Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса управления процессом нарезания зубьев инструментами червячного типа 10
1.1. Варианты управления процессом обработки зубчатых колес инструментами червячного типа 10
1.2. Особенности кинематики формообразования инструментами червячного типа 18
1.3. Конструкции инструментов червячного типа 25
1.4. Особенности износа инструментов червячного типа 33
1.5. Исследование сил резания при обработке инструментами червячного типа 37
1.6. Выводы и постановка задач исследования 40
2. Теоретические основы процесса обработки зубьев инструментами червячного типа 43
2.1. Математическое отображение схемы резания инструментами червячного типа 43
2.2. Профилирование режущего инструмента, работающего по методу обката 48
2.3. Анализ математического отображения кинематической схемы резания зубьев инструментами червячного типа 57
2.4. Определение сил резания при нарезании зубьев инструментами червячного типа 65
2.5. Определение погрешностей зубчатых колес, вызванных деформацией технологической системы 78
2.6 Управление параметрами качества зубчатых колес 85
3. Методика проведения экспериментальных исследований 101
3.1. Методика исследования износа инструмента 102
3.2. Методика исследования жесткости зубофрезерных станков 107
3.3. Методика исследования составляющих силы резания ПО
3.4. Методика экспериментального исследования типовых погрешностей, возникающих при обработке инструментами червячного типа 117
4. Экспериментальные исследование точности зубчатых колес при обработке инструментами червячного типа 119
4.1. Определение стойкостных характеристик 119
4.2. Определение жесткости зубофрезерных станков 128
4.3. Исследование сил резания при обработке инструментами червячного типа 131
4.4. Экспериментальное исследование типовых погрешностей, возникающих при обработке инструментами червячного типа 139
5. Реализация результатов исследований и расчет экономической эффективности 147
6. Выводы и предложения 154
Список литературы 157
Приложения
- Особенности кинематики формообразования инструментами червячного типа
- Профилирование режущего инструмента, работающего по методу обката
- Методика исследования жесткости зубофрезерных станков
- Определение жесткости зубофрезерных станков
Введение к работе
Актуальность работы. Обработка деталей с периодическими профилями (зубчатые колеса, зубчатые муфты, детали шлицевых соединений и др.) является одним из наиболее трудоемких видов производств современного машиностроения. Наибольший удельный вес по своей универсальности и практической применяемости среди распространенных методов зубонарезания такого класса деталей занимает обработка инструментами червячного типа, работающими по методу обката.
Реализация данного метода охватывает многообразие схем формообразования (зуботочение, зубофрезерование с радиальной, осевой, диагональной и тангенциальной подачей) и широкий спектр конструкций инструмента (в том числе инструменты, оснащенные твердым сплавом; с измененной заходной частью; многозаходный инструмент; инструмент с совмещением черновой и чистовой обработки; сборные конструкции; инструмент с измененной по сравнению с традиционной схемой резания: прогрессивной, вершинонагруженной, с попеременнонагруженными боковыми кромками; инструмент с измененным углом профиля; инструмент определенной установки).
Новые достижения инструментальщиков и станкостроителей в области разработки новых схем разделения срезаемых слоев, определения оптимальной геометрии, использования станков с ЧПУ, оперативно вводящих коррекцию по результатам измерений обрабатываемой или обработанной детали, расширяют возможности такого зубонарезания и позволяют повысить его производительность и эффективность.
Изменения, вносимые в отработанные технологические процессы, в свою очередь, приводят к большим затратам, связанным с детальным изучением схемы резания и разработкой режимов обработки и влиянием вносимых изменений на показатели качества готовой детали. В этой связи актуальна задача определения степени влияния различных параметров (конструкций инструмента, схем резания, режимов резания) на такие показатели, как качество колеса, произво дительность обработки, стойкость инструмента и создание методики управления процессом, основанной на анализе виртуальных моделей, позволяющей не только значительно сократить расходы, но и исключить нерациональные варианты на ранних стадиях проектирования.
Трудность достижения данной цели при обработке зубьев инструментами червячного типа сопряжена с кинематической сложностью процесса, зависимостью его от нескольких входных параметров, а также от большого количества стохастических погрешностей, сопутствующих нарезанию зубьев.
Цель работы. Повышение точности цилиндрических зубчатых колес и производительности нарезания зубьев инструментами червячного типа на основе анализа математического отображения схемы резания.
Для реализации цели работы необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:
- разработать математическое отображение схемы резания инструментами червячного типа, определяющее формируемую поверхность детали по рассчитанным параметрам инструмента и параметрам его движения;
- разработать метод расчета производящей поверхности инструментов червячного типа для формообразования эвольвентного или неэвольвентного профиля на основе трехмерного трансформируемого математического отображения;
- выполнить анализ кинематики, включающий определение рабочих углов инструмента и параметров срезаемого слоя;
- провести анализ составляющих силы и выявить степень влияния режимов обработки, схем резания, конструктивных элементов, параметров нарезаемого колеса на их величину и колебания;
- определить погрешности обработки, вызванные упругими деформациями технологической системы под воздействием переменности силы резания;
- проверить адекватность теоретических расчетов экспериментально;
- разработать практические рекомендации по повышению точности деталей и производительности обработки.
Методы исследования. Теоретическое исследование проводилось на базе методологии системного анализа, теории векторного анализа, теории зацепления, геометрической теории формирования поверхностей резанием, дифференциальной геометрии. Использовались научные основы технологии машиностроения, теории резания металлов.
Экспериментальные исследования проводились на действующем оборудовании в лабораториях кафедры ТМСИ ОрелГТУ и в реальных производственных условиях ОАО «Автосельмаш» с последующей обработкой полученных данных на ЭВМ.
Научная новизна. Разработана универсальная методика теоретического анализа технологий зубонарезания, позволяющая на основе математического отображения схем резания:
- проводить исследование кинематики и силы резания, рассчитать колебания составляющих силы резания в процессе всего времени обработки;
- определить погрешности обработки, вызванные упругими деформациями технологической системы под воздействием переменности силы резания, и установить влияние схем формообразования, конструкций инструмента, режимов резания на параметры точности зубчатого колеса;
- профилировать инструменты червячного типа.
Структура работы. В первой главе проводится анализ состояния процесса нарезания зубьев инструментами червячного типа. Проведенный анализ показал наличие многообразия конструкций инструмента, схем резания и кинематических особенностей процесса, позволяющих расширить возможности данного метода обработки.
Во второй главе производится анализ кинематики и силы резания процесса нарезания зубьев на основе разработанного трансформируемого пространственного математического отображения схемы резания; установлено влияние различных факторов (схем резания, режимов обработки) на составляющие силы резания с учетом кинематического изменения углов инструмента; разработана методика управления процессом нарезания зубьев, основанная на влиянии силы резания на точность по величине упругих отклонений в профилирующем зуб колеса положении режущих кромок. Разработана методика профилирования инструментов работающих по методу обката, позволяющая учитывать конструктивные элементы детали и параметры обработки.
Третья глава посвящена разработке методик экспериментальных исследований.
В четвертой главе проводится анализ экспериментального исследования с целью определения степени воздействия технологических параметров процесса, а также принятых способов дифференцирования срезаемых слоев металла на износостойкость инструмента, составляющие силы резания; исследована жесткость оборудования с целью установления путей повышения точности и производительности обработки.
В пятой главе представлена реализация результатов исследований и расчет экономической эффективности.
Практическая ценность работы заключается.
- в рекомендациях по проектированию инструментов червячного типа, работающих по методу обката;
- в возможности прогнозирования точности зубчатых колес и исключения нерациональных вариантов обработки на стадии проектирования;
- в выработке рекомендаций рационального сочетания конструкции, кинематических и технологических параметров для нарезания зубьев с требуемыми параметрами точности и повышением производительности.
Особенности кинематики формообразования инструментами червячного типа
Нарезание зубьев червячными фрезами благодаря универсальности и высокой точности, а также высокой производительности процесса при низких затратах на инструмент наиболее рационально применять для обработки цилиндрических зубчатых колес с m 16 мм из сталей с НВ 200 и с m 10 мм из сталей с НВ 350 [14],[15],[16],[17].
В процессе нарезания червячной фрезе и заготовке сообщают вращение вокруг своих осей, осуществляя взаимный обкат. Различают обработку с радиальной, диагональной, тангенциальной и осевой подачами [18], [19].
В работе [20] предлагается способ обработки зубчатых колес в условиях обкатки, включающий движение радиального врезания инструмента в тело обрабатываемых колес и ускоренное движение возврата инструмента в исходное положение. Однако существующий способ фрезерования не позволяет обработать зубчатые колеса с любой шириной зубчатого венца червячными фрезами с любым наружным диаметром. Это обусловлено тем, что в результате радиального фрезерования с движением подачи червячной фрезы в средней части зубчатого венца на боковых сторонах зубьев и по дну впадины зубчатых колес образуется вогнутость. Расчет размеров вогнутости приведен в [21].
Расширение технологических возможностей радиального метода фрезерования зубчатых колес и повышение точности обработки боковых поверхностей зубьев зубчатых колес возможно за счет комбинирования радиальной и продольной подачи.
Одним из вариантов такого сочетания может служить способ, предложенный С.Я.Бараболем [22], в котором он предлагает при возврате инст румента в исходное положение сообщать ему дополнительное перемещение вдоль оси зубчатого колеса, после чего вновь производят радиальное врезание. В работе [22] приведены три возможные сочетания подач при зубофрезеровании. При данном способе вся ширина зубчатого венца разбивается на определенное число участков, каждый из которых обрабатывается по методу радиального фрезерования. На рис. 1.5 изображены схемы обработки зубчатых колес для случаев, когда перемещение режущего инструмента вдоль оси заготовки зубчатого колеса для изменения взаимного положения производятся: после отвода режущего инструмента в направлении, обратном радиальному фрезерованию зубьев (рис. 1.5а); одновременно с перемещением в направлении, обратном фрезерованию зубьев (рис. 1.56); в два этапа - ускоренно, в направлении, обратном фрезерованию зубьев, и медленно, при одновременном движении подачи радиального фрезерования зубьев и движении подачи вдоль оси заготовки зубчатого колеса (рис. 1.5в). Выбирая величины «а», «Ь» и «с» можно добиться снижения вогнутости на боковых поверхностях и впадине зуба нарезаемого колеса. Однако при уменьшении этих величин возрастает величина холостых перемещений, что приводит к снижению производительности обработки.
В.А. Шалденковым разработан способ обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес (рис. 1.6), при котором червячный многозаходный инструмент устанавливают под углом, определяемым углом подъема винтовой линии червячного инструмента и углом наклона зуба обрабатываемого колеса (заготовки).
Инструмент выбирают такой длины, чтобы обеспечить обработку всей ширины зубчатого венца и сообщают планетарное движение в плоскости, перпендикулярной оси нарезаемого колеса, причем радиус планетарного движения, профиль зуба и круговая подача инструмента соответствуют радиусу, профилю зуба и угловой скорости теоретического колеса, находящегося в зацеплении с нарезаемым [23].
Существенным недостатком данного способа является не стандартный инструмент; применяемый к зубчатым колесам определенных размеров. Чтобы обработать зубчатое колесо наружного или внутреннего зацепления предлагаемым способом, многозаходный червячный инструмент должен иметь выпуклую сферическую форму.
В работе [24] предложен один из способов фрезерования цилиндрических зубчатых колес с импульсным изменением подачи. При импульсном изменении подачи, согласованной с вращением фрезы, импульс подачи осуществляют в период пересопряжения зубьев. Для повышения стойкости инструмента величину импульсов регламентируют. Основную сложность представляет расчет величины подачи, связанной с параметрами срезаемых слоев.
Значительно уменьшить расход материала фрез позволяет автоматическое осевое перемещение фрезы на небольшое расстояние (порядка окружного шага зубьев нарезаемого колеса) после обработки каждой заготовки или пакета заготовок. Рациональное число таких перемещений определяют практически для конкретных условий зубофрезерования. Современные зубофрезерные станки снабжены специальными суппортами, в которых фрезерная каретка может непрерывно или периодически перемещаться в направлении оси инструмента. Осевое перемещение фрезы в процессе работы постоянно изменяет характер контакта режущих кромок с обрабатываемым колесом, что дает возможность значительно повысить стойкость инструмента, а также производительность обработки за счет форсирования режимов резания. Предусмотрено осевое перемещение фрезы ручное и механическое [25].
При обзоре кинематики формообразования необходимо отметить и зубобрабатывающие станки с ЧПУ. Одно из преимуществ электронной системы управления - возможность оперативного введения коррекций по результатам измерения обработанной или обрабатываемой детали.
Профилирование режущего инструмента, работающего по методу обката
Проанализировав пространственное математическое отображение схемы резания инструментами червячного типа (2.7), можно сделать вывод, что с целью уменьшения погрешностей, влияющих на точность зубчатого колеса, необходимо учитывать отклонения производящей поверхности зубообрабатывающего инструмента на основании расчета профиля.
В теорию профилирования режущих инструментов, работающих по методу обката, большой вклад внесли советские и российские ученые, издано много работ [62], [63], [64], [65] и др. Расчет профиля значительно облегчается за счет привлечения математического аппарата с эффективным использованием ЭВМ [66], [67], [68], [69].
Вместе с тем, получивший в последнее время распространение метод анализа и проектирования процессов лезвийной обработки на основе трехмерных отображений схем резания позволяет в ходе анализа осуществить и профилирование инструмента [70], [73], а также разработать общий метод определения профиля производящей поверхности зуборезных инструментов червячного типа.
При определении зависимостей, отображающих процесс формообразования, было введено следующее условие: инструмент неподвижен, а начало координат расположено таким образом, чтобы ось OY совпадала с осью симметрии одной из впадин (рис. 2.3.). При неподвижном инструменте все необходимые для формообразования впадины движения совершает зубчатое колесо. Обкат происходит по делительной окружности колеса без скольжения.
При этом видно, что производящая поверхность является огибающей семейства поверхностей этого колеса и образует криволинейную режущую кромку инструмента. С целью упрощения изготовления инструмента она может быть заменена несколькими прямолинейными кромками.
Схема образования профиля Расчет профиля инструмента червячного типа производится на основе анализа кинематики процесса формообразования, когда в качестве инструмента, осуществляющего обработку, выступает зубчатое колесо.
Пространственное представление математического отображения схемы резания позволяет рассчитать траекторию любой точки зуба колеса в пространстве, а, следовательно, и толщины срезаемых слоев (зубчатое колесо удаляет металл из впадины и профилирует червяк).
Толщина срезаемого слоя определяется в направлении вектора а (рис. 2.5.), перпендикулярного плоскости/?, касательной к поверхности резания в точке N. Плоскость р определяется суммарным вектором скорости Уу% и вектором п , направленным вдоль режущей кромки и определяемым, как частные производные от функции перемещения (2.10) по параметру
Если толщина слоя срезаемого участком кромки будет равна нулю, то данный участок будет профилировать участок червяка, а координаты точек зуба колеса будут координатами на профиле червяка. Данные точки будут возникать в тот момент времени, когда суммарный вектор подачи будет принадлежать плоскости р. Исходя из этого и имея возможность определить координаты зуба колеса с нулевыми толщинами срезаемых слоев, решается задача профилирования инструментов червячного типа.
Исходя из анализа работы отечественных заводов крупносерийного производства, связанных с выпуском зубчатых колес, а также зарубежных фирм, показывающих преимущества и все большее распространение мно-гозаходного инструмента, являющегося одним из основных резервов повышения производительности и эффективности процесса нарезания зубьев, встала задача разработки сборного многозаходного инструмента с описанным выше расчетом профиля.
При проектировании инструмента червячного типа был выполнен анализ различных источников, на основании которых выбирались конструктивные решения и область применения инструмента. Многозаходные зуборезные инструменты рекомендуется использовать для предварительного нарезания зубьев колес m 6 мм и z\ 25. Число заходов фрезы желательно делать некратным числу зубьев нарезаемой заготовки. Критерием выбора величины заходности является требуемая точность нарезаемых зубчатых колес. В случае обработки колес 7-8 степени точности (ГОСТ 1643 - 81) кратность числа зубьев колеса числу заходов инструмента не имеет существенного значения.
Особенностью многозаходных червячных фрез является расположенность к увеличению наружного диаметра. Возрастание наружного диаметра фрезы объясняется тем, что при проектировании задаются величиной угла подъема витка, т.к. при больших значения угла резко возрастают ошибки профилирования, а это отрицательно сказывается на точности нарезаемых зубчатых колес. При большем наружном диаметре фрезы имеет место следующее: - толщина среза уменьшается, следовательно, уменьшается сила резания; - стойкость лезвия повышается; - число резов возрастает, а, следовательно, качество обработанной поверхности зуба заготовки повышается; - возможно усиление крепления фрезы. Исходя из вышеизложенного, с целью повышения производительности зубообработки при работе на станках-автоматах на кафедре «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Орловского государственного технического университета была разработана сборная 5-заходная фреза увеличенного диаметра (рис. 2.6). Диаметр фрезы равен 180 мм, модуль 4,25 мм, угол подъема винтовой линии фрезы 715 36", направление правое, число зубьев 12, задний угол на вершине 11 , задний угол по боковым сторонам 3 54 .
Методика исследования жесткости зубофрезерных станков
Исследование жесткости включает определение относительного перемещения осей фрезерного шпинделя и стола, являющееся результатом перемещений узлов и деталей станка, составляющих упругую систему, которая несет инструмент и заготовку.
При расчете нагружающей части прибора для испытания зубофре-зерного станка были приняты следующие обозначения (рис. 3.2): D - наибольший диаметр обрабатываемого колеса; h - расстояние от зеркала стола до оси поворота фрезерного суппорта; L - расстояние от зеркала стола до нижнего торца контрподдержки; 1 - расстояние между осями стола и фрезерной оправки; do - диаметр фрезерной оправки; Р - нагружающая сила; а и у - углы, определяющие направление силы .
Прибор устанавливается на столе станка, центрируется по диаметру и крепится к столу четырьмя винтами М8.
Контроль нагрузки производился при помощи индикатора камертонного динамометра. Динамометр предварительно тарируется. Величина деформации динамометра пропорциональна нагрузке. На рис. 3.4 представлена компоновочная схема прибора (рис. 3.4а) и нагружающий диск (рис. 3.46). Нагружающая станок сила, создаваемая винтом 5, установленным в диске 4, действует на фрезерную оправку 1. Величина силы контролируется камертонным динамометром 2. Прибор устанавливается ан стол станка 6 и сверху прижимается контрподдержкой 3. Риска А (рис.3.46) при установке прибора на станке совмещается с осью Y.
Для измерения суммарных перемещений по осям X и Y на столе станка установлена стойка с индикаторами (цена деления 0,01 мм), упирающимися своими наконечниками один (по оси Y) - в образующую фрезерного суппорта, второй (по оси X) - в шаровый наконечник этой оправки.
Для определения составляющих усилия резания при зубофрезеро-вании применяют обычно многокомпонентные динамометры, конструкции которых описаны в работах [89], [90] и др. В большинстве случаев динамометры трудоемки в наладке, имеют небольшой диапазон измерений и имеют токосъемники, усложняющие их конструкцию и увеличивающие погрешность при измерении.
Экспериментальные работы проводились на зубофрезерном станке модели 5К324А. Для определения трех составляющих силы резания был применен универсальный динамометр конструкции ВНИИ (УДМ).
На рис. 3.5 представлена схема для измерения составляющих усилия резания. На динамометр 3 устанавливается сегментная заготовка 2, являющаяся частью колеса большого диаметра, что позволяет снизить стоимость экспериментальных работ. Следует отметить, что при такой установке заготовки ось динамометра не совпадает с осью стола станка. При совпадении осей заготовка выполняется цилиндрической и имеет небольшой диаметр.
Цилиндрические поверхности сегментной или цилиндрической заготовки, установленной на динамометре, получали перед их обработкой червячной фрезой непосредственно на зубофрезерном станке обычной цилиндрической фрезой. Это позволяет уменьшить погрешности при измерении сил резания.
Для регистрации углового положения вращающегося зубчатого колеса (динамометра) и вращающейся червячной фрезы на столе станка и инструментальной оправке крепятся магниты, воздействующие на герко-новые выключатели, соединяющие источник тока (например, батарейку) с гальванометром осциллографа и оставляющие тем самым на осциллограм 112 ме метки.
Данные формулы пригодны для определения составляющих силы резания независимо от вида заготовки - сегментной или цилиндрической. Вышеприведенная методика позволяет определить загрузку не только каждой рейки червячной фрезы, но и каждого ее зуба. С этой целью заготовка выполняется сборной, в которой венец делается съемным и имеет только одну впадину. При формировании этой впадины каждый режущий зуб фрезы поочередно снимает припуск.
С помощью примененного универсального динамометра можно исследовать мгновенные значения силы резания в диапазоне частот от 0 до 500 Гц. Настройка усилителя производилась согласно краткому описанию усилителя для тензометрических измерений типа ТА-5.
Для исключения токосъемника, соединение динамометра с усилителем можно осуществлять с помощью 3 - 5-метрового провода. Поскольку случайные погрешности отдельных измерений полностью исключить невозможно, то для уменьшения значения погрешности было проведено несколько параллельных опытов. При измерении силы резания их число равнялось 6-8.
Универсальный динамометр (УДМ-600) и усилитель сигнала (ТА-5) предназначены для измерения статических и динамических деформаций, возникающих в процессе обработки зубчатого колеса фрезой. Задающим элементом являются тензометрические датчики.
Универсальная плата аналого-цифрового преобразования ЛА-2M3PCI для IBM PC/AT предназначена для преобразования непрерывных (аналоговых) входных сигналов в цифровую форму, которая удобна для дальнейшей обработки сигнала при помощи ПЭВМ. Прибор предназначен для работы в качестве составной части ПЭВМ. В зависимости от программного обеспечения прибор выполняет различные функции, связанные с обработкой результатов аналого-цифрового преобразования.
Результаты измерений выводятся на монитор с помощью виртуального прибора - это прибор для мониторинга и исследования характеристик физических величин. Виртуальные приборы построены на одной-двух платах сбора данных (ПСД). В нашем случае применяется виртуальный осциллограф, который моделирует сигнал, поступающий с аналого-цифрового преобразователя с помощью программного обеспечения ОЦЗ-1 для дальнейшей обработки этого сигнала на экране монитора.
Измеряемые сигналы являются аналоговыми, однако изображение на экране ОЦЗ-01 формируется после их аналого-цифрового преобразования и поэтому является дискретным. Для того, чтобы получить измеряемую величину в натуральном виде, следует протарировать динамометр, найдя относительный коэффициент измерения, а после проведения опыта с осциллографа снимаются амплитудные значения в соответствии с относительным коэффициентом.
Определение жесткости зубофрезерных станков
Экспериментальное исследование предусматривало проведение комплексной проверки жесткости зубофрезерного станка, путем определения суммарной жесткости фрезерного шпинделя и стола станка. Проведение эксперимента происходило по методике, изложенной в разделе 3.2 данной работы. При расчете нагружающей части прибора для испытания зубофрезерного станка были приняты следующие обозначения: D - наибольший диаметр обрабатываемого колеса; h - расстояние от зеркала стола до оси поворота фрезерного суппорта; 1 - расстояние между осями стола и фрезерной оправкой; d0 - диаметр фрезерной оправки; Р - нагружающая сила; а и у - углы, определяющие направление силы (рис. 3.2). Исследования жесткости проводились на зубофрезерном станке модели 5К324А. Для данного станка D = 500 мм. Величины h и 1, d0 рассчитаны по формулам (3.1) - (3.3): В результате расчетов получаем: h = 330мм; 1 = 145мм; d0 = 50мм. Нагружение станка производилось с помощью прибора, представленного нарис. 3.4. Нагружающая станок сила создавалась винтом М12х1,5, установленным в диске, и воздействовала на фрезерную оправку. Величина силы контролировалась камертонным динамометром. Динамометр предварительно тарировался. Величина деформации динамометра пропорциональна нагрузке.
Прибор устанавливается на столе станка, центрируется по диаметру и крепится к столу четырьмя винтами М8. В процессе эксперимента проводилось исследование жесткости зубофрезерного станка при закрепленной контрподдержке и без нее. Для измерения суммарных перемещений по осям X и Y на столе станка установлена стойка с индикаторами (цена деления 0,01мм), упирающимися своими наконечниками: один (по оси Y) - в образующую фрезерного суппорта, второй (по оси X) - в шаровый наконечник этой оправки. Нагружающая сила изменялась в пределах Р = 1000 - 4000 Н и была направлена под углами а =30, у = 30. Суппорт с оправкой был повернут по отношению к горизонтальной плоскости на угол 30 и занимал положение, соответствующее нарезанию правой спирали. Первое нагружение было пробным и предназначалось для выбора зазоров (люфтов) в направлении действия нагружающей силы.
После проведения экспериментов были построены зависимости, в виде графиков, отображающие влияние силы нагружения на величину перемещений, обусловленную деформацией узлов и деталей станка, в направлении осей X и У при использовании контрподдержки (рис.4.9) и без контрподдержки .
Для повышения точности получаемых результатов необходимо устранить люфты за счет улучшения поверхностей стыков и высокого качества вспомогательных деталей (клиньев). Как видно из графиков (рис. 4.10), использование при нарезании зубьев контрподдержки приводит к значительному снижению деформаций и в нашем случае разница достигает 30 %. Программой экспериментальных работ предусматривалось измерение трех взаимно перпендикулярных составляющих силы резания при зу-бофрезеровании: - зубчатых колес из стали 45, 170 н- 200 НВ; с числом зубьев Zi =32; - стандартными однозаходными фрезами: m = 2 мм, dao = 90 мм; m = 3 мм, dao = 112 мм; m = 4 мм, dao = 125 мм; z0 = 14 (тип 1, ГОСТ 9324 -80); HRC 62-64, - многозаходными фрезами: zi0 = 3; m = 2 мм, dao = 90 мм; m = 3 мм, dao = 112 мм; m = 4 мм, dao = 125 мм; z 0 = 15; HRC 62 -64, - однозаходными фрезами с измененной схемой резания: m = 2 мм, dao = 90 мм; m = 3 мм, dao = 112 мм; m = 4 мм, dao = 125 мм; z0 = 14; HRC 62 -64.
Заготовки для нарезания отбирались из одной партии поставки. Перед опытами проверялась их твердость. Для измерения составляющих силы резания использовалась динамометрическая установка, описанная в разделе 3.3 данной работы. Экспериментальные работы проводились на зубофрезерном станке модели 5К324А. Поскольку случайные погрешности отдельных измерений полностью исключить невозможно, то для уменьшения значения погрешности было проведено несколько параллельных опытов. При измерении силы резании их число равнялось 6-8.
Определялись максимальные и минимальные значения сил за каждый оборот, а затем определялись средние значения составляющих силы резания. Нахождение параметров эмпирических зависимостей производилось способом наименьших квадратов.
Из всех параметров самое значительное влияние на силу резания оказывает модуль нарезаемого колеса. Исследователями установлено, что показатель степени при модуле больше единицы для всех направлений подачи и схем резания, хотя показатель степени при модуле оказывается различным. Это объясняется разной точностью измерительной аппаратуры, применяемой при проведении опытов, и диапазоном изменения модуля.
В процессе экспериментальных работ проводилось измерение составляющих силы резания при зубофрезеровании зубчатых колес из стали 45 (170 - 200 НВ), Z) = 32, m = 2, 3, 4 мм. Скорость резания V = 30 м/мин, осевая подача So = 1 мм/об, глубина резания t = 2,25m.
У фрез с прогрессивной схемой резания рейки, состоящие из зубьев, режущих лишь боковыми кромками, дают незначительные силы. Наибольшие силы появляются при работе реек с завышенными и зауженными зубьями. Рейки полностью состоят из таких зубьев при четном числе стружечных канавок. При нечетном числе стружечных канавок зубья в рейках смешанные. Таким образом, самые тяжелые условия работы фрез с измененной схемой резания происходят при четном числе стружечных канавок. При динамических испытаниях фрез с прогрессивной схемой резания выбраны наихудшие условия.
Во всех случаях использовалась обработка с встречной подачей. Это объясняется тем, что при попутном фрезеровании силы резания меньше. Уменьшение сил при попутном фрезеровании вызвано двумя причинами: меньшим значением толщин и. сечений срезаемых слоев при попутном фрезеровании по сравнению со встречным и формой срезаемых слоев. При попутной подаче зубья срезают длинные, но тонкие слои, при встречной, наоборот, слои толстые, но короткие. Форма стружки, срезаемая зубьями стандартной фрезы, также разная. При встречном фрезеровании значительная часть зубьев работает тремя режущими кромками и срезает слои П-образной формы. При попутном фрезеровании большая часть зубьев работает двумя кромками (боковой и вершинной) и срезает слой Г-образной формы. При проведении эксперимента принимались наихудшие условия.
Измерялись составляющие силы резания, действующие на каждый зуб червячной фрезы. Зная эти составляющие, можно определить их на каждой рейке инструмента путем арифметического сложения при различных углах поворота.
