Содержание к диссертации
Введение
I Направления совершенствования процессов зубонарезания цилиндрических колес крупного модуля 10
1.1 Особенности процессов обработки зубьев цилиндрических колес крупного модуля 10
1.2 Направления повышения производительности процессов зубофрезерования 14
1.3 Анализ способов скоростного зубофрезерования цилиндрических зубчатых колес...18
1.4. Обзор конструкций дисковых твердосплавных зуборезных фрез... , 28
1.5 Выводы и задачи исследования 36
2 Теоретические основы проектирования процессов зубонарезания дисковыми фрезопротяжками 39
2.1 Математическое отображение кинематической схемы срезания припуска при зубонарезании дисковыми фрезопротяжками 39
2.2 Определение геометрических параметров срезаемых слоев , 44
2.3 Выравнивание процесса предварительного зубопарезания на участках врезания и выхода инструмента 54
2.4 Особенности формообразования поверхности зубьев колеса при зубонарезании дисковыми фрезопротяжками 58
2.5 Погрешности формообразования боковой поверхности зубьев колеса 65
2.5.1 Огранка эвольвентного профиля зуба колеса 65
2.5.2 Расчет суммарной погрешности формообразования зуба колеса 76
2.6 Управление величиной погрешности формообразования 80
Выводы 93
3 Оборудование и инструмент для реализации технологической схемы зубонарезания 95
3.1 Зубофрезерные станки для скоростного зубонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками 95
3.2 Проектирование дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного зубонарезания 103
3.3 Проектирование дисковых твердосплавных
фрезопротяжек для чистового зубонарезания 114
3.4 Приспособление для настройки и контроля дисковых фрезопротяжек 119
Выводы 122
4 Экспериментальное исследование процесса зубонарезания дисковыми фрезопротяжками 123
4.1 Исследование силы резания для процесса
предварительного зубонарезания 123
4.2 Исследование износа зубьев фрезопротяжек 128
4.3 Исследование точности обработанных зубчатых колес 135
Выводы 144
5 Реализация результатов исследований и расчет экономической эффективности 145
5.1 Реализация результатов работы 145
5.2 Расчет экономической эффективности внедрения процессов зубонарезания дисковыми твердосплавными фрезопротяжками 147
6 Общие выводы по работе 148
Список литературы
- Направления повышения производительности процессов зубофрезерования
- Выравнивание процесса предварительного зубопарезания на участках врезания и выхода инструмента
- Проектирование дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного зубонарезания
- Исследование износа зубьев фрезопротяжек
Введение к работе
Актуальность работы. Нарезание зубьев крупномодульных (т>8 мм) зубчатых колес отличается сложностью и очень высокой трудоемкостью. На операции, связанные с обработкой зубьев таких колес, затрачивается до 70 -80 процентов трудоемкости механической обработки всего зубчатого колеса.
Такое положение объясняется необходимостью удаления из впадин зубчатого венца большого объема металла, что требует разделения зуборезных операций на предварительную, чистовую, а в ряде случаев и отделочную. Кроме того, эти операции обычно выполняются с использованием зуборезных инструментов, изготовленных из быстрорежущих сталей, обеспечивающих сравнительно низкие режимы резания, и, прежде всего, скорость резания, которая не превышает 30 — 40 м/мин.
Отмеченные особенности изготовления крупномодульных зубчатых колес требуют использования на зуборезных операциях большого количества сложных, дорогостоящих, а часто и уникальных зубообрабатывающих станков, занимающих значительные производственные площади, сложного, а, следовательно, дорогостоящего режущего инструмента, занятости значительного числа станочников. Все это приводит к большим производственным затратам и значительной технологической себестоимости зуборезных операций, а в итоге к высокой стоимости изготавливаемых зубчатых колес.
Поэтому весьма актуальной задачей для производства зубчатых колес крупного модуля является совершенствование существующих и разработка новых процессов зубонарезания, позволяющих значительно увеличить производительность при обеспечении требуемого качества.
Цель работы. Повышение производительности процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля при обеспечении 8...9 степени точности по ГОСТ 1643-81 на основе использования дисковых твердосплавных фрезопротяжек, выполненных с конструктивной подачей режущих лезвий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:
. разработать и исследовать высокопроизводительную технологическую схему скоростного зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающую операции предварительной и чистовой обработки зубьев дисковыми твердосплавными фрезопротяжками;
. разработать математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, позволяющую описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев инструмента в пространстве, определить мгновенные значения параметров срезаемых слоевталщнны, шири-
БИБЛИОТЕКА СПетїрі 09 МО
ны и площади) каждым зубом и установить закономерности их изменения по длине режущей кромки, на отдельных зубьях и у инструмента в целом на всем протяжении обработки впадины зубчатого колеса;
выполнить анализ параметров срезаемых слоев и разработать методику выравнивания процесса предварительного зубонарезания дисковой фрезопро-тяжкой по толщине и площади срезаемых слоев на участках врезания и выхода, позволяющую установить закономерность изменения подачи;
разработать методику профилирования чистовых дисковых фрезопро-тяжек, позволяющую определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих лезвий инструмента, обеспечивающих минимизацию и выравнивание по всей формируемой эвольвентной поверхности зубьев колеса составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений;
разработать конструкции и изготовить дисковые твердосплавные фре-зопротяжки для предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм и провести их производственные испытания;
определить точностные характеристики обработанной партии зубчатых колес, установить критерии износа зубьев инструмента и дать рекомендации по назначению рациональных режимов резания.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе положений геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, теории резания, основ технологии машиностроения, с использованием методов аналитической и дифференциальной геометрии, математического моделирования и программирования. Экспериментальные исследования выполнялись на действующем технологическом оборудовании в лабораторных и производственных условиях с последующей обработкой полученных результатов с использованием методов статистического анализа данных.
Автор защищает:
Высокопроизводительную технологическую схему, включающую операции предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля дисковыми твердосплавными фрезопротяж-ками.
Математическую модель отображения кинематической схемы срезания припуска для процессов зубонарезания цилиндрических прямозубых колес дисковыми фрезопротяжками, включающую описание движения режущего лезвия инструмента и зависимости для определения геометрических параметров срезаемых слоев, позволяющую выполнять анализ схем резания в пространстве.
Методику выравнивания процесса предварительного зубонарезания, включающую анализ геометрических параметров срезаемых слоев и позволяющую за счет неравномерной подачи на участках врезания и выхода повысить производительность обработки,..
* *«» a*. *„t*
Аналитические зависимости, описывающие формируемую поверхность зубьев цилиндрического прямозубого колеса дисковыми фрезопротяж-ками, выполненными с конструктивной подачей и смещением режущих кромок зубьев относительно осевой плоскости инструмента.
Методику профилирования чистовых дисковых фрезопротяжек, позволяющую определить профильные углы и величину конструктивной подачи прямолинейных режущих лезвий инструмента, обеспечивающих минимизацию и выравнивание составляющей шероховатости, обусловленной геометрией рабочей части инструмента и кинематикой его рабочих движений, на формируемой эвольвентной поверхности зуба колеса.
Конструкции черновой и чистовой дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами.
Результаты экспериментального исследования процесса зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм дисковыми твердосплавными фрезопротяжками.
Научная новизна работы. Разработан комплексный высокопроизводительный процесс зубонарезания цилиндрических прямозубых колес крупного модуля, включающий предварительную и чистовую обработку дисковыми фрезопротяжками, выполненными с взаимозависимым расположением режущих лезвий из условия равномерной нагруженности зубьев для чернового инструмента и минимизации и выравнивания погрешности формообразования для чистового инструмента.
Получена математическая модель отображения кинематической схемы срезания припуска, позволяющая описать перемещение любой точки режущих кромок зубьев в пространстве, рассчитать мгновенные значения параметров срезаемых слоев, закономерность их изменения при обработке впадины зубчатого колеса и определить профильные углы и величину конструктивной подачи режущих лезвий.
Практическая ценность работы заключается:
в доказанной возможности использования дисковых твердосплавных
фрезопротяжек для высокопроизводительного зубонарезания цилиндрических
прямозубых колес крупного модуля 8...9 степени точности по ГОСТ 1643-81;
в рекомендациях по проектированию дисковых твердосплавных фрезопротяжек, включающих пакет прикладных программ для персонального компьютера (ПК);
в разработке конструкций дисковых фрезопротяжек, оснащенных твердосплавными режущими пластинами;
в рекомендациях по практическому использованию дисковых твердосплавных фрезопротяжек, включающих рациональные режимы резания и допустимые величины износа зубьев.
Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены в ОАО «Дормашина» при обработке зубчатых колес (т=10 мм, Z=40) балансира автогрейдера, в ООО «Редуктор» и используются в учеб-
ном процессе при изучении дисциплин «Режущий инструмент» и «Проектирование инструментов» в ОрелГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях'. "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология -2000" (Орел, 2000), "Высокие технологии в машиностроении" (Самара, 2002), на международной научно-технической интернет конференции "Fundamental and applied technological problems of machine building. Technology - 2002" (Oryol, 2002), на всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении" (Устинов, 1986), на республиканской научно-технической конференции "Опыт отраслей машиностроения и научные достижения - производству тракторов и сельхозмашин" (Севастополь, 1989); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ в 1980-2003 г.г. и Тульского политехнического института в 1980-1985 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, включая авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 181 страницу текста, в том числе 158 страниц основного текста, включает 57 рисунков, 34 таблицы и 3 приложения.
Направления повышения производительности процессов зубофрезерования
Недостатком такой схемы зубонарезання является значительная перегрузка фрез набора при начальных проходах, что вызывает необходимость уменьшения на них величины продольной подачи.
Общепринятые схемы резания при обработке зубьев как червячной» так и дисковой фрезой характеризуются сложной формой срезаемых слоев металла. У каждого зуба этих инструментов в работе одновременно находятся несколько режущих кромок, что приводит к образованию П — образной или Г- образной стружки. Такие формы стружки вызывают ее дополнительную деформацию, что ведет к увеличению силы резания, снижению стойкости инструмента и ограничению подачи. С. Н. Медведицкопым были предложены схемы резания, позволяющие разделить срезаемые слои между отдельными режущими кромками зубьев [48]. Одной из них является прогрессивная схема резания. Фрезы с такой схемой резания имеют зауженные и занижснные по отношению к стандартному профилю зубья, которые чередуются между собой.
Червячные фрезы с прогрессивной схемой резания рекомендуется использовать для предварительной или получистовой (под шевенгование) обработки зубьев. Они имеют уменьшенное количество профилирующих режущих лезвий и увеличенную погрешность формообразования.
При черновом зубонарезании с продольной подачей цилиндрических колес червячными и особенно дисковыми (с учетом последовательной обработки впадин колеса) фрезами значительную длину имеют участки врезания и выхода инструмента. На этих участках возможности зубообрабатывающего станка и инструмента используются не полностью, так как имеет место значительное уменьшение толщины и площади срезаемых слоев металла. Изменяя по определенному закону величину продольной подачи, можно обеспечить выравнивание процесса и повышение его производительности.
Третье направление увеличения производительности за счет сокращения длины перемещения инструмента при зубонарезании может быть реализовано при обработке зубчатых колес пакетом (сокращается длина участков врезания и перебега, приходящаяся на один зубчатый венец) или при использовании радиального направления движения подачи [29]. Последнее, например, получило широкое применение на операции предварительного зубона-резания колес с узким зубчатым венцом [12, 89].
Применение многозаходмых червячных фрез [36] или многорядных дисковых инструментов [44] позволяет увеличить производительность зубо-нарезания. Однако при этом существенно возрастают силы резания, снижается точность обработки. Поэтому такие инструменты используют в основном на операциях предварительного зубонарезания.
Наибольший эффект можно получить при комплексном использовании перечисленных направлений. Таким образом, все отмеченные пути повышения производительности зубообработки сводятся к одному — разработке таких конструкций твердосплавных инструментов, которые бы были технологичны в изготовлении II просты в эксплуатации, а оборудование для их использования не должно подвергаться глубокой модернизации.
Анализ способов скоростного зубофрезерования цилиндрических зубчатых колес Необходимым условием успешного применения твердосплавного зуборезного инструмента является повышенная жесткость технологической системы, мощный привод главного движения резания и прямолинейная форма профилирующих режущих лезвий зубьев [49].
Достижение оптимальной для работы твердосплавных зуборезных инструментов скорости резания можно обеспечить при использовании процессов зубонарезания, у которых главное движение резания не имеет жесткой кинематической связи с движениями, выполняющими профилирование зубьев колеса. Классификация таких процессов представлена в таблице 1.1.
Реализация приведенных процессов зубофрезерования возможна при использовании методов обката, копирования или бесцентроидного огибания, которые выполняются с непрерывным или единичным делением и кинематическим или конструктивным огибанием эвольвентной поверхности зубьев колеса.
Выравнивание процесса предварительного зубопарезания на участках врезания и выхода инструмента
Особенностью процесса предварительного зубонарезания дисковыми фрезопротяжками является значительная длина участков врезания и выхода инструмента [71]. Она определяется глубиной прорезаемой впадины и наружным диаметром инструмента.
Так при зубоиарезании колеса (m=10 мм, Z=40, с шириной зубчатого венца 70 мм) дисковой фрезопротяжкой диаметром 250 мм суммарная длина участков врезания и выхода составляет 5,6 м.
Как показывают расчеты, выполненные с использованием представленных выше программ, на этих участках возможности станка п инструмента используются не полностью, так как толщина и площадь срезаемых слоев значительно меньше, чем на участке установившегося резания.
Разработана методика выравнивания процесса предварительного зубо-нарезания дисковой фрезопротяжкой на участках врезания и выхода, которая позволяет за счет неравномерной подачи увеличить производительность обработки.
Учитывая, что толщина и площадь срезов находятся в пропорциональной зависимости от величины подачи, для определения закономерности изменения подачи при выравнивании процесса следует сравнить значения Л,\} и F\t со значениями А\ц и Fsli при рассматриваемом угле поворота фрезопро-тяжки ф,.
Условия такого выравнивания определяют, что в выровненном процессе на участках врезания и выхода максимальные мгновенные значения толщины и площади срезаемых слоев не должны превышать максимальных значений этих параметров для невыровненного процесса на участке установившегося резания [29, 71, 79].
Определение закона неравномерной подачи и геометрических параметров срезаемых слоев для выровненного и невыровненного процессов реализовано в пакете прикладных программ для ПК, интерфейс которых представлен на рисунке 2.6.
На основе расчетов по этим программам на рисунках 2.7 — 2.10 представлены графики изменения максимальных за оборот двухрядной фрезопро-тяжки толщины и площади срезов при равномерной и неравномерной продольной подаче по длине прорезаемой впадины зубчатого колеса (т=10 мм, Z=40, b-70 мм).
Расчетами установлено, что использование совместного выравнивания по толщине и площади срезов при продольной подаче инструмента позволяет увеличить производительность обработки в 1,2 раза, а при использовании комбинированной подачи (радиальной на участке врезания и продольной на участке выхода)-в 1,5 раза.
Производящая поверхность дисковой фрезопротяжки является поверхностью вращения и формируется как огибающая однопараметрического семейства поверхностей резания, которые последовательно описывают профилирующие режущие лезвия зубьев инструмента при его вращении [33, 34]. Параметром семейства поверхностей резания является конструктивная подача прямолинейных режущих лезвий зубьев, которая выражается в изменении углов профиля их расположения вдоль эвольвентной образующей зуба колеса.
Форма поверхностей резания зависит от положения режущих лезвий зубьев фрезопротяжки относительно оси ее вращения [4]. Возможінл дна «J принципиально отличных варианта: 1) режущие лезвия располагаются в осевой плоскости фрезопротяжки; 2) режущие лезвия располагаются со смещением относительно оси вращения фрезопротяжки. При нервом варианте прямолинейные режущие лезвия зубьев описывают конические поверхности резания (рисунок 2.11), общее уравнение которых в канонической форме имеет вид: 2 2 2 rr+7r-F = o. 2лб) где г и h - соответственно радиус основания и высота конуса вращения. Параметры конуса вращения связаны между собой соотношением: h = r tgylit (2.17) где (р/, - угол профиля прямолинейного режущего лезвия зуба фрезопротяжки. С учетом зависимости (2,17) уравнение (2.16) принимает вид, удобный для анализа формы поверхности резания: x2g2i?ll+y2-lg\?li-z2=0. (2.18)
В зависимости от величины угла профиля режущего лезвия зуба фрезопротяжки возможны следующие три формы поверхностей резания: а) при положительном значении угла профиля (ф/,- 0) прямолинейное режущее лезвие зуба описывает коническую поверхность резания, которая имеет наружное касание с номинальной эвольвентной поверхностью зуба ко леса (рисунок 2.11, а); б) при нулевом значении угла профиля (ф;/ = 0) прямолинейное режу щее лезвие зуба описывает поверхность резания в форме плоскости z — 0, перпендикулярной оси вращения фрезопротяжки (рисунок 2.11, б); в) при отрицательном значении угла профиля (щ 0) прямолинейное режущее лезвие зуба описывает коническую поверхность резания, которая имеет внутреннее касание с номинальной эвольвентной поверхностью зуба Ч колеса (рисунок 2.11, в).
При использовании второго варианта, когда прямолинейные режущие лезвия зубьев фрезопротяжкн располагаются со смещением относительно оси ее вращения, они описывают поверхности резания в форме однополостпого гиперболоида вращения (рисунок 2.12). Общее уравнение однополостпого гиперболоида в канонической форме имеет вид: 2 2 2 — + — - — = 1 (2.19) а а с где а пс - соответственно размер действительной и мнимой полуоси однополостпого гиперболоида вращения.
В сечении гиперболоида плоскостью х - а получим пару скрещивающихся прямолинейных образующих, которые определяют уравнение режущего лезвия зуба фрезопротяжкн в этой плоскости: z = ±-y, (2.20) а
Параметры гиперболоида связаны между собой соотношением: c = agfp,„ (2.21) где рЛ- - угол профиля прямолинейного режущего лезвия зуба в плоскости передней поверхности.
Проектирование дисковых твердосплавных фрезопротяжек для предварительного зубонарезания
При решении первой задачи основное внимание было уделено доработке узла коробки деления (совокупность позиций I - 7, 20, 29, 30 на рисунке 3.2) с целью более точного и стабильного отсчета угла поворота выходного вала 1 коробки (рисунок 3.3). Это достигается введением в конструкцию коробки деления, вместо пружинного фиксатора, механизма 2 доворота и фиксации отсчетного диска 4 с приводом от гидроцилиндра 20. Кроме того, примерно, на 25 процентов увеличен диаметр отсчетного диска, в гидропривод станка дополнительно вмонтированы двухпозиционный золотник 60 (рисунок 3.2), дроссель 61, обратный клапан 53 (3) и реле давления РД 1.
Точный отсчет одного или нескольких оборотов выходного зубчатого колеса 6 коробки деления осуществляется следующим образом. Цикл деления выполняется по команде (при замыкании контактов) верхнего концевого выключателя, контролирующего верхнее положение фрезерного суппорта, когда фрезопротяжка вышла из соприкосновения с нарезаемым колесом. Контакты выключателя замыкают цепь электромагнита золотника 60, который направляет поток масла в нижнюю полость гидроцилиндра 20 и быстро перемещает вверх шток-фиксатор 2, освобождая отсчетный диск 4 (рисунок 3.3). Одновременно с этим запускается электродвигатель 1 и начинает вращаться со скоростью 24,5 об/мин червячное колесо 3, сидящее на втулке с торцевыми зубьями. Когда шток-фиксатор займет верхнее крайнее положение, давление масла в нижней полости гидроцилиндра 20 повысится до давления настроенного клапаном 64, сработает реле давления РД 1 и замкнет цепь электромагнита 62, который через рычажную систему выведет фиксатор 5 вверх, освободив защелку 65.
Под воздействием пружины защелка попадает в один из торцовых пазов втулки 66, обеспечивая передачу вращения от червячного колеса 3 от-счетному диску 4 и через шпоночное соединение валу 1, на котором закреплено зубчатое колесо 6. При вращении вала 1 кулачок 29 замыкает и размыкает контакты концевого выключателя 30, формируя управляющие импуль сы, которые попадают в реле счета импульсов. Реле при наборе настроенного количества импульсов одновременно выключает электромагнит 62 , электромагнит золотника 60 и электродвигатель 1. Фиксатор 5 выключает защелку 65, размыкая диск 4 и червяное колесо 3. После этого шток-фиксатор 2 входит в паз отсчетного диска 4 и доворачивает его по ходу вращения и затем жестко фиксирует диск 4 и вместе с ним вал 1 и зубчатое колесо 6. Скорость перемещения фиксатора 2 регулируется дросселем 61.
Доработка конструкции коробки деления, введение необходимой гидроаппаратуры в гидропровод, а также доработка системы управления электроприводом позволили обеспечить автоматический и наладочный режимы работы станка.
При нажатии пусковой кнопки автоматического режима работы стол станка с закрепленной на нем заготовкой быстро перемещается гидроцилиндром 57 в зону обработки. В конце хода давление в полости цилиндра 57 возрастает, и реле давления РД 2 запускает привод главного движения и механизм деления. По окончании цикла деления включается механизм подачи фрезерного суппорта, который перемещается со скоростью рабочей подачи вниз, прорезая впадину в заготовке. В нижнем положении суппорт нажимает на концевой выключатель, который реверсирует двигатель привода подачи, и суппорт ускоренно движется вверх. В верхнем крайнем положении (контролирует концевой выключатель) суппорт останавливается, происходит цикл деления, по окончании которого производится обработка следующей впадины и т.д. Когда будет прорезана последняя впадина нарезаемого колеса и суппорт займет верхнее крайнее положение, реле счета импульсов отключит станок. При этом стол станка перемещается из зоны обработки в позицию «загрузка».
Для решения третьей задачи по обеспечению на станке рациональной скорости резания на операциях предварительной и чистовой зубообработки из уравнения кинематического баланса цени привода главного движения были определены диаметры шкивов ременной передачи. Для черновой обработки при скорости резания 180 м/мин был изготовлен шкив с расчетным диаметром 140 мм, а для чистовой обработки при скорости резания 220 м/мин -шкив диаметром 180 мм. Сменные шкивы устанавливались на вал электродвигателя.
После проведенной модернизации была выполнена проверка геометрической точности станка по параметрам, предусмотренным его паспортом. [Сонтролпровались следующие параметры: - торцевое биение стола станка на диаметре 400 мм; - радиальное биение шпинделя заготовки; - параллельность перемещения суппорта к оси вращения заготовки на длине 200 мм; - радиальное и осевое биение шпинделя инструмента; - разность и накопленная погрешность окружных шагов зубьев обработанного пробного зубчатого колеса.
Результаты измерений по всем параметрам не превышали величину установленных паспортом станка допусков. Для определения точности работы механизма деления станка было обработано пробное зубчатое колесо (m = 10 мм, Z = 40), у которого шагомером модели БВ-5070 измерялась разность окружных шагов зубьев и накопленная погрешность окружного шага. Максимальная величина разности окружных шагов зубьев при измерениях находилась в пределах ±0,055 мм, а накопленная погрешность окружного шага зубьев колеса не превышала 0,12 мм, что соответствует 8...9 степени точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81, подтверждает правильность выбранного направления модернизации и возможность использования станка для реализации предлагаемой технологической схемы зубонарезания.
Исследование износа зубьев фрезопротяжек
Экспериментальное исследование силы резания для процесса предварительного зубонарезания дисковой твердосплавной фрезопротяжкой проводилось с целью проверки результатов, полученных на основе использования методики выравнивания по толщине и площади срезов на участках врезания и выхода инструмента при обработке впадины зубчатого колеса.
Измерение силы резания выполнялось в лабораторных условиях на горизонтально фрезерном станке модели 6Р82 (рисунок 4.1) и фрезерном станке с ЧПУ модели 9ФСПМ (рисунок 4.2) с использованием стандартного комплекта универсального динамометра конструкции ВНИИ (УДМ-1200).
В качестве режущего инструмента использовалась черновая двухрядная дисковая фрезопротяжка, предназначенная для зубонарезания цилиндрических прямозубых колес модуля 10 мм, с числом зубьев 40. Фрезопротяжка наружным диаметром 250 мм имела в каждом ряду по 16 режущих зубьев, оснащенных пластинами твердого сплава Т15К6, которые располагались в соответствии с представленной в главе 3 схемой формирования профиля впадины зубчатого колеса.
Динамометр закреплялся на столе фрезерного станка, заготовка - на столике динамометра, а фрезопротяжка по посадочному диаметру 60 мм - на оправке, установленной в шпинделе станка.
Обрабатывались заготовки из стали 45 (НВ 170 -5- 200) в форме брусков длиной 70 мм, которая соответствует ширине зубчатого венца колеса. Отбирались заготовки из одной партии поставки. Перед опытами проверялась их твердость. Для исключения влияния колебаний твердости и химического состава заготовок на погрешности измерения силы резания при равномерной и неравномерной подаче в каждом опыте обрабатывалась одна заготовка с разных сторон.
При каждом опыте у заготовки одновременно прорезались две впадины глубиной 22,5 мм, равной глубине впадин зубчатого колеса модуля 10 мм. Число оборотов шпинделя во всех опытах принималось постоянным и равным 200 об/мин, что соответствует скорости резания 157 м/мпн. Обработка велась без охлаждения. Использовалась встречная продольная подача 1,6 мм на оборот инструмента. Неравномерная продольная подача на участках врезания и выхода изменялась в пределах от 1,6 мм/об до 6 мм/об ступенчато, в соответствии с теоретически установленным и приведенном в главе 2 законом. Изменение подачи выполнялось при каждом перемещении инструмента на 3,2 мм. Длина перемещения фрезопротяжки с учетом длины участка врезания составляла 145 мм.
Динамометр УДМ-1200 позволяет исследовать мгновенные значения силы резания в диапазоне частот от 0 до 500 Гц, следовательно, его можно использовать для данного процесса. Входящие в комплект динамометра устройства были соединены по типовой схеме. Настройка усилителя ТЛ-5 и шлейфового осциллографа проводилась в соответствии с входящими в комплект инструкциями. Для проверки стабильности чувствительности динамометра перед серией опытов проводилось его тарирование. Составляющие силы резания регистрировались на фотобумагу и фотопленку осциллографом H-7G0. После настройки аппаратуры снималась пробная осциллограмма, по которой выяснялось качество записи, оптимальная скорость протягивания фотобумаги, правильность расположения записи по ширине осциллограммы.
Количество дублей для уменьшения случайных погрешностей в экспериментах принималось 6-8. Расшифровка осциллограмм проводилась с помощью штангенциркуля с ценой деления 0,05 мм.
Программой экспериментальных исследований предусматривалось измерение двух взаимно перпендикулярных составляющих силы резания -вертикальной Р/, и горизонтальной Pv (рисунок 4.3). Составляющая силы резания Рх, направленная вдоль оси инструмента (на рисунке 4.3 не показана) не измерялась ввиду того, что режущие кромки фрезопротяжки имеют сим
метричное расположение в рядах. Это приводит к взаимной компенсации составляющей силы резания Рх. Рсзультируюитя сила резания Ру: определялась по формуле:
