Введение к работе
Актуальности Непреывное развитие машиностроения требует увеличения скоростей и мощностей создаваемых машин при одновременном уменьшении их габаритов и массы. Зубчатые передачи является ответственными звеньями таких машин, определяющими качество, надежность и долговечность их работы, поэтому вопросы совершенствования средств производства и контроля зубчатых колес выходят на передний план. Создание новых технологических процессов требует нетрадиционных методов решения, поскольку существующие не могут обеспечить качественного продвижения. Так например, устройства, основанные на контактных методах измерения, практически исчерпали свои резервы, поскольку имеют износ механического наконечника и отличаются низкой производительностью. Поэтому одним из перспективных направлений является разработка методов и устройств бесконтактного контроля параметров зубчатых колес, которы могут быть реализованы, например, при создании зубообрабатквающего технологического модуля, включающего зубонарезной или зубообрабатываюций станок с ЧПУ, автоматический манипулятор, бесконтактное зубоизмерительное устройство и управляющую ЭВМ. Изготовленное зубчатое колесо, посредством манипулятора, устанавливается' на зубоизмерительное устройство. По результатам контроля ЭЕМ вносит коррективы в уп-
режущего инструмента, неточности базирования и т. д., то есть зубоизмерительное устройство может управлять точностью изготовления зубчатых колес при их стопроцентном контроле. В настоящее время ни у нас в стране, ни за рубежом таких зубообрабатывающих модулей, работавших в реальном масштабе времени, не существует. Важнейшим элементом таких модулей, от которого зависит качество производимых изделий, является бесконтактное устройство для контроля параметров зубчатых колес. Однако, несмотря на многочисленные работы в этой области, в них недостаточно подробно рассмотрены вопросы теории построения таких устройств, теоржі погрешностей, перспектив совершенствования, кромэ того недостаточно информации об экспериментальных исследованиях ч реально созданных устройствах. Несмотря на различие конструктивных особенностей описанных устройств для бесконтактного контроля, их объединяет одно обще условие: необходимо измерять угол между
фиксированными точками профилей двух соседних зубьев колеса. Таким образом, в устройстве для бесконтактного контроля зубчатых колес нужно решить две самостоятельные задачи. Первая состоит в том, чтобы вместо механического контакта с поверхностью профиля зуба на указанной поверхности создать световой упор. Другая задача - регистрация углового положения зубчатого колеса с высокой точностью. Решение поставленных задач должно обеспечить возможность повышения производительности контроля при сохранении достигнутых точностных характеристик или их увеличении в режиме непрерывного врашэния колеса.
Цель работы и задачи исследования. Цель» диссертационной работы является создание и исследование бесконтактного, высокопроизводительного, прецизионного устройства для контроля параметров зубчатых колес на основе кольцевого лазера (КЛ).
Исходя из сформулированной цели, в диссертации определен следующий круг подлежащих реыению задач:
-
Разработка основ теории построения бесконтактного, измерительного устройства для контроля параметров губчатых колес ка основе КЛ.
-
Разработка теорий погрешностей бесконтактного устройства для контроля параметров зубчатых колес на основе КЛ.
-
Определение путей дальнейшего совершенствования зуСоизмерительных устройств на основе КЛ.
-
Выработка технических предложений и рекомендаций по проектироганию устройства для контроля окружного шага и накопленной погрешности зубчатьк колес на основе КЛ.
Мэтоды исследований. Б диссертационной работе для решения поставленных задач использовались аналитические методы исследования, базирующиеся на аппарате теории вероятностей, математической статистики, теоргл рядов, теорші случайных процессов и помехоустойчивости, численных методах. Проводились натурные эксперименты на макете устройства для контроля окружного шага и накопленной погрешности зубчатых колес на основе КЛ.
Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:
1. Предложен способ бесконтактного контроля окружного шага и накопленной погрешности зубчатых колес на основе КЛ, а так же устройство для его реализации и алгоритм расчета отклонения измеренного окружного сага от номинального. 4
-
Разработаны основы теории погрешностей высокопроизводительного прецизионного бесконтактного устройства для контроля жружного иага и накопленной погрешности зубчатых колос, дающей возможность оценить погрешность устройства в зависимости от различных факторов таких, как угловое вращение Земли, конечная пирина проектирующей диафрагмы оптико-электронного датчика, шероховатость поверхности зуба, предложены дифференциальная схема л схема с амплитудной модуляцией, позволяющие улучшить точностные характеристики схем фиксации углового положения опти-со-электронного латчика и отметчика одного оборота.
-
Установлено, что погрешность устройства для контроля экружного игга и накопленной погрешности зубчатых колес на эснове КЛ определяется случайной погрешностью схем фиксации углового положения оптико-электронного датчика и отметчика одного зборота, а так же методической погрешностью за счет углового вращения Земли.
1. Определены пути дальнейшего совершенствования бесконтактных зубоизмэрительных устройств на основе КЛ, улучшающие эксплуатационные характеристики и расширяющие функциональные возможности устройства за счет наращивания схемы построения, тозволяющие контролировать профиі» зуба (поле погрешностей профиля) с определением прерывной кинематической погрешности и толщину зуба колеса.
Практическая ценность работы заключается в разработке технических предложений и рекомендаций для проектирования зубоиз-иерительного прибора на основе КЛ. В результате теоретических и экспериментальных исследований определены перспективы дальнейшего совершенствования бесконтактных приборов для контроля зубчатых колес на основе КЛ.
Реализация результатов работы. По. результатам диссертационной работы были созданы две экспериментальные установки по контролю окружного шага и накопленной погрешности зубчатых колес на Московском станкостроительном заводе (ОМ-50 и 051-60). Полученные результаты позволили обосновать схему построения эпытного образца, получить достоверные результаты на этапе обработки макета, дали возможность проверить новые технические решения по проектированию прецизионных высокопроизводительных :редств контроля параметров зубчатых колес. Пакет прибора ОМ-50 демонстрировался на международной выставке в Еильбао (Испания).
в 1990 году, макет прибора ОЫ-60 демонстрировался на международное выставке EUO-9 в Париже (Франция) в 1992 году.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на двадцать седьмой научно-технической конференции молодых специалистов и творческой молодежи ЗИЛа (Москва, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Зубчатые передачи: современность и прогресс" (Одесса, 1990 г.;, на второй Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов с международным участием "Контроль, управление и автоматизация в современном производстве" (Минск, 1SS0 г.), на Всесоюзном научном семинаре "Метрология лазерных измерительных систем" (Волгоград, 1991 г.).
Публикации. Основные, научные результаты диссертации нашли отражение в 10 печатных работах, в том числе в двух авторских свидетельствах и двух положительных решениях по заявкам.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 55 наименований и четырех приложений. Основной текст работы изложен на 104 страницах машинописного текста и содержит 46 рисунков и 14 таблиц.