WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Артамонов Валерий Дмитриевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНоСТИ ЗУБОНАРЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С ПРОДОЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИЕЙ ЗУБЬЕВ

Специальности: 05.02.07 – Технология и оборудование

механической и физико-технической обработки;

05.02.08 – Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тула 2011

Работа выполнена в

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

       Научный консультант:        доктор технических наук, профессор

                                               Грязев Михаил Васильевич;

       Официальные оппоненты:  доктор технических наук, профессор

                                               Гречишников Владимир Андреевич;

                                               доктор технических наук, профессор

                                               Кондаков Александр Иванович;

                                               доктор технических наук, профессор

                                               Тарапанов Александр Сергеевич

       Ведущая организация: ОАО «Тулаточмаш», г. Тула.

       Защита диссертации состоится 8 ноября 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, проспект Ленина, д. 92, ауд. 9-101.

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «___» сентября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                 А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Важнейшей проблемой современного машиностроения является определение путей реализации перспективных инновационных технологий, создающих прочный фундамент модернизации экономики страны. При этом в первую очередь должны учитываться экономические возможности действующих производств.

В различных изделиях машиностроения используются зубчатые передачи, которые оказывают существенное влияние на их эксплуатационные характеристики. Обладая высоким КПД, компактностью и надежностью, они находят широкое применение в машинах и механизмах в различных отраслях машиностроения: в станках, автомобилях, мототехнике, сельскохозяйственной технике, машинах и технических комплексах оборонного назначения и др.

Характерными особенностями зубчатых колес являются сложность геометрической формы и взаимосвязь размерных параметров, которые должны быть выполнены достаточно точно даже для колес неответственных передач. При изготовлении зубчатых колес наиболее трудоемкими и технологически сложными являются операции формообразования зубьев в соответствии с требованиями по точности и качеству. Несмотря на непрерывное совершенствование технологических процессов изготовления зубчатых колес даже в отраслях машиностроения, характеризуемых крупносерийным производством, трудоемкость операций зубообработки остается очень высокой и составляет свыше 50 % общей трудоемкости механической обработки зубчатых колес.

Конкурентоспособность изделий машиностроения во многом определяется уровнем качества продукции. Качество цилиндрических зубчатых передач характеризуется различными показателями и определяется параметрами точности зубчатых колес. В настоящее время наметилась тенденция нормирования параметров точности цилиндрических зубчатых колес, заключающаяся в переходе к контролю кинематических и динамических функциональных показателей (согласованности вращения, безударной работы, прилегания поверхностей зубьев). Одним из важнейших комплексных показателей точности зубчатых передач является величина и расположение суммарного пятна контакта, которое оказывает влияние на нагрузочную способность передачи и определяет ряд параметров, характеризующих качество передачи, таких как уровень шума и др.

Перспективным направлением повышения качества цилиндрических зубчатых передач является изготовление колес с продольной модификацией зубьев, гарантирующее локализованное по середине зуба расположение и регламентированную ГОСТ 1643-81 ширину пятна контакта, что обеспечивает снижение чувствительности передач к погрешностям изготовления и монтажа.

С учетом большой потребностей промышленности в зубчатых колесах, из которых свыше половины составляют цилиндрические прямозубые колеса с внешним зацеплением, создание инновационных технологий на основе разработки новых высокопроизводительных процессов зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев, позволяющих повысить качество сопряжения цилиндрических зубчатых передач, является актуальной научной проблемой.

       Работы выполнялись в соответствии с грантами РФФИ (№96-15-98241-л, 1996-1998 гг.; №00-15-99064-л 2000-2002гг.; РФФИ-офи-центр 08-08-99006 2008-2009гг.; РФФИ-р-офи 09-08-99005 2009г.); грантами Президента РФ для поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (№ НШ-1920.2003.8 2003-2005гг.); тематикой важнейших НИР ТулГУ, утвержденных Минобрнауки РФ (госбюджетные темы №21-76 1997-1998 гг.; №36-01; №06-05); c отраслевой темой министерства оборонной промышленности НГ5-406-82; координационным планом Тульского машиностроительного завода и НИТИ "Прогресс" (г. Ижевск); с хоздоговорными темами №76-509, №78-385/2 и №82-120/2 и др.

       Объектом исследования являются технологии зубообработки цилиндрических колес, обеспечивающие повышение качества зубчатых передач.

       Предметом исследования является анализ и синтез технологических схем, способов, инструментов и оборудования для нарезания продольно-модифицированных зубьев цилиндрических зубчатых колес среднего модуля.

Цель работы. Повышение качества цилиндрических зубчатых передач и производительности зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев.

Достижение поставленной цели потребовало постановки и решения задач:

1) анализ технологических схем зубообработки цилиндрических колес и выявление перспективных направлений повышения эффективности зубонарезания;

2) разработка высокоэффективных способов зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев прогрессивными инструментами - резцовыми головками большого диаметра и методик проектирования зуборезных обкатных резцовых головок;

3) разработка методики объективного сравнительного анализа производительности процессов зубонарезания и проведение сравнительного анализа производительности традиционных способов зубонарезания цилиндрических колес и перспективных способов зубонарезания резцовыми головками;

4) исследование возможностей повышения эффективности зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками на основе моделирования процесса формообразования зубчатых поверхностей по методу обката;

5) обоснование малооперационной технологической схемы согласованного зубонарезания цилиндрических колес с различной продольной модификацией зубьев;

6) моделирование процессов формообразования продольно-модифицированных зубчатых поверхностей цилиндрических колес при зубонарезании резцовыми головками с учетом последующего их сопряжения в зубчатых передачах;

7) разработка прогрессивных конструкций зуборезных резцовых головок и обкатно-делительного механизма нового типа, а также рекомендаций по практической реализации инновационных технологий зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории эвольвентных зубчатых передач, теории формообразования эвольвентных зубчатых поверхностей по методу обката, теории проектирования режущих инструментов, теории резания, технологии машиностроения. Использованы методы математического анализа, аналитической геометрии, математического моделирования и компьютерного 3D моделирования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедр «Технология машиностроения» и «Инструментальные и метрологические системы» ТулГУ, в отделе КТОИиН ОАО «АК «Туламашзавод» с использованием производственного оборудования, средств технологического и метрологического оснащения. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием методов аппроксимации и математической статистики.

Автор защищает:

- перспективные направления совершенствования технологии зубообработки цилиндрических колес: разработка высокопроизводительных процессов зубонарезания и создание малооперационных технологий зубообработки, сформулированные в результате анализа технологических схем зубообработки;

- высокоэффективные способы зубонарезания цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев дисковыми и дельтовидными резцовыми головками большого диаметра (D0 = 200…400 мм);

- методики проектирования резцовых головок для зубонарезания цилиндрических колес, учитывающие особенности схем формообразования по методу обката;

- методику сравнительного анализа производительности способов зубонарезания, основанную на сопоставлении физических технологических и конструктивных параметров, позволяющую объективно оценить потенциальные возможности различных способов, блок-схему, программу и результаты сравнительного анализа производительности способов зубонарезания, позволившие определить области их эффективного применения и выявить наиболее перспективные способы;

- функциональные модели способов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками по методу обката и аналитические зависимости, описывающие взаимосвязи параметров обрабатываемых зубчатых колес (модуль – m, число зубьев – z1, ширина зубчатого венца – b1), физических (толщина – a и площадь срезаемого слоя – F, усилие резания – Pz), кинематических (скорость относительного движения формообразования – Vф) и технологических (скорость резания – V, скорость движения подачи обката – VSобк) параметров процессов зубонарезания и конструктивных параметров зуборезных инструментов (диаметр – D0 и число режущих зубьев – z0), позволяющие реализовать рациональные схемы формообразования зубчатых поверхностей;

- способ управления параметрами схемы вырезания впадины (толщиной – a и площадью срезаемых слоев – F) при обкатывающем зубопротягивании цилиндрических колес резцовыми головками путем изменения конструктивных параметров (окружного шага расположения резцов – tокр) зуборезных инструментов, позволяющий повысить производительность и стабилизировать силы резания;

- малооперационную технологическую схему согласованного зубонарезания колес цилиндрических передач с продольной модификацией зубьев различной формы (вогнутых и бочкообразных), обеспечивающую локализованное по середине зубчатого венца расположение пятна контакта эллипсовидной формы;

- зависимости для определения величины продольной модификации зубьев обрабатываемых цилиндрических колес, полученные на основе моделирования процессов формообразования продольно-модифицированных зубьев при зубонарезании резцовыми головками;

- методику определения диаметров зуборезных инструментов и углов наклона осей дельтовидных резцовых головок, гарантирующих получение пятна контакта зубьев колес цилиндрической передачи не менее регламентированной ГОСТом ширины, созданную с учетом сопряжения продольно-модифицированных зубьев цилиндрических колес в зубчатых передачах;

- технологичные конструкции зуборезных дисковых и дельтовидных резцовых головок, спроектированные на основе принципа полной взаимозаменяемости резцов с механическим креплением режущих пластин;

- конструкцию обкатно-делительного механизма без шарнирного соединения эталонной зубчатой рейки, позволившую повысить производительность и точность зубонарезания на модернизированных серийных фрезерных станках;

- рекомендации по практической реализации инновационных технологий зубообработки цилиндрических колес резцовыми головками, позволяющие осуществлять эффективную модернизацию действующих производств с минимальными затратами времени и средств не зависимо от объема выпуска;

- внедрение результатов работы в производство и в учебный процесс.

Научная новизна:

       специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и  физико-технической обработки

- разработана методика кинематического анализа зубонарезания цилиндрических колес, основанная на сопоставлении физических параметров процесса формообразования по методу обката, позволившая осуществить объективное сравнение производительности различных способов зубонарезания и обосновать эффективность применения способов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками;

- предложен метод управления параметрами схемы вырезания впадины (толщиной и площадью срезаемых слоев) при обкатывающем зубопротягивании цилиндрических колес путем расположения резцов зуборезных резцовых головок с монотонно возрастающим окружным шагом, позволяющий повысить производительность зубонарезания;

       специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

- выявлены потенциальные возможности новых способов зубонарезания цилиндрических колес с продольно-модифицированными зубьями дисковыми и дельтовидными резцовыми головками, позволяющие создать малооперационную технологическую схему согласованной зубообработки колес цилиндрических передач, обеспечивающую повышение их качества по параметрам пятна контакта;

- установлена взаимосвязь параметров процессов зубонарезания продольно-модифицированных зубчатых поверхностей цилиндрических колес резцовыми головками и ширины пятна контакта в зубчатых передачах, на основе которой выявлены условия локализации пятна контакта по середине зуба и разработана методика определения диапазона углов наклона осей дельтовидных резцовых головок, гарантирующих получение регламентированной ГОСТом ширины пятна контакта.

Практическая значимость:

- разработаные методика, алгоритм и пакет прикладных программ сравнительного анализа производительности способов зубонарезания цилиндрических колес позволяют выявить диапазон параметров нарезаемых колес для рационального применения различных способов зубонарезания, обосновать повышение производительности зубонарезания резцовыми головками в 2…6 раз по сравнению с традиционным зубофрезерованием червячными фрезами, и осуществлять выбор наиболее эффективных способов зубонарезания конкретных зубчатых колес в условиях производственных технологических служб;

- предложенная инновационная технология согласованного зубонарезания цилиндрических колес с различной продольной модификацией зубьев позволяет повысить качество зубчатых передач по параметрам пятна контакта;

- разработанные высокотехнологичные конструкции зуборезных резцовых головок с использованием взаимозаменяемых резцов с механическим креплением режущих пластин из современных инструментальных материалов, быстродействующее обкатно-делительное устройство нового типа и унифицированный контрольно-заточной комплекс технологической оснастки обеспечивают эффективную реализацию прогрессивных способов зубонарезания цилиндрических колес в производствах различного типа, а также позволяют осуществить модернизацию действующих производств цилиндрических зубчатых колес на предприятиях машиностроения с минимальными затратами времени и средств.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на ОАО «АК «Туламашзавод», ОАО «ТОЗ», ФГУП «ГНПП «Сплав». Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах лекций «Технология машиностроения», «Обработка сложных поверхностей», «Режущий инструмент» и «Инструмент для обработки эвольвентных зубчатых колес», при курсовом и дипломном проектировании, выполнении ВКР и магистерских диссертаций по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на следующих совещаниях, семинарах и научно-технических конференциях: на ВНТК Москва, 1985; Тула, 1988; Курган, 1988; Брянск, 1990; Николаев, 1990; на РНТК Ижевск, 1989; Рыбинск, 1994 и 1999; на МНТК Донецк, 1995 и 1996, 2000, 2001 и 2002; Тула, 1996, 1997, 2000, 2002, 2003, 2005, 2008; Москва, 1996, 2000; Ижевск, 1996; Калининград, 1998; Брянск, 1998, 2006; Донецк – Севастополь, 1999 и 2004; Орел, 2000 и 2001; Харьков, 2002, 2004 и 2007;

За комплекс работ по созданию прогрессивных технологий зубообработки автор в составе коллектива в 2005 г. был удостоен звания лауреата премии им. С.И. Мосина, а в 2008 г. - премии им. акад. Б.С. Стечкина.

Публикации. Основные научные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 2-х монографиях; в 31 статье в научных изданиях, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук», и приравненных к ним, получено патентов РФ на изобретение – 4; в 52-х статьях в сборниках научно-технических трудов, из них статей без соавторства – 11.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка из 255 наименований на 380 страницах основного машинописного текста, 6 приложений, содержит 101 рисунок и 11 таблиц. Общий объем - 456 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы решаемая научная проблема, цель и задачи работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования, практическая ценность и реализация работы, приводятся данные об апробации работы, о публикациях, структуре и объеме диссертационной работы.

В первой главе на основе опубликованных данных проведен анализ номенклатуры изготавливаемых в машиностроении цилиндрических зубчатых колес (ЦЗК). Обоснована целесообразность выделения одновенцовых зубчатых колес с модулем в диапазоне m = 2…5 мм, составляющих до 80% от общего количества выпускаемых типоразмеров, в отдельную классификационную подгруппу как по технологическому признаку их изготовления (однопроходное зубонарезание с последующей чистовой зубообработкой), так и по применяемым технологическому оборудованию и инструменту. Эти колеса определены в качестве объекта для исследования в данной диссертационной работе.

Анализ традиционной технологической схемы изготовления ЦЗК показал, что основным ее недостатком является многоэтапное формообразование зубчатого венца, осуществляемое путем последовательного выполнения нескольких операций зубообработки.

На основе анализа многочисленных научных публикаций определены технологические возможности традиционных способов зубонарезания ЦЗК: червячного зубофрезерования, зубодолбления и др. Главной особенностью зубонарезания червячными фрезами является наличие жесткой кинематической связи между движениями формообразования и резания, что существенно ограничивает возможности эффективного использования режущих свойств современных инструментальных материалов. При зубодолблении такая возможность теоретически имеется, но практически ограничивается возвратно-поступательным характером прямолинейного движения резания. Сформулирован вывод о целесообразности разработки новых процессов зубонарезания, сочетающих положительные особенности известных.

Выявлены основные направления совершенствования традиционной технологической схемы зубообработки ЦЗК: разработка высокопроизводительных способов зубонарезания; создание малооперационных технологий зубообработки.

Проанализированы перспективы применения прогрессивных технологических схем зубообработки ЦЗК, основанных на различных методах формообразования: копирования, обката, комбинированных схем с использованием современных зуборезных инструментов - резцовых головок (РГ) большого диаметра.

На основе аналитического обзора литературы определены основные направления повышения производительности зубонарезания ЦЗК: повышение скорости резания; увеличение подач; сокращение пути резания; увеличение режущего периметра инструмента; реализация рациональных схем резания; управление параметрами процессов зубонарезания. Осуществлен анализ традиционных и прогрессивных способов зубонарезания, исходя из возможности реализации максимального количества указанных направлений.

Вторая глава посвящена разработке высокоэффективных способов зубонарезания ЦЗК РГ большого диаметра.

Значительный вклад в развитие теории зубообработки ЦЗК внесли Адам Я.И., Борискин О.И., Валиков Е.Н., Гавриленко В.А., Калашников С.Н., Калашников А.С., Клепиков В.В., Клепиков В.Д., Коганов И.А., Лашнев С.И., Литвин Ф.А., Ничков А.Г., Овумян Г.Г., Петрухин С.С., Протасьев В.Б., Родин П.Р., Сегаль М.Г., Семенченко И.П., Сухоруков Ю.Н., Тайц Б.А., Ушаков М.В., Шишков В.А., Цвис Ю.В., Юликов М.И., и др.

Успешные работы по совершенствованию зубонарезания ЦЗК проводятся на кафедре технологии машиностроения (ТМС) Тульского государственного университета (ТулГУ) с 60-х годов прошлого века. Основателем технологической научной школы и руководителем этого направления был Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д. т. н., проф. И.А. Коганов. В дальнейшем работы по данной тематике были продолжены многочисленной группой его учеников: Бобковым М.Н., Валиковым Е.Н., Васиным Л.А., Маликовым А.А., Федоровым Ю.Н., Феофиловым Н.Д., Ямниковым А.С., Гусевым Г.В., Малаховым Г.В. и др. Данное исследование является продолжением и развитием работ по совершенствованию технологий и разработке прогрессивных способов зубонарезания ЦЗК РГ.

Комплекс работ проводился в тесном сотрудничестве с Тульским машиностроительным заводом. В результате был разработан целый ряд новых способов предварительного зубонарезания и чистовой зубообработки ЦЗК, сочетающих в себе положительные стороны известных и широко применяемых способов:

- отсутствие жесткой кинематической связи движений формообразования и резания, что позволяет эффективно использовать режущие свойства современных инструментальных материалов и значительно повысить скорость резания;

- возможность реализации рациональных схем резания;

- сокращение количества технологических подач и длины пути резания.

Первоначально были реализованы способы зубонарезания гребенчатыми фрезами и твердосплавными дисковыми резцовыми головками (ДРГ).

Способ зубонарезания ДРГ на модернизированном горизонтально-фрезерном станке 6М82Г был внедрен на ОАО “АК Туламашзавод” для ЦЗК модуля m = 2,5 мм коробки передач мотороллера. Производственный опыт подтвердил высокую производительность процесса (1,5...2 с/зуб) и стабильность получения параметров точности обрабатываемых колес в пределах 7...8-й степеней точности по ГОСТ 1643-81, что свидетельствует о правильно выбранном направлении совершенствования процессов зубонарезания ЦЗК.

Вместе с тем были выявлены определенные недостатки данного процесса:

- негативное влияние качательного движения эталонной обкатной рейки на точность шагового параметра нарезаемых колес;

- отсутствие осевой подачи приводит к образованию вогнутости дна вырезаемой впадины и боковых поверхностей зубьев, определяемой по формуле

, (1)

где b – ширина зубчатого венца; D0 – наружный диаметр резцовой головки;  α – угол профиля зуба производящей рейки;

- вследствие невысокой прочности режущих пластин из твердого сплава, для формообразования каждой впадины требуется большое количество резов;

- значительные потери времени в каждом цикле зубонарезания на выполнение вспомогательных движений подвода, возврата, деления и отвода.

Анализ потенциальных возможностей способа зубонарезания ЦЗК с помощью ДРГ показал, что существует достаточно большой резерв увеличения производительности обработки по методу z-кратного обката. Из формулы

    (2)

следует, что для повышения производительности процесса необходимо исключить или свести к минимуму время вспомогательных движений, осуществляемых при подводе, возврате, делении и отводе. Данная задача может быть решена путем совмещения этих движений во времени.

Последующие работы подтвердили целесообразность создания новых перспективных схем формообразования зубчатых венцов по методу прерывистого  z-кратного обката с использованием различных РГ. Одной из таких перспективных схем, позволяющих реализовать резерв повышения производительности, является способ z-кратного обкатывающего зубопротягивания ДРГ (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема способа z-кратного обкатывающего зубопротягивания ЦЗК

При использовании этой схемы осуществляются все движения, необходимые для формобразования зубчатых поверхностей колеса методом обката. ДРГ имеют незаполненный резцами сектор для установки заготовки в радиальном направлении на полную высоту зуба, следовательно, не требуется осуществлять подвод и отвод заготовки. В осевом направлении середина обрабатываемого зубчатого венца совмещается с осевой плоскостью инструмента.

Цикл вырезания впадины с односторонним обкатом состоит из главного движения - обката, и двух вспомогательных - возврата в исходное положение и деления на зуб. Вырезание впадины ЦЗК начинается с обката заготовки вдоль оси инструмента, при этом движение обката начинается в точке касания вершиной режущего лезвия заготовки и заканчивается сразу после последнего реза. В этом случае длина обката lобк , включающая пути подвода, врезания и перебега, получается минимальной. Возврат заготовки в исходное положение и ее деление на один зуб осуществляются одновременно во время прохождения свободного сектора Θсв РГ. При этом время вспомогательных движений сокращается.

За каждый оборот инструмента осуществляется цикл вырезания одной впадины обрабатываемого зубчатого венца. Для полной обработки колеса РГ необходимо совершить z1 оборотов. Следовательно, производительность процесса определяется частотой вращения инструмента, которая устанавливается исходя из марки материала режущей части инструмента и быстродействия обкатно-делительного механизма станка.

Диаметр РГ, работающей по схеме обкатывающего зубопротягивания, зависит от минимально необходимого количества режущих элементов, которое в свою очередь определяется допустимой нагрузкой на режущие кромки. В работе разработана методика расчета минимальных количества резцов и диаметра зуборезной РГ, учитывающая особенности формообразования по схеме обкатывающего зубопротягивания. Обоснована необходимость перехода к обкатно-делительному механизму с прямолинейными возвратно-поступательными движениями эталонных реек, позволяющему совместить по времени вспомогательные движения возврата заготовки в исходное положение и ее деления на один зуб.

Проведенные исследования подтвердили возможность достижения высокой производительности зубонарезания при переходе к схеме обкатывающего зубопротягивания. Время обработки одной впадины ЦЗК (m=2,5мм) РГ диаметром D0 = 350 мм с взаимозаменяемыми резцами, оснащенными пластинами из быстрорежущей стали, составляет: для стали Р6М5 при скорости резания V = 40 м/мин tz = 1,5 с/зуб; для стали Р6М5К5 при V = 60 м/мин tz = 1,0 с/зуб.

В результате работ по созданию новых способов зубообработки ЦЗК, долгое время успешно проводимых на кафедре технологии машиностроения (ТМС) ТулГУ, была спроектирована целая гамма различных конструкций зуборезных РГ большого диаметра. Анализ способов зубообработки ЦЗК различными РГ с точки зрения возможности повышения производительности зубонарезания, обеспечения точности параметров и качественных показателей обрабатываемых ЦЗК позволил сформулировать принципы, являющиеся основой для создания новых высокоэффективных способов зубообработки ЦЗК РГ:

- наличие оптимальной взаимосвязи движений резания и формообразования;

- применение прогрессивных конструкций инструментов - зуборезных РГ;

- использование современных инструментальных материалов;

- реализация рациональных схем резания путем управления параметрами процессов зубонарезания и зуборезных инструментов;

- возможность нарезания ЦЗК с продольной модификацией зубьев, улучшающей качественные характеристики передачи.

Проведенный анализ способов зубообработки ЦЗК зуборезными РГ большого диаметра позволил выделить как наиболее перспективные:

- зубонарезание ДРГ по схеме z-кратного обкатывающего зубопротягивания;

- зубообработку спаренными дельтовидными РГ по схеме z-кратного обката.

С целью подтверждения высокой производительности способов зубонарезания ЦЗК РГ был осуществлен количественный сравнительный анализ традиционных способов зубонарезания ЦЗК и прогрессивных способов зубонарезания РГ.

В третьей главе осуществлен сравнительный анализ производительности способов зубонарезания ЦЗК. Задача объективного сравнения способов зубонарезания потребовала разработки методики, в основу которой положены обобщенный анализ кинематики рассматриваемых процессов как разновидностей метода формообразования зубчатых поверхностей и сопоставление параметров, отражающих реальные условия обработки (физических параметров срезаемых слоев, технологических параметров процессов обработки и др.). Известный научно обоснованный метод кинематического анализа процессов обработки лезвийным инструментом Этин А.О. основывается на представлении, что наиболее полными показателями эффективности любого процесса являются производительность и стоимость обработки деталей требуемого качества. Следовательно, отношения времён и стоимости выполнения одного и того же технологического перехода различными способами являются объективными критериями при их сравнительном анализе. Отношение основных времён можно выразить в виде непрерывной функции параметров обрабатываемой детали (модуля, размеров, чисел зубьев), физических параметров срезаемых слоев (толщины и ширины) или технологических параметров процесса обработки (глубины резания и подачи)

  (3)

Базовая методика предусматривает в качестве основного сопоставимого параметра среднюю толщину среза aср.

Однако это недопустимо при зубонарезании по методу обката, когда вследствие специфики схемы резания толщина среза резко изменяется от максимума в начале вырезания впадины до значения близкого к нулю - в конце. Назначение подачи по среднему значению толщины среза может привести к перегрузке режущих кромок в начальный момент формообразования. Поэтому целесообразным является выбор в качестве основного сопоставимого параметра максимальной величины среза amax, так как технологическая подача назначается, как правило, исходя из величины максимальной силы резания.

Таким образом, в предлагаемой методике основными сопоставимыми параметрами при сравнении процессов зубонарезания являются скорость резания и максимальная толщина среза , характеризующая наибольшую нагрузку на единицу длины режущей кромки. Для способов чистовой зубообработки в качестве сопоставимых могут быть выбраны параметры точности, например, погрешность профиля зуба, высота профильной огранки или величина продольной модификации, характеризующие качество получаемых зубчатых колес.

В соответствии с предложенной методикой разработан алгоритм сравнительного анализа производительности способов зубонарезания ЦЗК:

1) для каждого анализируемого способа величина максимальной толщины элементарного среза выражается как функция от технологической подачи или от конструктивных параметров инструмента ;

2) c целью обеспечения одинаковых условий процессов резания задается основное условие равной загрузки режущих кромок (для одинаковых инструментальных материалов выдерживается равенство , при использовании различных материалов режущей части инструментов должно соблюдаться соотношение , где k - коэффициент, учитывающий различие режущих свойств и предела прочности инструментальных материалов);

3) определяется соотношение технологических подач (S2/S1) либо конструктивных параметров, определяющих толщину срезаемого слоя, например, числа резцов или диаметров инструментов (z02/S1, D02/S1, S2/z01, S2/D01);

4) основное время выполнения технологического перехода зубонарезания сравниваемыми способами выражается в виде функции технологических параметров процесса или конструктивных параметров инструмента ;

5) определяется относительная производительность (отношение основных времён) сравниваемых способов зубонарезания в одинаковых условиях .

Объективность результатов сравнительного анализа производительности способов зубонарезания во многом зависит от достоверности используемых соотношений параметров срезаемых слоев металла в процессе формообразования впадины зубчатого колеса и технологических параметров перехода зубообработки. Анализ имеющихся формул для определения толщин срезаемых слоев при формообразовании впадин ЦЗК различными способами позволил скорректировать их с учетом возможности решения задачи сравнительного анализа на ЭВМ.

Для способов зубонарезания РГ получены новые аналитические зависимости. Из схемы вырезания впадины ЦЗК методом обката, фрагмент которой показан на рисунке 2, может быть определена максимальная толщина срезаемого слоя для наиболее нагруженной, периферийной кромки инструмента:

. (4)

Выразив для способа зубонарезания ДРГ по методу обката (рисунок 3) последовательно элементарный угол Δφ и угол обката через временные параметры и и через технологические и конструктивные параметры, получим

  . (5)

Максимальная толщина элементарного среза соответствует моменту начала входа зуба производящей рейки во впадину зубчатого колеса, то есть первому полному резу. Следовательно, значение начального угла обката равно

  .  (6)

Рисунок 2. Схема определения максимальной толщины среза при зубонарезании методом обката

Рисунок 3. Схема зубонарезания

ДРГ по методу z-кратного обката

Для способа обкатывающего зубопротягивания ДРГ (см. рисунок 13) максимальная толщина элементарного среза определяется по зависимости (4), а элементарный угол обката - по формуле:

. (7)

Соотношение технологической подачи обката при зубонарезании твердосплавными ДРГ и осевой подачи червячного зубофрезерования определяется

. (8)

Соотношение числа резцов головки для обкатывающего зубопротягивания и осевой подачи при червячном зубофрезеровании определяется зависимостью:

 

  .  (9)

Отношения основных времён сравниваемых способов зубообработки выражены в виде относительной производительности - непрерывной функции параметров обрабатываемого колеса и технологического перехода зубонарезания:

- для зубофрезерования червячными фрезами и зубонарезания ДРГ

;(10)

- для червячного зубофрезерования и обкатывающего зубопротягивания

.  (11)

Аналогичные зависимости для определения максимальной толщины элементарного срезаемого слоя, соотношения технологических и конструктивных параметров, основного времени зубообработки и относительной производительности получены для всех анализируемых способов зубонарезания ЦЗК.

Объективный сравнительный анализ эффективности способов зубонарезания ЦЗК представляет собой сложную и трудоемкую многоэтапную задачу, требующую большого объема вычислений. В связи с этим была разработана программа “сравнение времени формообразования” (“comparison time forming” - CTF), позволяющая достоверно, быстро и наглядно осуществлять сравнительный анализ производительности способов зубонарезания ЦЗК на персональном компьютере. Программа работает в среде “Delphi” в диалоговом режиме. В основу программы положена разработанная новая методика кинематического анализа.

Блок-схема анализа производительности способов зубонарезания ЦЗК представлена на рисунке 4. Базовый список способов зубонарезания включает:

1) зубофрезерование однозаходными червячными фрезами с осевой подачей;

2) зубофрезерование многозаходными червячными фрезами;

3) зубофрезерование червячными фрезами с радиальной подачей;

4) зубодолбление дисковыми долбяками;

5) зубострогание зуборезными гребенками;

6) зуботочение обкаточными резцами;

7) зубонарезание гребенчатыми фрезами;

8) зубонарезание дисковыми твердосплавными резцовыми головками;

9) круговое и кругодиагональное зубопротягивание;

10) зубонарезание одновитковыми резцовыми головками;

11) обкатывающее зубопротягивание дисковыми резцовыми головками.

В список наряду с широко применяемыми способами включен ряд прогрессивных способов зубонарезания РГ большого диаметра.

Программа предусматривает возможность решения задач двух типов:

1-й тип – исследовательский, сравнительный анализ эффективности различных способов зубонарезания ЦЗК в широком диапазоне изменения их параметров;

2-й тип – прикладной, выбор наиболее эффективного способа для зубонарезания конкретных ЦЗК в производственных условиях.

Рисунок 4. Блок-схема сравнительного анализа

производительности способов зубонарезания

Программа предусматривает три уровня решения задачи сравнительного анализа способов зубонарезания ЦЗК:

1-й уровень – определение взаимосвязи физических параметров (максимальной толщины среза) и технологических (конструктивных) параметров процессов;

2-й уровень – расчет соотношения технологических подач или других параметров способов зубонарезания, определяющих толщину срезаемого слоя и производительность обработки (при отсутствии движения подачи, например, для кругового и кинематического зубопротягивания таким параметром является число режущих зубьев или диаметр инструмента);

3-й уровень – расчет основных времен и относительной производительности зубонарезания цилиндрических колес различными способами.

Результаты расчетов на каждом предыдущем уровне в виде четырехмерных массивов являются исходными данными для следующего уровня.

Программа “CTF” содержит большие массивы данных из ГОСТов, нормативов режимов резания и др., имеет удобный для пользователей интерфейс. Расчеты производятся быстро и точно. Результаты расчетов наглядно представляются в виде таблиц и двухмерных графиков. Блочно-модульная структура программы позволяет расширять область исследования, добавляя новые способы к списку анализируемых способов зубонарезания ЦЗК, а также рассматривая влияние различных параметров на производительность процессов зубонарезания. Наряду с проведением научного анализа способов зубонарезания ЦЗК, ее можно использовать в прикладных целях для выбора наиболее эффективных способов зубообработки в конкретных производственных условиях.

Сравнительный анализ производительности проведен для всех способов зубонарезания, включенных в список. В качестве базового для сравнения принято зубофрезерование червячными фрезами с осевой подачей, поскольку процесс является традиционным и широко распространен в современном машиностроительном производстве. Сравнение с ним дает объективные данные о потенциальных возможностях повышения производительности при использовании новых способов зубообработки цилиндрических колес РГ в условиях реального производства.

С помощью программы “CTF” решены задачи трех уровней. Результаты исследований в виде графиков объективно и наглядно иллюстрируют преимущества прогрессивных способов зубонарезания твердосплавными ДРГ (рисунок 5) и обкатывающего зубопротягивания ДРГ (рисунок 6) и позволяют установить область их эффективного применения. В ходе анализа было исследовано влияние параметров нарезаемых ЦЗК (m, z1, b1) на характер изменения относительной производительности τ. Изломы на графиках вызваны дискретным изменением диаметра da0 и числа стружечных канавок z0 стандартных червячных фрез. При этом диаметр ДРГ практически не меняется.

В результате сравнительного анализа червячного зубофрезерования и зубонарезания твердосплавными ДРГ (см. рисунок 5) выявлено:

а

б

в

Рисунок 5. Относительная производительность червячного зубофрезерования и зубонарезания твердосплавными ДРГ в зависимости: а - от модуля и числа зубьев; б - от числа зубьев и ширины зубчатого венца; в - от ширины зубчатого венца и числа зубьев

1. Основное время зубонарезания ЦЗК твердосплавными ДРГ в 2...5 раз меньше времени червячного зубофрезерования с осевой подачей, в диапазоне модулей  m = 2...5 мм, чисел зубьев z1 = 15...50 и ширины зубчатого венца b1= 10...20 мм.

2. Существенное влияние на относительную производительность оказывает ширина обрабатываемого зубчатого венца b1. При увеличении b1 с 10 до 20 мм отношение основных времен обработки τ = to1/to2 линейно и монотонно возрастает на 20...30 % в пользу зубонарезания твердосплавными ДРГ без продольной подачи.

3. Наибольшее влияние на относительную производительность оказывает увеличение модуля m обрабатываемого колеса. С ростом модуля в диапазоне от m=2 мм до m=5 мм τ  увеличивается с 2,5 до 5 раз.

4. На относительную производительность зубонарезания ДРГ негативно влияет увеличение числа зубьев z1 обрабатываемого колеса, так, например, при возрастании z1 с 15 до 50 τ  монотонно убывает примерно на 30 %. Это обусловлено дискретным характером зубонарезания ДРГ с периодическим делением на зуб.

а

б

в

Рисунок 6. Относительная производительность червячного зубофрезерования и обкатывающего зубопротягивания ДРГ в зависимости: а - от модуля и ширины зубчатого венца; б - от числа зубьев и ширины зубчатого венца; в - от ширины зубчатого венца и числа зубьев

Сравнительный анализ червячного зубофрезерования и обкатывающего зубопротягивания ДРГ (см. рисунок 6) позволил выявить следующее:

1. Производительность процесса обкатывающего зубопротягивания ЦЗК с помощью ДРГ в целом в 4...6 раз выше, чем традиционного зубофрезерования червячными фрезами, в диапазоне модулей m = 2...5 мм, чисел зубьев  z1 = 15...50 и ширины зубчатого венца b1 = 10...20 мм.

2. Изменение модуля обрабатываемых ЦЗК в диапазоне m = 2,0...5,0 мм оказывает минимальное влияние на относительную производительность. При ширине зубчатого венца b1 = 10 мм относительная производительность τ  снижается на 12 %, а при b1 = 20 мм - на 20 %, т.е. обкатывающее зубопротягивание выгоднее применять для нарезания колес с меньшим модулем.

3. Значительное влияние на относительную производительность оказывает изменение числа зубьев z1 обрабатываемых колес. С увеличением числа зубьев в диапазоне z1 = 15...50 не зависимо от ширины венца и модуля нарезаемых колес τ  монотонно возрастает в 1,6 раза, в связи с чем обкатывающее зубопротягивание можно рекомендовать для нарезания колес с большим числом зубьев.

4. Стабильное и существенное влияние на относительную производительность оказывает изменение ширины зубчатого венца b1 обрабатываемых колес. При увеличении ширины венца с 10 до 20 мм отношение основных времен обработки τ = to1 / to2 линейно и монотонно возрастает на 25...35 %, т. е. обкатывающее зубопротягивание становится более выгодным.

Таким образом, в результате сравнительного анализа научно обоснована высокая производительность способов зубонарезания ЦЗК РГ большого диаметра.

В четвертой главе проведены исследования потенциальных возможностей повышения эффективности процессов зубонарезания ЦЗК РГ. С целью определения взаимосвязи физических, кинематических и технологических параметров процесса обработки и конструктивных параметров инструментов осуществлено моделирование процесса зубонарезания ЦЗК ДРГ по методу обката.

Построение теоретически точной схемы формирования впадины зубчатого колеса по методу обката осуществлено на компьютере средствами AutoCAD (рисунок 7, а). На такой схеме представлен процесс последовательного вырезания впадины заготовки режущими кромками инструмента, наглядно показывающий особенности схемы вырезания впадины ЦЗК РГ по методу обката.

а

б

Рисунок 7. Схема вырезания впадины ЦЗК: а - классическая; б – для

стабилизированного процесса обкатывающего зубопротягивания

1. Неравномерность скорости формообразующего движения зуба производящей рейки Vф относительно заготовки. На стадии заглубления зуба производящей рейки в заготовку скорость относительного формообразующего движения Vф плавно уменьшается от максимального значения до нуля, а на стадии выхода зуба рейки вновь возрастает. В результате меняются форма и параметры срезаемых слоев (объем – V, площадь – F и толщина срезаемого слоя – a) и, как следствие, оказываются непостоянными динамические характеристики процесса зубонарезания.

2. Неравнозначность стадий заглубления зуба производящей рейки во впадину обрабатываемого зубчатого колеса и выхода из нее с позиции объема удаляемого металла и площади вырезаемой впадины. На стадии заглубления вырезается 90…95 % металла впадины, следовательно, определение параметров процесса и схемы резания необходимо осуществить, прежде всего, на этой стадии.

3. Неравномерность загрузки режущих кромок зубьев инструмента. Из схемы вырезания впадины ЦЗК следует, что слои максимальной толщины срезаются периферийными режущими кромками, а боковые кромки загружены в значительно меньшей степени. Следовательно, толщины срезаемых слоев целесообразно определять именно для периферийных режущих кромок инструмента.

4. Наличие определенных соотношений между параметрами срезаемых слоев металла (F и a) и силой резания Pz. В частности, зависимость силы резания от площади срезаемых слоев имеет линейный характер.

С учетом рассмотренных особенностей зубонарезания ЦЗК по методу обката построена структурная модель процесса, отражающая взаимосвязи основных параметров (рисунок 8).

Рисунок 8. Структурная модель процесса

зубонарезания по методу обката

Модель процесса зубонарезания по методу обката является многопараметрической, и исследование осуществлялось по различным параметрам, прежде всего, с использованием в качестве целевой функции управления to – основного времени обработки, определяющего производительность процесса.

С изменением относительной скорости формообразующего движения Vф изменяются и параметры срезаемых слоев (толщина, площадь, а значит, и сила резания). Поэтому в качестве выходных параметров могут быть приняты: сила резания – Pzi, площадь – Fi и толщина срезаемого слоя – ai. Перечисленные параметры взаимосвязаны и зависят от текущего угла обката φi и элементарного угла обката между двумя смежными резами Δφ , который был использован в качестве универсального промежуточного расчетного параметра.

Выбор входных параметров осуществлялся исходя из их влияния на промежуточный расчетный параметр Δφ  и на выходные параметры (Vф, Pzi, Fi, ai). Технологический метод управления, предусматривающий изменение скорости подачи обката VSобк с помощью механизма обката специальной конструкции, был впервые представлен в работах Коганова И.А. и назывался “выравниванием”. Выявлено, что при обкатывающем зубопротягивании ЦЗК величина расчетного параметра Δφ изменяется за счет конструктивных параметров инструмента (числа резцов z0 или, например, при размещении резцов с неравномерным окружным шагом tокр).

Для определения толщин срезаемых слоев при зубонарезании ЦЗК РГ по методу обката в работе получены уточненные аналитические зависимости (4 и 5).

Определение площадей срезаемых слоев аналитическим и графоаналитическим методами приведено в работах Коганова И.А., Федорова Ю.Н., Ямникова А.С.

В данной работе определение толщин ai и площадей срезаемых слоев Fi осуществлено с использованием графических программных средств ЭВМ, в результате чего получены графики их изменения в зависимости от текущего значения угла обката φi. Осуществлена аппроксимация кривых, полученных для колес разного модуля с различным числом зубьев, тригонометрическими, логарифмическими и экспоненциальными функциями с различной степенью точности. Например для ЦЗК с m = 2,5 мм и z = 18 получены функции:

;  (12)

       с помощью программы “Simple Formula”

, (13)

среднее квадратичное отклонение ; максимальное ;

       с помощью программы “APPROX”

, (14)

среднее квадратичное отклонение ; максимальное .

Экспериментальные исследования процесса зубонарезания по методу обката были выполнены на специальной установке, позволяющей дискретно осуществлять единичные резы с фиксацией возникающей при этом силы резания.

После расшифровки полученных осциллограмм и определения значений главной составляющей силы резания Pz для единичных резов построены графики зависимости Pz от угла обката заготовки. График для ЦЗК (m = 2,5 мм, z1 = 18) представлен на рисунке 9, где сплошной линией показано изменение силы резания от текущего значения угла обката по результатам эксперимента, а пунктирной линией - по удельной силе и расчетным площадям срезаемых слоев.

Максимальное расхождение совмещенных теоретического и экспериментального графиков составляет 5 %, что свидетельствует об адекватности предложенной модели, о высокой достоверности графоаналитического метода определения площадей элементарных срезов и проведенных экспериментальных исследований.

Рисунок 9. Графики изменения силы резания от текущего угла обката φi

На основе проведенного моделирования предложен ряд способов управления параметрами схемы вырезания впадины при зубонарезании по методу обката путем изменения технологических и конструктивных параметров.

Разработанный способ стабилизации параметров схемы вырезания впадины при обкатывающем зубопротягивании за счет размещения резцов в инструменте с монотонно возрастающим окружным шагом в соответствии с определенной закономерностью запатентован (Патент РФ 2306210). Это позволило уменьшить количество взаимозаменяемых резцов в 1,8 раза, уменьшить диаметр инструмента до 300 мм и повысить производительность зубонарезания на 30%.

Построенная на ЭВМ в среде AutoCAD схема вырезания впадины (см. рисунок 7, б) позволила графоаналитическим методом определить толщины и площади элементарных срезаемых слоев, графики изменения которых в зависимости от текущего угла обката приведены соответственно на рисунках 10,а и 10,б. Из графиков следует, что практически стабилизированы толщины срезаемых слоев, существенно уменьшено изменение площадей и, соответственно, сил резания, что подтверждено экспериментально.

а

б

Рисунок 10. Графики зависимости толщин (а) и площадей (б) срезаемых слоев от

угла обката для стабилизированного процесса обкатывающего зубопротягивания

Высокая производительность способов зубонарезания ЦЗК дисковыми РГ большого диаметра обусловлена, прежде всего, отсутствием продольной подачи, вследствие чего значительно сокращается длина пути резания. Однако из-за этого на боковых поверхностях зубьев образуется вогнутость, определяемая по формуле (1), для устранения которой требуется операция чистовой зубообработки. В результате остается неизменной структура традиционной технологической схемы зубообработки ЦЗК. Устранить этот недостаток и реализовать малооперационные технологии зубообработки ЦЗК можно при условии перехода к новым технологическим схемам сопряженной зубообработки ЦЗК.

Пятая глава посвящена созданию малооперационных технологий зубообработки ЦЗК. Работы в этом направлении проводились на кафедре ТМС ТулГУ, начиная с 80-х годов многими учеными: Когановым И.А., Федоровым Ю.Н., Ямниковым А.С., Валиковым Е.Н., Маликовым А.А., Малаховым Г.В., Гусевым Г.В. и другими. В итоге была разработана новая малоотходная технология изготовления ЦЗК мотопроизводства, основанная на высокопроизводительном способе зубообработки двухрядными ДРГ с нулевым углом профиля, обладающем высокой исправляющей способностью (4...5 степеней точности ГОСТ 1643-81). Это позволило осуществлять однократную чистовую обработку зубьев прогрессивных заготовок со штампованным зубчатым венцом. Малоотходная технология была внедрена в производственных условиях Тульского машиностроительного завода при изготовлении ЦЗК мотороллера (m=2,5 мм, z=18). Чистовое зубонарезание двухрядными ДРГ осуществлялось на специальном зуборезном станке ЗТ-22. Работа экспонировалась на ВДНХ СССР и была удостоена диплома 1-й степени.

Наряду с очевидными преимуществами способу зубообработки двухрядными ДРГ с нулевым углом профиля присущи определенные недостатки - большое количество вспомогательных движений в пределах каждого цикла.

При зубообработке данным способом колеса имеют прямую линию зуба, что делает их чувствительными к погрешностям изготовления и монтажа, возникает возможность кромочного контакта, и появляются проблемы с обеспечением качества зубчатой передачи даже при высокой точности зубообработки ЦЗК. С целью устранения указанных недостатков были проведены исследования процессов зубонарезания РГ, обеспечивающих продольную модификацию зубчатых поверхностей, на основе которых созданы инновационные технологические схемы зубообработки цилиндрических колес, позволяющие повысить качество зубчатых передач по параметрам пятна контакта.

Суммарное пятно контакта в передаче является одним из основных комплексных показателей точности цилиндрических колес. Форма, расположение и размеры пятна контакта оказывают существенное влияние на нагрузочную способность и уровень шума передачи. Большинство комплексов приемочного контроля ЦЗК включают контроль величины суммарного пятна контакта. В ГОСТ 1643-81 пятно контакта нормируется в процентах от ширины и высоты рабочей поверхности зуба. Общемашиностроительные и отраслевые руководящие технические материалы, помимо размеров пятна контакта устанавливают, как правило, допустимую форму и расположение площади контакта зубьев колес в передаче. Во всех случаях неблагоприятными являются значительные смещения пятна контакта к торцу зубчатого венца, так называемый кромочный контакт, и заметные разрывы пятна контакта. Для исправления положения пятна контакта требуется дополнительная отделочная обработка, что приводит к увеличению суммарного времени зубообработки.

Существуют различные методы достижения благоприятных форм контакта в зубчатых передачах. Наиболее перспективными и легко осуществимыми являются конструктивно-технологические методы, в частности, профильная и продольная модификация зубьев колес. При этом стремятся добиться пятна контакта, имеющего эллипсовидную форму, расположенного по центру зуба. Многочисленные исследования подтверждают благоприятное влияние бочкообразной модификации зубьев колес на эксплуатационные характеристики передач. В зарубежном автомобилестроении, например, большинство ЦЗК имеют бочкообразную линию зуба.

С технологической точки зрения можно выделить три направления получения ЦЗК с продольной модификацией зубьев: оснащение серийных зубообрабатывающих станков специальными устройствами; использование зубообрабатывающих станков с ЧПУ; применение новых способов зубообработки, схема формообразования которых органически обеспечивает благоприятную продольную модификацию. Использование традиционных способов зубонарезания для получения цилиндрических колес с бочкообразными зубьями не обеспечивает высокой производительности и приводит к значительному усложнению конструкции серийных станков, т.е., по сути, к созданию специального оборудования. Область эффективного использования зуборезных станков с ЧПУ ограничивается индивидуальным, и в отдельных случаях - мелкосерийным производством.

Перспективным направлением является создание новых высокопроизводительных способов зубообработки, обеспечивающих получение ЦЗК с модифицированными зубьями. На кафедре ТМС ТулГУ ранее разработан ряд способов нарезания продольно-модифицированных зубьев ЦЗК различными РГ.

В работе предложен способ зубонарезания дельтовидными РГ, суть которого состоит в том, что формообразование зубчатых поверхностей осуществляется двумя наклонно расположенными головками по методу z-кратного обката (рисунок 11).

Рисунок 11. Схема зубонарезания ЦЗК с бочкообразными зубьями дельтовидными РГ

Заготовка устанавливается на консольной оправке и в процессе обработки совершает периодическое обкатывание вдоль начальной прямой MN, расположенной таким образом, что оси правой и левой головок ОО наклонены по отношению к ней под одинаковыми углами γ. Такая установка заготовки обеспечивает симметричное расположение бочкообразных поверхностей нарезаемых зубьев. Продольная подача инструмента вдоль оси заготовки отсутствует. При этом сохраняются все преимущества способа зубонарезания РГ по методу  z-кратного обката в отношении производительности и точности обработки.

Режущий инструмент представляет собой две спаренные дельтовидные РГ, установленные на наклонно расположенных рабочих оправках таким образом, что режущие кромки резцов совпадают с исходным контуром производящей рейки со стандартным углом профиля только в среднем сечении нарезаемого зубчатого венца. Причем, резцы правой и левой головок поочередно профилируют разноименные стороны одной и той же впадины обрабатываемой заготовки. При вращении РГ режущие лезвия образуют пространственные производящие внутренние конические поверхности. Поскольку профиль резцов совпадает с исходным контуром производящей рейки только в среднем сечении обрабатываемого зубчатого венца, а во всех других сечениях совпадение нарушается, это приводит к возникновению бочкообразной продольной модификации зубьев нарезаемого колеса. Данный способ запатентован (Патент РФ 2347650).

Важнейшим моментом, позволяющим улучшить качество зубчатых передач, является локализация пятна контакта по середине зуба. Это условие необходимо учитывать при разработке новых технологий зубообработки ЦЗК РГ. Анализ различных вариантов контакта с точки зрения возможности локализации пятна контакта по середине зуба показал, что благоприятная локализация пятна контакта при сопряжении ЦЗК передачи достигается, если зубья одного колеса имеют бочкообразную форму. Зубья парного колеса могут быть бочкообразными, прямолинейными или вогнутыми (рисунок 12), при этом величина вогнутости не должна превышать величину бочкообразности зубьев первого колеса.

Рисунок 12. Варианты сопряжения ЦЗК с различной продольной модификацией зубьев в передаче: а - с бочкообразной; б - с бочкообразной и прямолинейной; в - с бочкообразной и вогнутой

Из схемы на рисунке 12 следует, что при одинаковом минимальном отводе сопрягающихся поверхностей зубьев (δ > 0), ширина и площадь пятна контакта колеса с бочкообразными зубьями увеличивается при переходе от сопряжения с выпуклыми зубьями к сопряжению с прямолинейными и вогнутыми зубьями

a1 < a2 < a3;         F1 < F2 < F3.  (15)

Следовательно, переход к сопряжению ЦЗК с продольной модификацией зубьев различной формы (вогнутой и бочкообразной), позволяет увеличить ширину и площадь локализованного по середине зуба пятна контакта рабочих поверхностей, и за счет этого повысить качество цилиндрических зубчатых передач

Изначально способы зубонарезания ДРГ и червячными РГ предназначались для предварительного зубонарезания вследствие образования вогнутости на боковых поверхностях нарезаемых зубьев. Однако переход к предлагаемому варианту контакта бочкообразных и вогнутых зубьев колес в передаче позволил сделать важный вывод о том, что необходимо пересмотреть технологические возможности этих способов с целью использования их для окончательной зубообработки.

На основе проведенного анализа предложена малооперационная технологическая схема согласованного зубонарезания колес цилиндрических передач, предусматривающая нарезание ведущего колеса с вогнутыми зубьями дисковыми РГ по схеме обкатывающего зубопротягивания, а ведомого колеса с бочкообразной продольной модификацией зубьев – дельтовидными РГ по схеме z-кратного обката, гарантировано обеспечивающая локализованное по середине зуба пятно контакта благоприятной формы (рисунок 13).

Ширина пятна контакта зависит от величин продольной модификации зубьев ведущего и ведомого колес передачи, которые в свою очередь определяются схемой формообразования продольно-модифицированных зубчатых поверхностей. В связи с этим возникла необходимость моделирования процессов формообразования продольно-модифицированных зубчатых поверхностей ЦЗК при зубонарезании РГ с учетом последующего их сопряжения в передачах с целью определения параметров пятна контакта для повышения качества цилиндрических зубчатых передач. На первом этапе выполнено моделирование формообразования вогнутых и бочкообразных зубчатых поверхностей и определены параметры процессов формообразования, влияющие на величину продольной модификации зубьев нарезаемых ЦЗК.

Рисунок 13. Технологическая схема согласованного зубонарезания

цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев

Текущий радиус профилирующей точки на режущем лезвии при зубонарезании ДРГ (рисунок 14) определяется по формуле:

  ,  (16)

где - диаметр РГ; - модуль зубчатой передачи; - число зубьев обрабатываемого ЦЗК; - текущий угол развернутости эвольвенты в точке профилирования Bi.

Величина смещения исходного контура производящей рейки в торцовом сечении II-II (рисунок 15) равна

, (17)

а максимальное отклонение линии зуба в торцовом сечении

. (18)

Для зубонарезания дельтовидными РГ (см. рисунок 14) можно записать

, (19)

где γ - угол наклона осей РГ к начальной прямой,

а бочкообразность в торцовом сечении (см. рисунок 15) равна

  .  (20)

Рисунок 14. Схема определения положения профилирующих точек

Рисунок 15. Схема определения бочкообразности зубчатых поверхностей

Разработаны алгоритм и программа расчета на ЭВМ величин продольной модификации (вогнутости и бочкообразности) рабочих поверхностях зубьев ЦЗК при зубонарезании дисковыми и дельтовидными РГ.

По результатам расчетов построены сводные графики зависимости величины продольной модификации δij от выбранного сечения bj и текущего значения угла развернутости эвольвенты νi (рисунок 16).

Рисунок 16. Изменение величины продольной модификации

Из графиков видно, что вогнутость боковых поверхностей зубьев ЦЗК, нарезанного ДРГ диаметром D0 = 215 мм, совпадает с бочкообразностью при зубонарезании дельтовидными РГ диаметром D0 = 260 мм, следовательно, при сопряжении таких колес получается теоретически правильный контакт по всей длине линии зуба. Но неизбежные погрешности зубонарезания и монтажа передачи приводят к возникновению кромочного контакта, поэтому совпадение линии вогнутых и бочкообразных зубьев в практическом плане является неприемлемым.

Предпочтительным является вариант контакта зубьев колес, нарезанных обкатывающим зубопротягиванием ДРГ диаметром D0 = 350 мм и спаренными дельтовидными РГ (см. рисунок 16). В этом случае величина вогнутости получается меньше величины бочкообразности, а линия вогнутых зубьев имеет меньшую кривизну, чем линия бочкообразных зубьев. Таким образом, соблюдается основное условие, обеспечивающее благоприятную локализацию пятна контакта по середине зуба, теоретически правильную эллипсовидную форму пятна контакта и гарантированное отсутствие кромочного контакта при изготовлении ЦЗК цилиндрической передачи по предложенной малооперационной технологической схеме.

На следующем этапе осуществлено теоретическое и экспериментальное моделирование процесса формирования контакта боковых поверхностей зубьев в передаче с учетом формообразования этих поверхностей при зубонарезании.

Опытно-промышленная партия ЦЗК с бочкообразными зубьями была нарезана способом огибающего зубопротягивания РГ на модернизированном горизонтально-фрезерном станке в лаборатории кафедры ТМС ТулГУ. Величина бочкообразности зубьев колес составила 0,03…0,04 мм. Форма и размеры полученного пятна контакта при сопряжении с эталонным прямозубым колесом соответственно для ведущей и ведомой сторон зуба приведены на рисунке 17.

  а

  б

Рисунок 17. Пятно контакта при сопряжении ЦЗК с бочкообразными зубьями с эталонным прямозубым колесом для ведущей (а) и ведомой (б) сторон зуба

Экспериментальные данные подтверждают, что бочкообразность зубьев одного из колес цилиндрической передачи гарантирует благоприятное, локализованное по центру зубчатого венца, расположение пятна контакта. Размеры суммарного пятна контакта по длине зуба составили 40...50%, что соответствует 9-й степени точности ГОСТ 1643-81 и не удовлетворяет требованиям чертежа. Это обусловлено значительным отводом рабочих поверхностей зубьев в торцовых сечениях, вызванных их бочкообразной продольной модификацией. Увеличение ширины пятна контакта достигается при переходе к сопряжению ЦЗК с различной продольной (вогнутой и выпуклой) модификацией зубьев (см. рисунок 12).

Построена математическая модель процесса формирования контакта и определены параметры зубчатых колес передачи и процессов их зубонарезания, влияющие на ширину получающейся площади контакта. Ширина пятна контакта определялась суммарным отводом рабочих поверхностей сопрягающихся зубьев колес цилиндрической передачи, который равен алгебраической сумме величин продольной модификации линии зубьев в заданной точке

. (21)

При этом момент наступления контакта задавался известным условием

  .  (22)

Текущие значения углов развернутости эвольвентных профилей зубьев ведомого и ведущего колес в точке контакта определялись соотношением

. (23)

Величины вогнутости и бочкообразности боковых поверхностей зубьев ЦЗК при зубонарезании определялись по приведенным выше зависимостям (18) и (20).

Определена степень влияния на величину продольной модификации различных параметров ЦЗК и процессов их зубонарезания. Установлено, что модуль и число зубьев ЦЗК на величину продольной модификации практически не влияют, а наибольшее влияние оказывают диаметры РГ и угол наклона осей дельтовидных РГ. Соответствующие графики приведены на рисунке 18.

а

б

Рисунок 18. Графики влияния диаметров РГ (а) и углов наклона осей

дельтовидных РГ (б) на величину продольной модификации зубьев

Выбор в качестве входных параметров для управления шириной пятна контакта диаметров РГ нецелесообразен из-за имеющихся ограничений. Так, уменьшение диаметра РГ для обкатывающего зубопротягивания и соответствующее сокращение числа резцов вызывает увеличение нагрузки на режущие лезвия, а увеличение диаметров РГ приводит к снижению производительности зубонарезания.

В соответствии с этим разработана методика определения углов наклона осей дельтовидных РГ в зависимости от заданной ширины пятна контакта a, модель которой приведена на рисунке 19. На основе данной модели разработаны алгоритм и программа определения на ЭВМ диапазона величин углов наклона осей дельтовидных РГ , обеспечивающих регламентированную ГОСТом ширину пятна контакта зубьев ЦЗК в передаче .

По результатам расчетов построены графики зависимости величины углов наклона осей спаренных дельтовидных РГ от ширины пятна контакта, заданной в % от ширины зубчатого венца ведомого колеса четвертой передачи мотороллера модулем m = 2,5 мм (рисунок 20). На графиках приведены расчетные верхняя и нижняя границы диапазона изменения угла .

Нижняя граница представляет собой значение угла, при котором линия бочкообразных зубьев ведомого колеса, нарезанного спаренными дельтовидными РГ, полностью совпадает с линией вогнутых зубьев ведущего колеса, нарезанного ДРГ по схеме обкатывающего зубопротягивания.

Рисунок 19. Параметрическая модель определения γ по нормативной ширине пятна контакта

Рисунок 20. Диапазон изменения величины

углов наклона осей спаренных дельтовидных РГ

в зависимости от ширины пятна контакта

Как отмечено выше, такой теоретически правильный вариант контакта боковых поверхностей зубьев колес с продольной модификацией неприемлем. Верхняя граница представляет собой значения угла, при которых линия бочкообразных зубьев ведомого колеса имеет большую кривизну, чем линия вогнутых зубьев ведомого колеса. При этом гарантируется локализованный по середине зуба контакт шириной не меньше заданной ГОСТ 1643-81.

В шестой главе рассмотрены вопросы практической реализации высокоэффективных способов зубонарезания ЦЗК зуборезными РГ различных типов.

Созданные перспективные способы зубонарезания ЦЗК основаны на применении нового прогрессивного вида зуборезного инструмента – РГ большого диаметра. К числу характерных особенностей РГ разных типов можно отнести:

- формообразование зубчатых поверхностей осуществляется по методу z-кратного обката или обкатывающего зубопротягивания;

- режущие кромки резцов имеют прямолинейную форму;

- зубонарезание осуществляется как при кинематической связи движений формообразования и резания, так и без согласования этих движений;

- применение сборных конструкций РГ при использовании принципа взаимозаменяемости резцов;

- возможность использования различных современных инструментальных материалов в зависимости от принятой схемы формообразования.

В работах Федорова Ю.Н. предложена конструкция ДРГ диаметром  ∅ 215 мм, оснащенной 18-ю взаимозаменяемыми резцами с напайными пластинами из твердого сплава Т15К6. Для реализации способа зубонарезания твердосплавными ДРГ на столе горизонтально-фрезерного станка устанавливался специальный автоматический ОДМ с эталонной реечно-зубчатой парой, позволяющий осуществлять поочередно движения обката и деления на зуб.

На базе ДРГ впоследствии создана целая гамма различных конструкций зуборезных РГ. Основной задачей при проектировании РГ было обеспечение высокого уровня технологичности инструмента, достижимого только при эффективном использовании принципа взаимозаменяемости режущих элементов. Унификация конструкций предусматривает одинаковые габаритные размеры взаимозаменяемых резцов, заданные исходя из необходимой прочности режущих пластин и жесткости элементов для их закрепления, независимо от способа крепления. Этим условиям в полной мере отвечают типовые конструкции взаимозаменяемых резцов с напайными твердосплавными пластинами, которые в течение длительного времени успешно эксплуатировались в производственных условиях. Эти резцы обеспечивали после переточки полное восстановление параметров режущей части и длины за счет регулируемых сферических опор резцов при их настройке и контроле в специальных приспособлениях. В дальнейшем была создана гамма современных конструкций взаимозаменяемых резцов с механическим креплением режущих пластин, используемых в различных РГ. Это позволило увеличить число переточек почти вдвое, что способствовало снижению себестоимости эксплуатации инструментов.

В ходе экспериментальных исследований износа режущих пластин взаимозаменяемых резцов по задним поверхностям, исходя из необходимой их прочности, были установлены оптимальные значения углов заточки режущей части. Для стандартного угла профиля α = 20 рекомендованы следующие значения углов в статическом положении и в рабочем положении при установке в РГ: на вершинном лезвии γс = - 4 (γр = - 743′ ), αс = 12 (αр = 1543′ ); на боковых режущих кромках γс = -121′ (γр = 234′ ), αс = 46′ (αр = 516′ ). Неизменность первоначальных геометрических параметров унифицированных сборных взаимозаменяемых резцов в процессе их эксплуатации инструмента достигалась за счет затачивания резцов комплектом в кассетном приспособлении на плоскошлифовальном станке с использованием синусной плиты с последующим комплексным контролем в специальном приспособлении.

В работе представлены высокотехнологичные конструкции ДРГ для обкатывающего зубопротягивания (рисунок 21) и дельтовидных РГ (рисунок 22). Инструмент может быть использован для зубонарезания ЦЗК на фрезерном станке, оснащенном двухшпиндельной переходной раздаточной коробкой. При проектировании РГ различных типов максимально использованы удачные конструктивные решения, которые применялись и оправдали себя при создании ДРГ.

Для успешной практической реализации способов зубонарезания различными РГ использован унифицированный контрольно-заточный комплекс, позволивший осуществлять сборку инструментов на основе принципа полной взаимозаменяемости в соответствии с жесткими требованиями по точности взаимного положения режущих кромок. Комплекс технологической оснастки включает: кассетное приспособление для заточки комплекта резцов на плоско-шлифовальном станке; специальное приспособление для контроля и регулировки вылета взаимозаменяемых резцов; приспособление для контроля радиального и торцового биения режущих кромок РГ в сборе. При этом использованные конструктивные решения обеспечили надлежащую точность сборных РГ для зубонарезания ЦЗК мотопроизводства.

Рисунок 21. Конструкция ДРГ для обкатывающего зубопротягивания с

установкой на торец шпинделя и креплением резцов двусторонними прихватами

Рисунок 22. Конструкция дельтовидных РГ для зубонарезания ЦЗК

Для успешной реализации прогрессивных способов зубонарезания РГ, в частности обкатывающего зубопротягивания, потребовалось устранить выявленные в процессе эксплуатации модернизированных фрезерных станков для зубонарезания ЦЗК по методу z-кратного обката РГ недостатки. С этой целью был разработан новый вариант обкатно-делительного механизма без шарнирного соединения эталонной зубчатой рейки, позволяющий совместить по времени вспомогательные движения возврата заготовки в исходное положение и ее деления на зуб.

Применение обкатно-делительного механизма (рисунок 23), в котором отсутствуют качательные движения эталонной обкатной рейки, а движение обката осуществляется всегда в одну сторону, исключает возможность накопления погрешности шагового параметра, что способствует повышению точности нарезаемых зубчатых колес.

Рисунок 23. Схема обкатно-делительного механизма

с возможностью применения оборудования с ЧПУ

При этом сохраняется высокая производительность зубонарезания порядка 1…1,5 с/зуб. Каждый цикл зубонарезания сокращается за счет уменьшения длины обката и совмещения движений деления заготовки и возврата ее в исходное положение, которые осуществляются при прохождении свободного от резцов сектора РГ. Конструкция нового обкатно-делительного механизма запатентована (Патент РФ 2280544). Для совмещения вспомогательных движений, в механизме предусмотрена возможность автономного перемещения делительной рейки в направлении движения обката, которое обеспечивает дополнительный поворот оправки изделия с целью осуществления деления заготовки на один зуб при ее возврате в исходное положение.

Разработанный обкатно-делительный механизм обладает универсальностью и может использоваться как для обкатывающего зубопротягивания с дополнительным перемещением делительной рейки, так и для зубонарезания ДРГ без такого перемещения. Предложенная конструкция может использоваться при модернизации серийных горизонтально-фрезерных станков для зубонарезания в условиях единичного и мелкосерийного производства. Для реализации зубонарезания ЦЗК с помощью РГ в условиях серийного и крупносерийного производства целесообразно создание специализированных установок, в том числе с ЧПУ (см. рисунок 23).

Ряд инновационных разработок, выполненных в ходе подготовки диссертации, прошли успешные производственные испытания и внедрены на ведущих машиностроительных предприятиях региона. В частности:

- на ОАО «АК «Тульский машиностроительный завод» прошли испытания и были внедрены в производство: новая малоотходная технология изготовления ЦЗК мотороллеров из штампованных заготовок с оформленными зубьями; способы зубонарезания ДРГ и огибающего зубопротягивания ЦЗК;

- на ОАО «ТОЗ» - новые технологии зубообработки ЦЗК, основанные на перспективных способах зубонарезания прогрессивными зуборезными инструментами – РГ большого диаметра;

- на ФГУП «ГНПП «Сплав» - инновационная технология согласованного зубонарезания ЦЗК передач с различной продольной модификацией зубьев.

Ряд теоретических положений, инновационные технологии зубообработки, высокоэффективные способы зубонарезания ЦЗК, прогрессивные конструкции зуборезных РГ и методики их проектирования включены в учебный процесс ГОУ ВПО Тульский государственный университет в лекционные курсы «Технология машиностроения», «Обработка сложных поверхностей, «Режущий инструмент» и «Инструмент для обработки эвольвентных зубчатых колес».

Основные выводы и результаты

1. Анализ технологических схем зубообработки ЦЗК позволил сформулировать перспективное направление их совершенствования - создание малооперационных технологий зубообработки с использованием высокопроизводительных процессов зубонарезания прогрессивными режущими инструментами - РГ большого диаметра.

2. методика сравнительного анализа производительности способов зубонарезания ЦЗК, разработанная на базе их кинематического анализа, предусматривающего сопоставление физических (толщины срезаемого слоя - a) и технологических (скорости резания - V и подачи - S) параметров, позволила объективно оценить потенциальные возможности различных способов.

Установлено, что в качестве сопоставляемого параметра, характеризующего реальные условия зубонарезания ЦЗК по методу обката с учетом характерных особенностей схемы вырезания впадины, следует принимать максимальную толщину слоя амах, срезаемого периферийными режущими кромками зуборезного инструмента, определяющую наибольшую нагрузку на единицу длины режущей кромки инструмента.

3. Выявлено, что в рассматриваемом диапазоне типоразмеров ЦЗК (модуль m = 2…5 мм, число зубьев z1 = 15…50 и ширина зубчатого венца b1 = 10…20 мм) наибольшую производительность обеспечивают способы зубонарезания ДРГ методами z-кратного обката и обкатывающего зубопротягивания, позволяющие минимизировать количество технологических движений, эффективно использовать режущие свойства современных инструментальных материалов и реализовать рациональные схемы вырезания впадин.

4. Моделирование процессов зубонарезания ЦЗК РГ с учетом характерных особенностей схемы вырезания впадин ЦЗК позволило установить взаимосвязи параметров обрабатываемых колес (m, z1, b1), физических (толщины – a и площади срезаемых слоев – F, силы резания – Pz), кинематических (скорости относительного движения формообразования – Vф) и технологических (скорости резания – V, скорости движения подачи обката – VSобк) параметров процессов зубонарезания и конструктивных параметров зуборезных инструментов (диаметра – D0 и числа режущих зубьев – z0) и разработать методики проектирования зуборезных РГ для обкатывающего зубопротягивания ЦЗК.

5. Предложенный способ управления параметрами схемы вырезания впадины путем расположения резцов в РГ для обкатывающего зубопротягивания с монотонно возрастающим с определенной закономерностью окружным шагом – tокр обеспечил возможность сокращения количества резцов в 1,8 раза и уменьшения диаметра инструмента до 300 мм, в результате чего производительность зубонарезания повышена на 30% при одновременной стабилизации сил резания.

6. Обоснована малооперационная технологическая схема согласованного зубонарезания ЦЗК передачи, предусматривающая нарезание ведущего зубчатого колеса с вогнутой продольной модификацией зубьев ДРГ по схеме обкатывающего зубопротягивания, а ведомого колеса с бочкообразной продольной модификацией зубьев - дельтовидными РГ по схеме z-кратного обката, позволяющая снизить чувствительность передач к погрешностям изготовления и монтажа за счет локализации по середине зуба пятна контакта эллипсовидной формы регламентированной ГОСТом ширины.

7. Моделирование процессов формообразования продольно-модифицированных зубчатых поверхностей ЦЗК при зубонарезании РГ позволило получить аналитические зависимости для определения величины продольной модификации зубьев ЦЗК передачи.

На основе моделирования с учетом последующего сопряжения ЦЗК в зубчатых передачах выявлены параметры колес и процессов зубонарезания, влияющие на ширину пятна контакта. Установлено, что наибольшее влияние оказывают диаметры РГ и углы наклона осей дельтовидных РГ. Определено условие локализации пятна контакта по середине зуба, заключающееся в том, что величина бочкообразности ЦЗК передачи должна быть больше величины вогнутости зубьев сопрягаемого колеса, что обеспечивается соотношением диаметров ДРГ и дельтовидных РГ в пределах 1,2…1,5.

8. Разработанная методика определения диаметров зуборезных инструментов и углов наклона осей дельтовидных РГ к начальной прямой позволила установить диапазон углов наклона осей дельтовидных РГ , обеспечивающий регламентируемую ГОСТом ширину пятна контакта ЦЗК передачи m = 2,5 мм не менее 60% от ширины зубчатого венца (не хуже 7-й степени точности по ГОСТ 1643-81).

9. Для реализации предложенных перспективных способов зубонарезания ЦЗК разработаны прогрессивные конструкции зуборезных дисковых и дельтовидных РГ с использованием принципа полной взаимозаменяемости резцов с механическим креплением режущих пластин, обеспечившие высокий уровень технологичности инструмента.

Унифицированный контрольно-заточный комплекс позволил осуществлять сборку зуборезных инструментов в соответствии с жесткими требованиями по точности взаимного положения режущих кромок.

Разработанный обкатно-делительный механизм нового типа обеспечивает высокую производительность и точность зубонарезания на модернизированных серийных фрезерных станках.

Рекомендации по практической реализации инновационных технологий зубообработки ЦЗК, позволяют осуществлять эффективную модернизацию действующих производств с минимальными затратами времени и средств, не зависимо от типа.

Содержание диссертационной работы изложено в 89 публикациях, основными из которых являются:

Монографии

1. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н.. Анализ эффективности процессов зубонарезания цилиндрических колес: монография. Тула: ТулГУ, 2008. 356с.

2. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Анализ процессов зубонарезания цилиндрических зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 384 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

3. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Повышение эффективности зубообработки цилиндрических колес // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. М.: ООО СТИН, 2000. №10. С.38-40.

4. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Прогрессивная технология изготовления цилиндрических зубчатых колес // Технология машиностроения. М., 2000. №3. С.11-13.

5. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Филиппов К.В. Рациональное использование зуборезных резцовых головок при изготовлении цилиндрических колес // Технология машиностроения. М., 2002. №1. С.15-17.

6. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Филиппов К.В. Интенсификация комплексной зубообработки цилиндрических колес // ”СТИН”. Ежемесячный науч.-техн. журнал. Москва: ООО СТИН, 2002. № 4. С.10-12.

7. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Конструкции дисковых резцовых головок для обкатывающего зубопротягивания // Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Тула: ТулГУ, 2003. Вып. 2. C.253-257.

8. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Повышение эффективности обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес резцовыми головками // Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Тула: ТулГУ, 2003. Вып. 2. C.329-332.

9. Артамонов В.Д. Оптимизация процесса зубонарезания цилиндрических колес//”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2003. № 9. С.12-15.

10. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Реализация принципа взаимозаменяемости в зуборезных головках // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2003. № 10. С.10-13.

11. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Повышение технологичности зуборезного инструмента // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2003. № 12. С.5-8.

12. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Особенности схемы формообразования зубчатых профилей цилиндрических колес методом обката //Известия ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Тула: ТулГУ, 2004. Вып. 3. C.83-88.

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

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

15. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Проектирование обкатных зуборезных головок//Известия ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Тула: ТулГУ, 2005. Вып. 1. C.101-106.

16. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Обкатывающее зубопротягивание цилиндрических колес // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. М.: ООО СТИН, 2005. №5. С.24-26.

17. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Резцовые головки для обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес // ”СТИН”. Ежемесячный науч.-техн. журнал. Москва: ООО СТИН, 2005. №6. С.15-17.

18. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л.. Технологическое обеспечение качества зацепления цилиндрических колес с модифицированными зубьями // Технология машиностроения. М., 2005. №7. С.59-63.

19. Артамонов В.Д. Технологические возможности процессов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. М.: ООО СТИН, 2005. №10. С.30-33.

20. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Технология зубонарезания цилиндрических колес с модифицированными зубьями. // Известия ТулГУ. Сер. Машиноведение, системы приводов и детали машин. Тула: ТулГУ, 2005. C.217-221.

21. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Зубонарезание цилиндрических колес инструментом с кольцевым расположением резцов // Известия ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. Тула: ТулГУ, 2006. C.59-63.

22. Ямников А.С., Артамонов В.Д. Управление кинематикой процесса зубонарезания резцовыми головками по методу обкатывания // Технология машиностроения. М., 2007. № 12. С.27-31.

23. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л.. Прогрессивные способы зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // ”СТИН” Ежемесячный науч.-техн. журнал. М.: ООО СТИН, 2007. №8. С.20-22.

24. Артамонов В.Д. Зубонарезание цилиндрических колес резцовыми головками большого диаметра // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. М.: ООО СТИН, 2007. №9. С.36-38.

25. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Зубонарезание цилиндрических колес методом обката на модернизированных фрезерных станках // Технология машиностроения. М., 2008. № 1 (67). С.15-19.

26. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Экспериментальное определение соотношения силы резания и параметров срезаемых слоев при зубонарезании по методу обката // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: ТулГУ, 2008. Вып. 2. C.58-64.

27. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Парное зубонарезание цилиндрических колес // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2008. № 12. С.31-33.

28. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Технология парного зубонарезания цилиндрических колес с продольно модифицированными зубьями // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2009. № 3. С.22-25.

29. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Экономная технология изготовления цилиндрических зубчатых колес // Технология машиностроения. М., 2009. № 11. С.14-17.

30. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Потенциальные возможности оптимизации процесса зубообразования цилиндрических колес // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: ТулГУ, 2009. Вып. 1. C.160-167.

31. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Реализация новой ресурсосберегающей технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес // Технология машиностроения. М., 2010. № 1. С.18-20.

32. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Инновационная технология изготовления цилиндрических колес из прогрессивных заготовок со штампованным зубчатым венцом // ”СТИН”. Ежемесячный науч.-техн. журнал. Москва: ООО СТИН, 2010. № 4. С. 35-37.

33. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Оптимизация процесса обработки зубьев штампованных зубчатых венцов обкатными резцовыми головками // ”СТИН”. Ежемесячный научно-технический журнал. Москва: ООО СТИН, 2010. № 5. С.20-23.

Патенты

34. Патент РФ МКП RU 2306210 C1 B23 F 21/14. Резцовая головка / Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». № 2006104590; заявл. 14.02.2006; опубл. 20.09.2007, Бюл. № 26. 5 с., ил.

35. Патент РФ МКП RU C1 2280544 B23 F 23/00. Обкатно-делительный механизм / Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». № 2005113333; заявл. 03.05.2005; опубл. 27.07.2006, Бюл. № 21. 6 с., ил.

36. Патент РФ МКП RU 2347650 C1 B23 F 5/20. Способ нарезания колес с модифицированной формой зубьев / Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». № 2007125934; заявл. 09.07.2007; опубл. 27.02.2009, Бюл. № 6. 6 с., ил.

37. Патент РФ МКП RU 2406595 C1 B23 F 5/26. Способ нарезания бочкообразных зубьев цилиндрических колес / Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». № 2009130567; заявл. 10.08.2009; опубл. 20.12.2010, Бюл. № 35. 6 с., ил.

Публикации в других изданиях

38. Артамонов В.Д. Определение толщины срезаемых слоев при зубообработке по методу обкатки // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием. Тула: ТулПИ, 1982. С.125-128.

39. Артамонов В.Д., Малахов Г.В. Расчет параметров инструмента для чистового протягивания цилиндрических колес по методу бесцентроидного огибания // Исследование в области инструментального производства и обработки металлов резанием. Тула: ТулПИ, 1986. С.81-88.

40. Коганов И.А., Артамонов В.Д. Чистовое зубопротягивание цилиндрических зубчатых колес по методу бесцентроидного огибания //Автоматич. манипуляторы и металлообрабатывающее оборудование с программным управлением. Тула: ТулПИ, 1986. С.179-183.

41. Коганов И.А., Артамонов В.Д. Возможности локализации и стабилизации размеров пятна контакта при чистовой зубообработке сопряженных колес по схеме бесцентроидного огибания // Исследование в области технологии механической обработки и сборки машин. Тула: ТулПИ, 1986. С.28-34.

42. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н. Моделирование процесса зубонарезания резцовыми головками // Управление качеством финишных методов обработки. Сборник научных трудов / Пермь, 1996. С.130-135.

43. Ямников А.С., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Управление формообразованием зубьев при нарезании цилиндрических колес резцовыми головками // Теория и практика зубчатых передач. Труды межд. конф. / Ижевск, 1996. С.279-284.

44. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н. Обработка цилиндрических зубчатых венцов резцовыми головками // Ресурсосберегающие технологии машиностроения. Сборник трудов межвуз. научно-технической программы / М., 1996. С.93-97.

45. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н. Повышение качества зацепления цилиндрических зубчатых передач мототехники // Демидовские чтения. Второй юбилейный выпуск. Сборник материалов / Тула, 1996. С.118-122.

46. Артамонов В.Д., Копылов А.П. Выбор методики сравнения процессов зубонарезания цилиндрических колес // Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Тула: ТулГУ, 1997. Вып. 1. С.81-83.

47. Артамонов В.Д. Основные направления совершенствования процессов зубонарезания цилиндрических колес // Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Тула: ТулГУ, 2000. Вып. 5. С.7-15.

48. Артамонов В.Д. Выбор критериев для оценки эффективности процессов зубонарезания цилиндрических колес // Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых передач: сборник научных трудов / Тула: ТулГУ, 2000. С.249-252.

49. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н. Комплексный анализ эффективности процессов зубообработки цилиндрических колес // Сборник научных трудов ведущих ученых технологического факультета / Тула: ТулГУ, 2000. С.33-37.

50. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Малахов Г.В. Анализ возможностей управления процессами зубообработки цилиндрических колес малого модуля резцовыми головками // Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Тула: ТулГУ, 2001. Вып. 6. С.50-54.

51. Артамонов В.Д., Федоров Ю.Н., Филиппов К.В. Методика сравнительного анализа эффективности процессов зубонарезания цилиндрических колес // Технологические системы в машиностроении. Труды международной научно-технической конференции / Тула: ТулГУ, 2002. С.308-311.

52. Артамонов В.Д. Формообразование бочкообразных зубьев колес дельтовидными резцовыми головками // Труды 9-й МНТК Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве / Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2004. C.55-56.

53. Артамонов В.Д. Оценка эффективности процессов зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // Новые материалы и технологии в машиностроении. Сборник научных трудов МНТК / Брянск: БГИТА, 2006. С. 4-7.

54. Артамонов В.Д. Сравнительный анализ способов зубонарезания цилиндрических колес // Известия ОрелГТУ. Машиностроение. 2006. № 2. C.20-25.

55. Артамонов В.Д. Управление процессами зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками // Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве. Труды 13-й МНТК / Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2007. C.83-89.

56. Артамонов В.Д., Бондарчук С.С. Прогрессивные процессы зубообработки цилиндрических колес резцовыми головками // Вестник ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Тула: ТулГУ, 2008. С.120-123.

57. Артамонов В.Д., Кондрашов В.А. Особенности схемы формообразования зубчатых профилей цилиндрических колес методом обката // Вестник ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Тула: ТулГУ, 2008. C. 123-126.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.