Повышение качества обработки фасок на торцах зубьев зубчатых колес на основе проектирования зубофасочного инструмента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Кондрашов, Алексей Геннадьевич

• Кондрашов, Алексей Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кондрашов, Алексей Геннадьевич

Введение.

1. Методы обработки фасок на торцах зубьев зубчатых колес

1.1. Фаски на торцах зубьев, формы их выполнения

1.2. Методы и инструменты для зубофасочной операции

1.3. Конструкции инструмента для снятия фасок

1.4. Методы проектирования зубофасочного инструмента

1.5. Анализ недостатков существующего метода проектирования червячных одновитковых фрез

1.6. Цели и задачи работы. Научная новизна

2. Формообразование фасок червячной одновитковой фрезой

2.1. Принцип образования фаски червячной одновитковой фрезой

2.2. Выбор параметров установки инструмента относительно заготовки и их влияние на профиль инструмента

2.3. Вывод вспомогательных зависимостей

2.4. Выводы по главе

3. Метод проектирования червячных одновитковых фрез для снятия фасок

3.1. Исходные данные для расчета

3.2. Расчет вспомогательных и наладочных параметров

3.3. Расчет профиля фрезы

3.4. Выводы по главе

4. Конструкции инструментов и способы обработки фасок различных форм

4.1. Конструкция червячной одновитковой фрезы для двухсторонней обработки фасок

4.2. Конструкции сборных зубофасочных фрез

4.3. Способ обработки зубьев со снятием фасок

4.4. Выводы по главе

5. Определение профиля фаски получаемой имеющимся инструментом

5.1. Расчет координат точек профиля фаски

5.2. Графическое построение обрабатываемого профиля фаски средствами компьютерной графики

5.3. Синтез проектирования инструмента и построения результата обработки средствами трехмерной графики

5.4. Выводы по главе

6. Подтверждение адекватности метода проектирования

6.1. Планирование эксперимента

6.2. Выполнение эксперимента

6.3. Сравнение результатов компьютерного и натурного эксперимента

6.4. Внедрение в производство

6.5. Выводы по главе 92 Основные выводы 94 Список литературы 96 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества обработки фасок на торцах зубьев зубчатых колес на основе проектирования зубофасочного инструмента»

В настоящее время почти во всех областях техники получили широкое распространение зубчатые передачи. Они применяются в автомобилестроении, станкостроении и приборостроении. К зубчатым передачам предъявляются все более жесткие требования по качеству зацепления, что в свою очередь предъявляет более жесткие требования к качеству обработки зубчатых колес. Немаловажное значение в вопросах обработки зубчатых колес имеет снятие фасок и заусенцев на торцах зубьев. Необходимость данной операции вызвана следующими причинами. В процессе зубонарезания при выходе инструмента из зоны резания на торцах зубчатого колеса образуются острые кромки и заусенцы. При эксплуатации в результате скола острых кромок может произойти поломка зубьев, а во время транспортировки при случайных ударах образуются забоины, которые приводят к выдавливанию материала на рабочую боковую поверхность зубьев и тем самым вызывают вибрацию зубчатой передачи. Также следует отметить, что зубчатые передачи, состоящие из колес с острыми кромками на торцах более чувствительны к погрешностям сборки, вследствие возникновения кромочного контакта. Как показывает практика до 50% зубчатых колес без фасок на торцах имеют забоины, а срок службы таких колес в среднем на 20% меньше, из-за образования микротрещин на острых кромках при термообработке.

Ручное снятие фасок и заусенцев на торцах зубьев является трудоемкой операцией, поэтому широко применяются станочные методы обработки. Широкое применение для снятия фасок получили одновитковые червячные фрезы. Благодаря непрерывности процесса обработки они обладают высокой производительностью. Данные фрезы применяют для обработки косозубых и прямозубых цилиндрических и конических колес.

В условиях современного производства и постоянно сокращающегося жизненного цикла продукта все более важную роль играет скорость подготовки производства. Это относится и к зубчатым передачам, одной из составляющих подготовки, производства которых является проектирование и изготовление зубофасочных инструментов и наладка оборудования.

Исходя из анализа состояния вопроса, поставлена цель работы: повышение геометрической точности обработки фасок на торцах зубьев цилиндрических зубчатых колес наруэ/сного зацепления на основе развития метода проектирования червячной одновитковой фрезы.

Достижение поставленной цели автор видит в решении следующих задач:

- теоретический анализ процесса формообразования фасок червячной одновитковой фрезой;

- совершенствование метода проектирования червячных одновитковых фрез;

- разработка конструкций фрез и способов обработки фасок различных форм;

- вывод зависимостей между параметрами профиля инструмента, параметрами его установки относительно заготовки и параметрами получаемого профиля изделия;

- реализация проектного расчета и решения обратной задачи в виде прикладных компьютерных программ;

- экспериментальное подтверждение адекватности математических зависимостей результатам обработки.

Научную новизну автор видит в следующих положениях:

- в математических зависимостях, учитывающих геометрические параметры обрабатываемого зубчатого колеса, определяющих угловое положение торцовых профилей его зубьев и обеспечивающих симметричное относительно базовой плоскости, расположение фасок противоположных торцев зубьев обрабатываемого зубчатого колеса;

- в математических зависимостях, учитывающих взаимное расположение червячной одновитковой зубофасочной фрезы и обрабатываемого зубчатого колеса и определяющих профиль зубьев инструмента.

В первой главе дается обзор научно-технической литературы и ее анализ, формируются цель, задачи и научная новизна работы.

Вторая глава посвящена теоретическим аспектам процесса формообразования фасок.

В третьей главе приводится метод проектирования червячных одновитковых фрез.

Четвертая глава посвящена разработке конструкций инструмента и способов обработки фасок различных форм.

В пятой главе рассматриваются вопросы графического построения результата обработки фаски червячными одновитковыми фрезами.

Шестая глава посвящена планированию и проведению эксперимента и внедрению в производство.

Основные положения диссертации были апробированы и доложены на двух международных (Липецк - 2006, Тула — 2007) и двух межвузовских (Набережные Челны — 2005, Альметьевск - 2007) научно-технических конференциях.

Итоги диссертационной работы были доложены и одобрены на кафедрах:

Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» ГОУ ВПО «ИНЭКА»;

Технология производства двигателей» КГТУ им. Туполева;

Инструментальная техника и технология формообразования» МГТУ «СТАНКИН».

Результаты работы внедрены в:

• РУП Витебский станкостроительный завод ВИСТАН (12.10.06);

• Департамент главного технолога ОАО КАМАЗ (22.12.06);

• ОАО КАМАЗИнструментспецмаш (24.05.07);

• ГОУ ВПО ИНЭКА (15.02.08). 6

По тематике работы опубликовано 10 научных работ, из них 2 патента, 3 статьи, 5 докладов в трудах конференций.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Кондрашов, Алексей Геннадьевич

Основные выводы

1. В результате комплекса проведенных исследований разработан научно-обоснованный метод проектирования червячных одновитковых фрез учитывающий геометрические параметры обрабатываемого зубчатого колеса: модуль, число зубьев, угол профиля, угол наклона зубьев и параметры установки инструмента и заготовки в наладке: положение верхнего и нижнего торцовых профилей в начале обработки ф5 и фя, межосевого расстояния aw и расстояния от базовой плоскости до вершины первого зуба фрезы хнач .

2. Проведенные исследования показали, что погрешность А/ размера фаски без учета погрешности изготовления фрезы может достигать 0,4 мм для зубчатых колес с модулем до 6 мм, что может привести к недопустимо малому размеру фаски или ее отсутствию, либо к получению фасок большого размера и за счет уменьшения ширины активного профиля зуба.

3. Погрешность размера фаски может быть существенно снижена за счет обоснованного выбора размеров профиля зуба фрезы, включающих угол профиля зуба фрезы а0, осевой шаг зубьев Р0 и параметров установки инструмента и заготовки в наладке, включающих положение верхнего и нижнего торцовых профилей в начале обработки фв и фя, межосевого расстояния ан и расстояния от базовой плоскости до вершины первого зуба фрезы хнач .

4. Предложенная конструкция червячной одновитковой фрезы для двухсторонней обработки фасок позволяет обработать разные стороны зубьев прямозубых и косозубых зубчатых колес, а сборные конструкции одновитковых фрез позволяют повысить производительность обработки на 30 %.

5. Обоснованный подбор имеющегося инструмента может осуществляться на основе графического построения результата обработки фаски по координатам точек ее профиля X, и Yi} рассчитанным по приведенным зависимостям.

6. Внедрение результатов работы показало, что метод проектирования червячных одновитковых фрез позволяет повысить качество обработки и снизить погрешность с 0,4 мм до 0,1 мм по сравнению с фрезами, проектируемыми по методике ОГК ЗИЛ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кондрашов, Алексей Геннадьевич, 2008 год

1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т. 1. /В.И. Анурьев, 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. 920 с.

2. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т. 2. /В.И. Анурьев, 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. — 912 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. Т. 3. /В.И. Анурьев, 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. 864 с.

4. А.С. 1000187 СССР, М.кл. B23F 19/10. Устройство для обработки фасок и снятия заусенцев с торцев зубьев зубчатых колес /В .А. Поздеев,

5. A.Н. Поздеев (СССР). № 3350528/25-08; заявл. 03.11.81; опубл. 28.02.83 Бюл. № 8; приоритет 03.11.81. - 3 с.

6. Баранчиков, В.И. Справочник конструктора-инструментальщика /

7. B.И. Баранчиков, Г.Н. Кирсанов, Б.А. Кравченко, Н.С. Нерубай, Под общ. ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2006. — 542 с.

8. Бур штейн, И.Е. Механизация снятия заусенцев и фасок на зубчатых колесах / И.Е. Бурштейн, Ю.Н. Коротков, И.С. Черноморский, М.: Машиностроение, 1966, 91 с.

9. Бурштейн, И.Е. Высокопроизводительные методы зубозакругления / И.Е. Бурштейн, М: Машгиз, 1963, 174 с.

10. Гавриленко, В.А. Зубчатые передачи в машиностроении / В.А. Гаврил енко, М.: Машгиз, 1962, 532 с.

11. Дихтярь, Ф.С. Профилирование металлорежущего инструмента / Ф.С. Дихтярь, М.: Машиностроение, 1965. 152 с.

12. Ю.Егоров, С.В. Резание конструкционных материалов и режущий инструмент / Егоров С.В., Червяков А.Г. М.: Высшая школа, 1975. 192 с.11 .Иноземцев, Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов / Г.Г. Иноземцев, М.: Машиностроение, 1984. — 273 с.

13. Инструкция по проектированию одновитковых червячных фрез., М. ОГК-СТО ЗИЛ, 1978. 15 с.

14. Калашников, С.Н. Производство зубчатых колес. Справочник / С.Н. Калашников и др., Под общ. ред. Б.А. Тайца, Изд. 2-е, перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1975. — 736 с.

15. М.Калашников, А.С. Технология изготовления зубчатых колес / А.С. Калашников, М.: Машиностроение, 2004. — 480 с.

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

17. Кожевников, Д.В. Режущий инструмент / Д.В. Кожевников и др., -М.: Машиностроение, 2004. — 552 с.

18. Кондратов, А.Г. Формообразование профиля фасок на торцах зубьев зубчатых колес червячной одновитковой фрезой / А.Г. Кондрашов // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2008. - № 3.

19. Косилова, А.Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2-х т., Т. 1. / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков, М.: Машиностроение, 1985. — 656 с.

20. Косилова, А.Г. Справочник технолога-машиностроителя: в 2-х т., Т. 2. / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков, М.: Машиностроение, 1985. — 496 с.

21. Лашнев, С.И. Формообразование зубчатых деталей реечными и червячными инструментами / С.И. Лашнев, М.: Машиностроение, 1971. — 215 с.

22. Лашнев, С.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ / С.И. Лашнев, М.И. Юликов, М.: Машиностроение, 1980

23. Маталин, А.А. Технология механической обработки / А.А. Маталин, Л.: Машиностроение, 1977

24. Моисеенко, О.И. Твердосплавные зуборезные инструменты / О.И. Моисеенко, Л.Е. Павлов, С.И. Диденко, М.: Машиностроение, 1977. -189 с.

25. Морозова, В.П. Инструкция по расчету специального инструмента для образования фасок по всему контуру впадин зубьев на торцах зубчатых колес / В.П. Морозова, М.: ВНИИинструмент, 1982. 31с.

26. Ординарцев, И.А. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев и др., Под общ. ред. И.А. Ординарцева. Л.: Машиностроение, 1987. - 846 с.

27. ЗО.Палей, М.М. Технология производства металлорежущих инструментов / М.М. Палей, М.: Машиностроение, 1982. 240 с.31 .Палей, М.М. Технология шлифования и заточки режущего инструмента / М.М. Палей, Л.Г. Динбер, М.Д. Флид, М.: Машиностроение, 1988.-288 с.

28. Патент 50140 Российская Федерация, МПК B23F 19/10. Фреза червячная одновитковая для снятия фасок / Ю.Ф. Белугин, А.Г. Кондрашов. — № 2005116044; заявл. 26.05.05; опубл. 27.12.05, Бюл. № 36; приоритет2605.05.-2 с.

29. Патент 58416 Российская Федерация, МПК B23F 19/10. Фреза червячная одновитковая / Ю.Ф. Белугин, А.Г. Кондрашов. — № 2006122979/22; заявл. 27.06.06; опубл. 27.11.06 Бюл. № 33; приоритет2706.06.-2 с.

30. Патент 60885 Российская Федерация, МПК B23F 19/00. Накатной блок для снятия фасок и заусенцев / Ю.Ф. Белугин, А.Г. Кондрашов. — № 2006129338/22; заявл. 11.08.06; опубл. 10.02.07 Бюл. № 4; приоритет 11.08.06. -2 с.

31. Патент 67001 Российская Федерация, МПК B23F 19/00. Накатной зубофасочный блок / Н.А. Чемборисов, А.Г. Кондрашов. № 2007120657/22; заявл. 01.06.07; опубл. 10.10.07 Бюл. № 28; приоритет 01.06.07. -2 с.

32. Патент 67906 Российская Федерация, МПК В23В 43/00. Фреза пальцевая профильная / А.Г. Кондрашов, С.В. Базыгин № 2007118175/22, заявл. 15.05.07; опубл. 10.11.07 Бюл. № 31; приоритет 15.05.07. -2 с.

33. Патент 70474 Российская Федерация, МПК B23F 19/10. Сборная зубофасочная фреза / А.Г. Кондрашов, Ю.Ф. Белугин, Н.А. Чемборисов,. № 2007130477/22,; заявл. 08.08.07; опубл. 27.01.08 Бюл. № з; приоритет0808.07.-2 с.

34. Полохин, О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа: Справочник / О.В. Полохин, А.С. Тарапанов, Г.А. Харламов, под ред. Харламова Г.А. — М.: Машиностроение, 2007. 240 с.

35. Радзевич, С.П. Профилирование фасонного инструмента для обработки сложных поверхностей на многооперационных станках с ЧПУ / С.П. Радзевич //«Станки и инструменты», № 7, 1989.

36. Родин, П.Р. Технология изготовления зуборезного инструмента / П.Р. Родин, В.И. Климов, С.Б. Якубсон, Киев: Техника, 1982. 206 с.

37. Романов, В. Ф. Расчеты зуборезных инструментов / В. Ф. Романов, М.: Машиностроение, 1969. — 251 с.

38. Сахаров, Г.Н. Обкаточные инструменты / Г.Н. Сахаров, М.: Машиностроение, 1983. -232 с.

39. Семенченко, И.И. Проектирование металлорежущих инструментов / И.И. Семенченко, В.М. Матюшин, Г.Н. Сахаров, М.: Машиностроение, 1963. 952 с.

40. Тарасов, А.П. Фасонные фрезы с оптимальными параметрами режущей части, дис. канд. техн. наук: защищена: 1988: утв.: 1988/ А.П. Тарасов. — М.: Изд-во Мосстанкин, 1988. 265 с.

41. Федоров, Ю.Н. Профилирование обкаточного инструмента для снятия фасок по контуру цилиндрических зубчатых венцов / Ю.Н. Федоров, В.Д. Артамонов // Известия ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 175-178.

42. Федоров, Ю.Н. Обработка торцовых кромок зубьев цилиндрических колес / Ю.Н. Федоров, В.Д. Артамонов // Известия ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 33-39.

43. Фрайфельд, И.А. Расчеты и конструкции специального металлорежущего инструмента / И.А. Фрайфельд, Л.: Машгиздат, 1957. — 196 с.

44. Чемборисов, Н.А. Моделирование процесса формообразования сложных поверхностей с применением сплайнов / Н.А. Чемборисов, Л.А. Симонова // СТИН. 2004. - № 11, - С. 26-29.

45. Чемборисов, Н.А. Компьютерная модель процесса обработки торцев зубьев зубчатых колес червячной одновитковой фрезой / Н.А. Чемборисов, А.Г. Кондратов // СТИН. 2008. - № 5, - С. 11-13.

46. Чемборисов, Н.А. Методика проектирования червячных одновитковых зубофасочных фрез / Н.А. Чемборисов, А.Г. Кондратов // Справочник. Инженерный журнал. — 2005. — № 8, — С. 22-27.

47. Чемборисов, Н.А. Червячная одновитковая фреза для снятия фасок на торцах зубьев цилиндрических прямозубых колес / Н.А. Чемборисов, А.Г. Кондратов //Металлообработка. 2006. № 1, - С. 12-15.

48. Чемборисов, Н.А. Использование трехмерной графики для моделирования обработки торцев зубьев зубчатых колес / Н.А. Чемборисов, А.Г. Кондрашов // Материалы научной сессии ученых по итогам 2006 года. -Альметьевск: АГНИ, 2007. С. 116-120.

49. Цвис, Ю.В. Профилирование режущего обкатного инструмента / Ю.В. Цвис, М.: Машгиз, 1961. 156 с.

50. Цепков, А.В. Профилирование затылованных инструментов / А.В. Цепков, М.: Машиностроение, 1979. 150 с.

51. Litvin F.L. Development of Gear Technology and Theory of Gearing. Chicago: University of Illinois, 1997. 120 p.

52. Pat. № 4068558 USA, Int.Cl. B23F 19/06. Device for deburring or chamfering of the face edges of gears /Н. Loos. Apl. № US705269 filled 14.07.1976; date 17.01.78 - 8 p.

53. Pat. № 4155677 USA, Int.Cl B26D 1/12. Toothed tool for the cutting deburring of gears /Н. Loos. Apl. № US855984 filled 30.11.1977; date 22.05.79 -8 p.

54. Pat. № 6571475 USA, Int.Cl. B21D 58/23. Method of chamfering and deburring gear teeth, device implementing such a method, and relative tool /U. Tomei. Apl. №> US20000544859 filled 07.04.2000; date 03.06.03 - 9 p.

55. Pat. № 6939039 USA, Int.Cl. B23F 5/22. Chamfer hob and method of use thereof/J.L. Arvin, H.A. Grubel. Apl. № 20040109735 filled 10.06.04; date 06.09.05.-11 p.

56. Патенты РФ на полезную модель1. ИА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ50140

57. ФРЕЗА ЧЕРВЯЧНАЯ ОДНОВИТКОВАЯ ДЛЯ СНЯТИЯ1. ФАСОК11атен'гообладатель{ли): Открытое акционерное общество "КАМАЗ" (RU)1. Щр.-- щ * ••• 4 ^ -■% , .

58. Автор(м): Белугин Юрий Федорович (RU), Кондратов Алексей Геннадьевич (RU)

59. Заявка № 2005116044 Приоритет полезной модели 26 мая 2005 г. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 27 декабря 2005 г. Срок действия патента истекает 26 мая 2010 г.

60. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам1. Б.П. Симонов1. НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ58416

61. ФРЕЗА ЧЕРВЯЧНАЯ ОДНОВИТКОВАЯ

62. Патентообладателе ли): Открытое акционерное общество1. КАМАЗ "(RU)

63. Автор(ы): Белугин Юрий Федорович (RU), Кондратов Алексей Геннадьевич (RU)1. Заязка№ 2006122979

64. Приоритет полезной модели 27 июня 2006 г. Зарегастрировано в Государственном рсестрс полезных моделей Российской Федерации 27 ноября 2006 г. Срок действия патента истекает 27 ИЮНЯ 2011 Г.

65. Руководитель Федеральной службы по интелле собственности, патентам и товарным знакам1. В.П. Симоновшошлшая Фаддамрщ1. НЛ ПОЛЕЗНУЮ модель70474

66. СБОРНАЯ ЗУБОФАСОЧНАЯ ФРЕЗА

67. Пате нтообладател ь{ л и): Открытое акционерное общество "КАМАЗ" (RU)

68. Автор(ы): Кондратов Алексей Геннадьевич (RU), Белугин Юрий Федорович (RU), Чемборисов Наиль Анварович (RU)1. Заявка №2007130477

69. Приоритет полезной модели 08 августа 2007 г, Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерании 27января2008г. Срок действия патента истекает 08 августа 2017 г.

70. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам1. БЛ. Симонов