Введение к работе
Актуальность проблемы. Цилиндрические эвольвентные 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 методов. Однако, формообразование зубчатого венца по 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 зубофрезериых 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 і) 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 в 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 струж-кообразования'
-
Методику автоматизированного расчета сборных червячных и дисковых фрез с поворотными режущими элементами. ч-
-
Технологию изготовления фрез сборных конструкций.
-
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 исследонанип. 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 резання на производительность и точность зубообработки, и, на этой основе, обосновать высокоэффективную конструкцию сборной червячной фрезы с поворотными рейками.
Практическая ценность работы состоит:
- в разработке па 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
6 .
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 изі отоплении сборных червячных фрездля 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 университетов і 994... 1997 годах;
на. международной научно-технической конференции "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и 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 выражает благодарность профессору ТулГУ И.А. Когшгаву, г? такисе коллективу кафедры «Технология машиностроения», за помощь и консультации при выполнении и обсуждении диссертационной работы.
