры корпуса инструмента, т. е. его диаметр, количество пазов под рейки, расположение пазов относительно осевой плоскости корпуса, Исходными данными для этого этапа являются определенные ранее: предельные диаметральные размеры инструментальной "оправки и фрезы для выбранной модели зу-бофрезерного станка, число режущих реек число заходов фрезы, ширина и высота посадочного мести рейки из условия обеспечения ее прочности и запас ширины рейки на переточи!.

На втором этапе по заданному в правой декартовой системе координат зубофрезерного станка номинальному профилю детали или выбранному в соответствии с нормативными материалами исходному производящему контуру рассчитываются параметры производящей поверхности - основного червяка в расчетном осевом сечении фрезы.

На третьем этапе расчета фрезы определяются координаты точек ее профиля в передней и осевой плоскостях. Затем на четвертом этапе рассчитываются координаты точек профиля технологического червяка, в контрольном сечении - задней опорной плоскости рейки. 1Ц этом же этапе определяется профиль осевого сечения шлифовального круга

и параметры установки круга относительно технологического червя-ад.-' ' ,

На заключительном этапе расчета производится оценка точности новой и сточенной фрезы по отношению к расчетному сечешпо.

На 'любом -этапе расчета инструмента могут решаться как прямая, так и обратная задачи, позволяющие в случае появления технологических погрешностей на операциях изготовления фрезы оперативно перерассчитывать геометрические параметры корпуса фрезы, технологического червяка, профиля и параметров установки шлифовального круга исходя из заданных точностных параметров инструмента.

Использование методики расчета толщин срезаемых слоев в сочетании с компьютерной графикой позволяет проектировать червячные фрезы с рациональными схемами резания: вершинонагруженной, прогрессивной, с попеременно-нагруженными боковыми режущими кромками, с чередующимися фасками на уголках зубьев и другими.

На основе полученных в процессе разработки диссертации .математических зависимостей, разработаны программы для ЭВМ, позволяющие технологу или конструктору спроектировать для конкретных условий заказчика оптимальную конструкцию фрезы и режим резания.

Типовая конструкция сборной червячной фрезы (рис.7) состоит из: корпуса 1 с продольными пазами прямоугольной формы; реек 2, установленных в пазы по переходной посадке шестого квалитета точности; колец 3, фиксирующих рейки в радиальном направлении; крышек 4, закрепленных винтами 5 и ограничивающих перемещение реек в продольном направлении. При повороте реек на 180° корпус выполняет роль технологического приспособления. В таком положении задние поверхности реек располагаются на винтовой поверхности, ход которой равен ходу витков основного червяка.

а) б)

1 2 3 4 5

Рис. 7. Сборная червячная фреза с поворотными рейками: а - технологическое положение реек; б - рабочее положение реек; 1 - корпус; 2 - комплект реек; 3 - кольцо; 4 - крышка; 5 - винт.

В четвертой главе рассмотрены вопросы технологии изготовления сборных фрез, оценки точности их конструкции и точности зу-бофрезерования.

Особенностью технологии изготовления фрез является то, что она ориентирована на отечественное оборудование, преимущественно повышенной или высокой точности автоматизированного или с ЧПУ.

Предварительное нарезание модульной резьбы на комплекте незакаленных быстрорежущих реек осуществляется в технологическом корпусе на токарном станке с числовым программным управлением 16К20МФЗ без движения затылования с оставлением на последующее шлифование по контуру зубьев реек припуска размером 0,5 мм. Закаленные и шлифованные по базовым поверхностям рейки, установленные в технологическое положение в рабочий корпус, профилируется по задним поверхностям на' резьбошлифовальном станке модели 5К822В эльбороиым кругом. Контроль технологического червяка выполняется на инструментальном микроскопе, а собранной-фрезы на приборе типа БВ-5034 для проверки винтовой линии.

Реализованная в производственных условиях технология изготовления сборных фрез позволяет обеспечить их точность по основным параметрам в пределах классов А и В .

В ходе отработки конструкции фрезы проведены точностные и стойкостиые испытания при обработке зубчатых колес коробки передач грузового мемороллера "Муравей".

Стойкость инструментов (рис. 8) оценивалась длиной Ь зубьев колеса, нарезанных между двумя последовательными передвижками фрезы на шаг, ло достижения износа режущих зубьев "по задней поверхности рапного 0,4 мм с попутной подачей 2 мм/об. заготовки при скорости реза пня 35 м/мин для реек из'стали Р6М5 и 60 м/мин для реек из егдли Р6М5К5 с покрытием из мнурида тшана. Результаты неги Панин подтвердили высокую.эксплуатационную стойкость фрез по сраьнешно с монолитными стандартной конструкции. Это объясняется-наличием увеличенных задних углов на вершинных -и боковых ре->;:ущнх кромках, высоким качеством шлифования задних поверхностей реек большим запасом ширины рейки на переточки и длины на ¡;,тсд.)1г,кки.

В процессе точностных испытаний произведено фрезерование парши зубчатых колес м = 2,5 мм, Г[ = 27 из стали марки 12ХН2 дьухззходцой червячной фрезой, а затем чистовое прикатывание дву-¡.<я зубчатыми роликами. Статистическое исследование точности показало. что фрезерование стабильно обеспечивает по колебанию измерительного межосевого расстояния за оборот и колебанию длины об-и;ен нормали точность колес в пределах 7...8 степени точности, а по

Ь, м

о- 34

-е>>

ю га о. ю о а а л ю >, п

га х 2

30

25

20

15

10

а Монолитная фреза, Р6М5, псрзточэнная

о Сборнэя фреза, Р6М5, переточенная

» Сборная фреза, Р6М5К5, переточенная Монолитная фреза, Р6М5К5, ПЫ, переточенная

а Сборная фреза, Р6М5К5, "Ш, переточенная

и Сборная фреза, Р6М5К5, ТМ, новая

Параметры фрез: число реек -12; угол профиля -19°30'; подача - попутная, продольная 2мм/об. " Заготовка - 12ХН2, т=2,5мм, г,=27, 20...26 НЯСэ

40 80 100

Скорость резания

\/„, м/мин

Рис.8. Результаты стойкостных испытаний фрез

колебанию измерительного межосевого расстояния на одном зубе и погрешности профиля в пределах 8...9 степени точности. Прикатыва-ние зубьев улучшает показатели плавности до 8 степени. Однако результаты корреляционного анализа показали значительное влияние фрезерования на прикатывание по колебанию измерительного межосевого расстояния на одном зубе, что объясняется дополнительными погрешностями, появляющимися в процессе сборки фрезы и сказывающимися на ее точности.

Внедрение однозаходных червячных фрез описанной конструкции осуществлено в ¿ерийном производстве чулочно-носочных автоматов и масляных насосов к двигателям серии ЯМЗ.

Производственная эксплуатация сборных фрез осуществляется на зубофрезерных станках моделей 5В312, 5КЗ 10 и 53Л30.

Основные результаты работы

1.В результате исследований, выполненных в диссертации, решена задача автоматизированного проектирования сборной червяч-

• ной фрезы с поворотными зубчатыми рейками из быстрорежущей стали и режима резания, позволяющая повысить эффективность процесса зубофрезерования. Решение задачи осуществлено с помощью математической модели станочного зацепления "колесо-фреза".

2. Поведен кинематический анализ процесса вырезания впадины зубчатого колеса червячным инструментом и на его основе разрабо- , тана методика расчета толщины срезаемого слоя периферийной режущей кромкой для пространственной схемы резания, позволившая оценить загрузку червячных, фрез в диапазоне модулей от 1 до 10 мм.

3. Разработаны таблицы выбора параметров червячной фрезы и режимов резания в зависимости от параметров обрабатываемого зубчатого колеса, модели и мощности зубофрезерного станка.

4. Разработан алгоритм расчета основного червяка и проектирования сборной червячной фрезы с поворотными зубчатыми рейками,

■ учитывающий загрузку зубьев фрезы по толщине срезаемого слоя и точность обрабатываемого колеса (волнистость и огранку бокового профиля, составляющие геометрическую часть погрешности-профи-" ля) и на его основе определены основные параметры фрезы, т.е. число режущих реек, наружный диаметр, число заходов и длина режущей" части.

5. Выведены зависимости для определения параметров технологического червяка, включая профиль витка, по параметрам расчетного сечения основного червяка.

6. На основе анализа известных конструкций сборных фрез разработана типовая конструкция сборной червячной фрезы с поворотными рейками из быстрорежущей стали и запущена в серийное производство для зубчатых колес масляных насосов двигателей ЯМЗ.

Производственные испытания фрезы с поворотными рейками в сравнении с монолитными быстрорежущими фрезами показали возможность:

• - увеличения скорости резания и продольной подачи в 1,2...1,3 раза за счет более качественной механической и термической обработки режущей части, а так же увеличенных задних углов; . ~ - обеспечения гибкости инструментального производства на основе оптимизации конструктивных параметров фрез, использова-. ния одного и того же корпуса для реек с различным профилем;

- повышения точности изготовления фрез и производительности профилирования реек при переходе с затыловочиого станка на резь-бошлифовальный станок;

- повышения эксплуатационной экономичности фрез за счет увеличения до четырех раз количества переточек, многократного использования корпуса, уменьшения расхода инструментального материала, в том числе при нанесении износостойких покрытий.

.7. Разработана технология изготовления сборных червячных фрез применительно к отечественному металлорежущему оборудованию. Определены способы многопроходного профилирования технологического червяка как на операции предварительного точения или фрезерования резьбы, так и на операции резьбошлифования.

8. Разработаны рекомендации по назначению норм точности на сборные червячные фрезы с поворотными рейками.

9. Разработана, изготовлена и испытана промышленная конструкция сборной червячной фрезы и необходимая оснастка второго порядка для ее изготовления в условиях серийного производства, позволяющая обеспечить точность изготовления и сборки фрез в пределах классов точности А и В .

10. Проведенное статистическое исследование точности подтвердило возможность использования сборных фрез в качестве чистовых для колес 8 степени точности и в качестве черновых для колес более высоких степеней точности с последующей чистовой зубообра-боткой.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Феофилов Н.Д., Птицып В.В., Нагорных В.И., Огарков A.B. Обработка модифицированного профиля зубьев цилиндрических колес фрезами червячного типа с нулевым углом профиля. // Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин Тула, ТПИ, 1987,- С. 127-130.

2. Птицын В.В., Юдин А.Г., Огарков A.B. Особенности эксплуатации многозаходных червячных фрез // Тез. докл. республиканской научно технической конференции „Совершенствование методов расчёта, конструирования и зубообрабогки цилиндрических и конических зубчатых, спироидных, гипоидных и червячных передач".-Ижевск, 1989-е. 58.

3. Огарков A.B. Резцовая головка для черновой зубообработки цилиндрических колес // Технология механической обработки и сборки. - Тула, 1990. - 102-106.

4. Бабкин A.B., Феофнлов Н.Д., Огарков A.B. Малоотходная технология раскроя проката быстрорежущей стали при изготовлении реек сбор пых червячных фрез // Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения. Тезисы докладов юбилейной международной научно-технической конференции. 23-25 сентября 1996 г.- Тула: ТулГУ, 1996.

5. Огарков A.B., Феофилов Н.Д., Бабкин A.B. Сборная одновит-ковая резцовая головка с поворотными режущими зубьями // Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения. Тезисы докладов юбилейной международной научно-технической конференции. 23-25 сентября 1996 г.- Тула: ТулГУ, 1996, с. 81-82.С. 19-20.

Подшито ■'впопь^''. t'-Ji Форшгг буюги 60xS4 1/16. Бумага типограф. № 2. 0|и»|ч» urwtk. Усл. bc<ul / . Vcj. вр.-отт. / . Уч.-изд_а. f, с Тираж га экз.

7/;.

Tjrjoajd государственный унявсропст. 300600, Тула, просо. Ленина, 92. Нщиммеяк оицтндной пожицифна Тульского - государственного униеер-сатж. ЗОШ» Ту**, ул-Ьолдиоа, 151.