Геометрическое и компьютерное моделирование формообразования и контроля рабочих поверхностей глобоидных червяков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.01.01, кандидат технических наук Гаврилов, Александр Николаевич

• Гаврилов, Александр Николаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гаврилов, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

W' Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Схемы нарезания глобоидных червяков

1.2. Характеристика инструментов для нарезания глобоидных червяков и способов их обработки

1.2.1. Цельные обкаточные резцы

1.2.2. Сборные резцовые головки

1.2.3. Круговые протяжки 26 V 1.2.4 Измерения и контроль глобоидных червяков

Глава 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГЛОБОИДНЫХ ЧЕРВЯКОВ

2.1. Аналитическое описание процесса формообразования поверхности глобоидного червяка с дуговым профилем осевого сечения

2.2. Определение режущей кромки инструмента при различных ■ формах его передней поверхности

2.3. Формообразование задней поверхности инструмента

2.4. Результаты расчета геометрических параметров резцов для нарезания глобоидного червяка рулевого механизма автомобиля ВАЗ

Глава 3. КОНСТРУКЦИИ СБОРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ -РЕЗЦОВЫХ ГОЛОВОК ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ГЛОБОИДНЫХ ЧЕРВЯКОВ

3.1. Технические требования к конструкциям инструментов

3.2.0писание конструкций резцовых головок

3.3 Сборка резцовых головок

3.4 Заточка и переточка сменных режущих элементов

Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГЛОБОИДНЫХ ЧЕРВЯКОВ НА ТРЕХКООРДИНАТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ

4.1. Схема алгоритма измерений рабочих поверхностей глобоидных червяков

4.2. Структурная схема измерений рабочих поверхностей глобоидных червяков

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геометрическое и компьютерное моделирование формообразования и контроля рабочих поверхностей глобоидных червяков»

Современное машиностроительное производство в зависимости от разме(. ров серии выпускаемой продукции принято делить в основном на два различающихся вида: серийное и массовое. Если до недавнего времени граница между этими двумя видами производства была чёткрй, то теперь она начинает стираться. Расширение номенклатуры выпускаемой продукции постепенно распространяется на массовое производство, где на основе базовой модели выпускаются многочисленные модификации. Для такого производства характерно постоянное усовершенствование конструкции узлов, уменьшение серийности, увеличение номенклатуры, частая смена изделий. Переход к рыночным отношениям в экономике страны определил два противоречивых требования к производству: с одной стороны сокращение сроков подготовки и выпуска, а также серийности продукции, а с другой снижение трудоёмкости изготовления и стоимости при высоком качестве изделий. Чтобы удовлетворить этим противоречивым требованиям, необходимо чтобы производство обладало рядом определённых свойств: 1. Гибкость и маневренность, то есть способность быстро перестраиваться на выпуск новой продукции. При этом предусматривается использование универсального оборудования и унифицированной оснастки, что позволит отрабатывать заранее планируемые ситуации, быстро переходить на изготовление новой продукции.червяка охватывают колесо по радиусу. При этом эффективная контактная поверхность при одинаковых окружных усилиях увеличивается, а давление на единицу контактной поверхности витка уменьшается. По этой причине при тех же основных размерах глобоидная пара способна передавать большую мощность. У различных модификаций глобоидных червячных передач профиль витка червяка в осевом сечении может быть линейчатым (прямобоким) или нелинейчатым (криволинейным). Передачи с линейчатым профилем витка получили распространение в механизмах грузоподъемных машин: в приводах лебедок, лифтов, конвейеров [3,4,20,22,24,27,28,74]. Передачи с нелинейчатым профилем глобоидного червяка в осевом сечении нашли применение в механизмах рулевых управлений автомобилей и других транспортных машин. К механизмам этого типа предъявляются требования, вытекающие из условий эксплуатации автомобилей и погрузчиков: лёгкость управления, стабили зация управляемых колёс, коэффициент обратимости и другие [13,34, 36,38,40,44,51,71]. Нарезание глобоидных червяков в условиях крупносерийного и массового производства осуществляется на специальных станках с применением сложных и дорогостоящих режущих инструментов обкаточных резцов, многорезцовых головок и круговых протяжек. Сложная конструкция этих инструментов, несовершенные методы их проектирования, высокая трудоемкость изготовления с применением уникального высокоточного оборудования резко снижают технологическую гибкость участков по изготовлению глобоидных червяков, делая невозможным осуществление новых конструктивных по этой передаче. Это во многом объясняется тем, что даже небольшие изменения в конструкции глобоидной пары требуют применения нового инструмента и конструкторско-технологической подготовки инструментального производства. Переход на выпуск инструментов прогрессивных конструкций требует значительной перестройки инструментального производства и, в первую очередь, осуществления его конструкторско-технологической подготовки, одним из главных элементов которой является разработка методов формообразования его режущей части, методик расчета его геометрии, и наладочных параметров заточного оборудования. Несмотря на то, что процессы металлообработки постоянно совершенствуются, процесс обработки глобоидных червяков за последние 60- 70 лет не претерпел существенного изменения [22,23,24,27,39, 50,68,74]. Внедрение на участках промышленных предприятий современных высокопроизводительных станков с ЧПУ, имеющих высокую статическую и динамическую жесткость, точное срабатывание систем и механизмов и высокую мощность приводов расширяют их технологические возможности.Однако возможности современных станков на отечественных промышленных предприятиях остаются нереализованными из-за отсутствия комплексного подхода к формообразованию сложных поверхностей деталей машин как к системе на следующих уровнях: 1. технологической подготовки проектирования, конструирования и изготовления инструментов и оснастки; 2. измерения и контроля; 3. рационального использования инструментов. Решение этих задач позволит резко снизить затраты на подготовку производства и откроет возможность изготовления червяков в условиях механического цеха среднего машиностроительного завода. При таком подходе возможна организация специализированных предприятий по проектированию, изготовлению и ремонту всевозможных механизмов с глобоидными червяками. В этом случае возможно значительное улучшение качества таких механизмов за счёт более тщательного изготовления отдельных деталей, сборки и контроля, что весьма затруднительно, а часто невозможно в условиях крупносерийного и массового производства.

Заключение диссертации по теме «Инженерная геометрия и компьютерная графика», Гаврилов, Александр Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выявлены аналитические зависимости, связывающие геометрические параметры глобоидных червяков и режущей части инструмента при различных ее положениях относительно нарезаемой заготовки, а также параметров наладок заточного оборудования при различной форме режущей части инструмента.

2. Разработаны алгоритм и программа расчета профилей резцов с различными геометрическими характеристиками режущей части для обработки глобоидных червяков различных типов.

3. Применение созданного математического аппарата формообразования винтовых глобоидных поверхностей делает доступным проектирование и изготовление инструментов для глобоидных червяков на широко распространенном универсальном оборудовании.

4. Теоретически обоснована целесообразность изготовления глобоидных червяков в условиях многономенклатурного производства сборным инструментом с цилиндрическими вставными резцами.

5. Спроектированы и изготовлены сборные инструменты и необходимая оснастка для промышленной реализации нарезания глобоидных червяков с дуговым профилем осевого сечения. Индивидуальный и групповой методы заточки сменных режущих элементов не вызывают сложностей, не требуют специального оборудования и дают возможность осуществлять оптимальную схему резания.

6. Разработаны методика и программное обеспечение для измерения и комплексного контроля геометрических параметров глобоидных червяков на трехкоординатной измерительной машине.

7. Технология формообразования винтовых поверхностей глобоидных червяков рулевого механизма с дуговым профилем осевого сечения реализована на широкоуниверсальном резьбошлицефрезерном станке HEKERT.

При обработке заготовок червяков из стали 18ХГТ (исходная твердость НВ 215.220) черновым сборным инструментом при скорости резания 35 м/мин, подаче S= 0.038 мм/резец и использовании в качестве СОЖ индустриального масла И40 его стойкость составила около 1100 деталей.

Стойкость чернового инструмента лимитировалась износом задних поверхностей резцов (материал — сталь Р6М5) при вершинных кромках, порядка 0,6 мм. Процесс стружкообразования протекал с четким разделением стружечных потоков от режущих кромок. Отсутствовала заметная вибрация технологической системы. Процесс резания был устойчив, крепление резцов надежное.

Чистовой инструмент при износе резцов по боковым задним поверхностям до 0,45 мм допускал 10. 15 переточек. Качество обработки червяков соответствовало требованиям чертежа.

Проверка характеристик зацепления изготовленных червяков с роликом вала сошки рулевого механизма по плавности перемещения, распределению зазора в секторе рабочего угла и пятну контакта подтвердили правильность геометрических моделей.

8. Положительные результаты, полученные при обработке нескольких партий червяков рулевого механизма, послужили основанием для использования разработанных методик расчета геометрических характеристик инструментов и измерений в производственных условиях Саратовского электроагрегатного производственного объединения и Саратовского завода строительных машин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гаврилов, Александр Николаевич, 2005 год

1. Автоматизированное проектирование. Геометрические и практические задачи. / B.C. Полозов, О.А. Будеков, С.И. Ротков и др. М.: Машиностроение, 1983. 312 с.

2. Астафьева Г.А., Гадателев А.А. Новые конструкции сборного зуборезного инструмента.// Станки и инструменты, 1974. № З.С. 19-20.

3. Баландин И.Я. Глобоидная передача // А.с.624026 СССР, опубликовано в Б.И. 1978. №34. 6с.

4. Баландин И.Я. Мотор-барабан ленточных конвейеров. А.с.658045 СССР, опубл. в Б.И. 1979. №15. 7 с.

5. Баландин И.Я. Исследование глобоидных передач с зацеплениемтелами качения.// Автореферат диссертации канд. техн. наук. Л.: 1981.23с.

6. Борисов М.А. Разработка и исследование зуборезных головок для нарезания конических колес комбинированным методом.// Автореферат диссертации канд. техн. наук. Саратов, 1992. 12 с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся Втузов. М.: 1980. 976 с.

8. Верещака А.С. Анализ основных аспектов проблемы создания высокопроизводительных инструментов с покрытиями. М.: ЦПНТО Машпром, 1980. С. 160-165.

9. Ю.Вильдгабер Э., Дисковая протяжка и метод нарезания зубчатых колёс. Пат. 2315147 США. 1946.

10. П.Выгодский М.Я. Аналитическая геометрия. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. 528 с.

11. Вяткин Г.П., Крашенинников А.А. Профилирование шлифовального круга для чашечных резцов, обрабатывающих глобоидные червяки. //Автомобильная промышленность. 1972. №5 С.33-35.

12. Вяткин Г.П., Немцов Ю.М., Тимофеев С.А. Исследования геометрии рабочей пары рулевого механизма типа глобоидный червяк и ролик с помощью ЭВМ.//Автомобильная промышленность. 1978. № 2. С. 19-21.

13. Гаврилов А.Н. Исследование эксплуатационных свойств резцов с покрытием нитридом титана при нарезании глобоидных червяков. // Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей. Науч. сб. СГТУ. Саратов, 1997. С. 112.

14. Гаврилов А.Н. Разработка методики измерений рабочих поверхностей глобоидных червяков на трехкоординатной измерительной машине.

15. Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. Н.Новгород. ННГАСУ 2005. С. 108-112.

16. Гаврилов А.Н., Зайцев Ю.А. Конструктивные и геометро-аналитические аспекты формообразования рабочих поверхностей глобоидных червяков.// Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. Н.Новгород. ННГАУ 2005. С.203-206.

17. Гаврилов А.Н., Погораздов В.В. Профилирование сборного инструмента для обработки глобоидного червяка рулевого редукто-ра.//Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей. Межвуз. науч. сб. СГТУ-Саратов-200. С.68-73.

18. ГОСТ 24438- 80. Передачи глобоидные. Исходный червяк и исходный производящий червяк. М.: Изд-во стандартов, 1981.5 с.

19. Гультяев А.К. MatLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие.- СПб.: КОРОНА Принт, 1999.- 288 с.

20. Дикер Я.И., Сагин Л.И. Основы производства червячных глобоидных передач. М.: Машгиз, 1960. 248 с.

21. Дикер Я.И. Тороидные передачи и основы их технологии. // Московское городское научное общество машиностроительной промышленности. Секция зубчатых передач и редукторов: Сборник научных трудов под редакцией инж. Громана М.Б.-М.: Машгиз, 1962, С. 178-198.

22. Журавлев В.Л. Технология изготовления глобоидных передач. М.: Машиностроение, 1965. 151 с.

23. Инженерная графика / А.К. Болтухин, С.А. Васин, Г.П. Вяткин, А.В. Пуш. М.: Изд-во МГТУ, 2000. 310 с.

24. Иноземцев Г.Г., Иванов Н.И. Незатылованные шлицевые червячные фрезы. М.: Машиностроение. 1973. 150 с.

25. Иноземцев Г.Г., Иванов Н.И. Сборные шлицевые червячные фрезы.// Сб. докл. конф. по зубообрабатывающему инструменту. М.: 1969. С. 19-23.

26. Иноземцев Г.Г., Гаврилов А.Н. Нарезание глобоидного червяка рулевого редуктора в условиях мелкосерийного производства.// Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей. Науч. сб. СГТУ. Саратов, -1997. С.135-137.

27. Кадинский Д.В., Технологические аспекты исследования методов формообразования режущей части острозаточенных зуборезных головок для изготовления колёс с круговыми зубьями. // Автореферат диссертации канд. техн. наук. Тула 1999. 23 с.

28. Колотилина Т.Ф. Теория и расчет глобоидной передачи с заданным законом изменения передаточного числа рулевого механизма легкового автомобиля. М.: Изд. МЭИ, 1975. 210 с.

29. Колотилина Т.Ф., Немцов Ю.М. Графоаналитическое исследование рулевого управления с переменным передаточным числом.// Автомобильная промышленность. 1977. №5.

30. Колотилина Т.Ф. Современные рулевые механизмы с переменным передаточным числом.// Автомобильная промышленность. 1970. №12 С.22.

31. Колотилина Т.Ф. К вопросу исследования винтовой линии глобоидной передачи.//Автомобильная промышленность. 1971. №1. С.23.

32. Колотилина Т.Ф. Графоаналитический способ определения точек контакта в рулевых механизмах.//Автомобильная промышленность. 1972. №3 С. 19-20.

33. Колотилина Т.Ф., Немцов Ю.М., Крашенинников А.А. К вопросу обработки глобоидных червяков рулевых механизмов.// Автомобильная промышленность. 1974. №2 С.41-42.

34. Колыбеноко Е.Н., Колесникова JI.B. Функции назначения элементов конструкции режущего инструмента. // СТИН. 2004. №1.- С.26-30.

35. Колыбенко Е.Н. Идентификатор связи и различия методов геометрического формообразования и обработки резанием.//СТИН.2003 №8-C.33-36.

36. Кривенко И.С. Новые типы червячных передач на судах. JL, Судостроение 1967. 256 с.

37. Кутай А.К., Романов А.Б., Рубинов А.Д. Справочник контрольного мастера. JI.,1980. 304 с.

38. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x.- Киев, Издат. группа BHV, 2000. 384 с.

39. Лашнев С.И., Юликов М.Н Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.392 с.

40. Лашнев С.И., Юликов М.Н. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М., 1980. 208 с.

41. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Батова Т.А. Автоматизация проектирования режущей части сложнопрофильных инструментов. Тульскийполитехнический институт: Отчет о НИР (заключительный). № ГРО1830046177, инв.№83-212-79/ОП. Тула, 1985. 174с.

42. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука., 1968.-584 с.

43. Лысов М.И. Рулевые управления автомобилей. М.: Машиностроение. 1964. 247 с.

44. Наука и искусство проектирования. П. Хилл. Пер. с англ. Коваленко Е.Г. Под ред. канд. техн. наук Венды В.Ф. М.: Мир, 1983.

45. Немцов Ю.В. Влияние кинематики рулевого привода на управляемость автомобиля. М.: Машиностроение, 1967. 75 с.

46. Погораздов В.В., Гаврилов А.Н. Специальный инструмент для обработки глобоидных червяков.//СТИН №6 2001.- С.14-16.

47. Погораздов В.В., Гаврилов А.Н. Инструмент и технология для мелкосерийного производства глобоидных червяков с выпуклым профилем.// Труды IV Международного конгресса Конструкторско-технологическая информатика 2000. М., 2000.Т.2 С. 103-105.

48. Погораздов В.В., Гаврилов А.Н., Захаров О.В. Сборный инструмент для нарезания глобоидного червяка рулевого механизма. // Автоматизация и управление в машино и приборостроении. Межвузовский научный сборник. СГТУ, Саратов 2000. С.111-114.

49. Полозов B.C. Эвристическое моделирование // УИСМ.1981.№3. Киев: Наукова думка. С. 7-11.

50. Постников Б.А., Шкаев М.А. Практика профильного шлифования. М.: Машиностроение, 1987. 232с.

51. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MatLAB 5.x:- -В 2-х т. Том 1.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999-304 с.

52. Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. М: Мир, 2001. 214 с.

53. Родин П.Р. Основы формообразования поверхностей резанием. -Киев: Вища школа, 1977. 192 с.

54. Синопальников В.А., Верещака А.С. Исследование режущих свойств инструментов с многослойными покрытиями.// Отчёт о НИР №81-8. М,: Мосстанкин. 1981. 108 с.

55. Справочник металлиста, в 5ти томах. М.: Машиностроение, 1977.

56. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1962. 952 с.

57. Сидоренко А.К., Карцев Е.С. Изготовление зубчатых и червячных передач. Киев: Техника, 1954. 217с.

58. Фортунков Д.Ф. Исследование зацепления рулевого механизма гло-боидный червяк-ролик. // Автомобильная промышленность. 1970. №8 С. 9.

59. Хорафас Д., Легг С. Конструкторские базы данных. М.: Машиностроение, 1990.

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

61. Цветков П.А., Горешников Н.А. Технология изготовления глобоидных червячных пар. М. ГОСИНТИ №641, 1963 56 с.

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

63. Шуп Т.Е. Решение инженерных задач на ЭВМ. Перевод с англ. М.: Мир, 1982. 238 с.

64. Гапшис А.А., Каспарайтис А.Ю., Раманаускас В.А. Развитие современных координатных измерительных машин. М.: НИИмаш, 1983, 82 с.

65. Гапшис А.А., Каспарайтис А.Ю., Модестов М.Б., Раманаускас В.А., Серков Н.А., Чудов В.А. Координатные измерительные машины и их применение. М.: Машиностроение, 1988.-328 с.

66. Jonson R С. Optimum Design of Mechanical Elements. New York, J. Wiley, 1999.438 р.

67. The science of engineering design. Percy H. Hill. Tufts University. New York, 1970.1. Ф. 0820

68. Разработка процесса, инструмента и технологии изготовления кинематической пары с глобоидным червяком. "1. Комиссия в составе :

69. Председателя комиссии Дроздецкого Ю.А. зам. главного технолога ООО "СЭПО-ЗЭМ"

70. Членов комиссии : 1. Медведева В.П. ведущего технологаинструментального производства

71. Сергеева А.В. зам. коммерческого директора ООО "СЭПО-ЗЭМ"

72. Сиднева Ю.А. начальника отдела САПР инструментального производства

73. В результате внедрения данной работы в производство получены следующие технико-экономические результаты :

74. Полученная на основе вышеизложенного товарная продукция и режущий инструмент для внутреннего потребления имеют высокое качество и потребительские свойства .

75. Росой, 410054. г. Сарато». 1-я Садовая. 129. Телефон: S2-58-71. Факе 52 58 72.

76. ИНН 6454001408 ЗЛО «WDB-БЛНК Поволжский немецкий банх» г. Саратов. Р/счю 40702810300010000245. БИК 046311807. КорЛч. 30101810300000000807.1. На №от1. АКТ ПЕРЕДАЧИ.

77. НАЧ.ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ЦЕХА А.И.ФЕДОСОВ1. ОАО «СТРОЙМАШ»

78. Росам, 4100S4, г. С*р«то», 2-я Садвмя. IТелефон: 52-58-71. Ф«и 52 S8 72.

79. ИНН 6434001408 ЗЛО «WDB-БАНК Поволжский вемецкнй бш» г. С«р«то». Р/счю 40702810300010000245. БИК 046311807. КорУеч. Э0101810Э00000000807.

80. Комиссия подтверждает, что резцовые головки используются для нарезания глобоидных червяков в одном из механических цехов предприятия.

81. Главный инженер.Чернозубов A.M.

82. Главный технолог.Башкиров В.М.

83. Начальник инструментального цеха. ^^тгТТГГ.Федосов А.И.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ