Введение к работе
Актуальность проблемы. Зубошлифование является финишной операцией формирования конечных параметров изготавливаемого зубчатого колеса. Операция шлифования зубьев занимает большой удельный вес по времени и затратам в производственном цикле изготовления колеса, являясь самой дорогой и длительной. Сокращение времени производственного цикла изготовления прецизионных зубчатых колес и минимальные затраты способствуют ресурсосбережению производства. Эффективное зубошлифование быстро окупает дорогостоящее оборудование и средства его оснащения, удовлетворяя требования качества и точности. Поэтому производственная проблема повышения эффективности операции зубошлифования является актуальной.
Эффективность операции зависит от величины припуска на зубьях и точности заготовки, поступающей на зубошлифование. Деформации зубьев и коробление венца, его геометрический и кинематический эксцентриситеты являются главными причинами, приводящими к нехватке припуска в круговом цикле зубошлифования и, как следствие, браку. Время цикла зубошлифования полностью зависит от величины припуска. Важно не только разбить припуск по черновым и чистовым проходам, но и его правильно распределить в круговом цикле по зубьям. Это выполнятся при наладке станка. Малость припусков на зубьях (десятые доли мм), прецизионность требований и сложная топология обрабатываемых поверхностей зубчатого колеса делает задачу наладки станка для профильного зубошлифования наукоемкой. Основным управляемым параметром профильного зубошлифования является радиальное врезание круга в заготовку, при котором требуется обеспечить геометрию колеса, исчисляемую разнокоординатно, что обусловливает необходимость пересчета станочных параметров наладки в параметры заготовки и припуска.
Мехатронный зубошлифовальный станок, работающий профильным кругом, имеет сложную формообразующую кинематику, что исключает ручное управление, поэтому автоматизация его работы с помощью системы ЧПУ базируется на научно-обоснованных решениях, оптимально реализующих взаимосвязи входных параметров заготовки с выходными параметрами колеса и показателями эффективности процесса. В основе этих взаимосвязей лежит припуск на зубьях заготовки, что делает актуальной научную задачу формализации алгоритмов наладки станка и выбора оптимальных параметров цикла зубошлифования по критерию эффективности.
Целью работы является повышение эффективности профильного шлифования цилиндрических колес на основе расчета оптимальных параметров статической наладки станка путем формализации и алгоритмизации взаимосвязей припуска с нормативами точности шлифуемых колес и показателями операции.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Установить взаимосвязи припуска, параметров наладки станка с выходными показателями профильного зубошлифования.
-
Сформировать критерий эффективности операции шлифования зубьев цилиндрических колес профильным методом.
(і
-
Разработать модели расчета параметров статической наладки зубошлифовального станка по критерию эффективности и алгоритмы их практической реализации.
-
Программно реализовать эффективный алгоритм наладки в системе управления станком для расчета оптимальных параметров профильного зубошлифования и автоматизации работы станка.
-
Внедрить результаты исследований в производство колес и при создании мехатронного зубошлифовального оборудования.
Научная новизна заключается в:
установленных и формализованных взаимосвязях параметров статической наладки станка с припуском, погрешностью профиля зубьев и длиной общей нормали шлифуемого колеса, выходными показателями операции;
разработанных моделях и алгоритмах, позволяющих формировать наладочные параметры, ограничивать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для обеспечения требуемой точности и минимизации времени цикла зубошлифования профильным методом;
формализации методики расчета параметров статической наладки зубошлифовального станка, работающего профильным кругом, по критерию эффективности.
Практическая ценность и реализация результатов работы состоят в:
алгоритмах расчета параметров статической наладки, позволяющих определять оптимальные параметры профильного шлифования по критерию эффективности, распределять припуск для исключения брака и минимизации времени цикла обработки;
практических рекомендациях по выбору параметров зубошлифования профильным методом при изготовлении прецизионных цилиндрических колес;
методике базирования и закрепления заготовки при наладке станка, позволяющей достичь заданной точности цилиндрических колес профильным методом, повысить эффективность операции и исключить брак;
разработанном программном обеспечении системы управления мехатронного станка для автоматизации стадии статической наладки станка на операции зубошлифования цилиндрических колес профильным методом.
Методы исследования. В работе были применены основные положения теории базирования, теории систем, теории конструкции и оптимизации, теории множеств, а также технологии машиностроения, теории зацеплений, метрологии, теоретической механики, теории механизмов и машин, численно-аналитических методов вычислительной математики и программирования, дифференциальной геометрии и интегрального исчисления, основ математической теории эксперимента. Достоверность научных выводов обеспечивается согласованием расчетных и экспериментальных данных. Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» г. Севастополь; 2010г.; 1-ой Международной научно-практической конференции «Инновации в
машиностроении» г. Бийск, 2010г.; XIII научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» -ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике: Сборник докладов. - М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2010г.; 3-я научно-образовательная конференция «Ммшиностроение - традиции и инновации (МТИ2010) МГТУ «Станкин», 2010г.; 9-й Всероссийская научно-практическая конференция "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", г. Новосибирск; 3-ей Международной научно-технической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» г. Брянск, 2011г..
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Станки» и «Технология машиностроения» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатные работы, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 129 наименований и 3-х приложений. Материал изложен на 198 страницах, содержит 95 рисунков и 21 таблицу. Общий объем работы 214 страниц.
