CC BY
14
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.83
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ МИНИМИЗАЦИИ РАДИУСА КРИВИЗНЫ АРКИ ЗУБА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО КОЛЕСА С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ЕГО КОМБИНИРОВАННОЙ
ЗУБООБРАБОТКЕ
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин, С.В. Коробенкова
Рассматривается концепция построения процесса чистовой зубообработки цилиндрических колес с минимальным радиусом кривизны арки круговых зубьев. Предложены пути совершенствования существующих методик проектирования комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента.
Ключевые слова: шевингование-прикатывание, круговые зубья, зубчатые колеса, инструмент, концепция, радиус кривизны.
Весьма перспективным можно считать применение цилиндрических колес с круговыми зубьями (ЦККЗ) как альтернативу прямозубым, косозубым и шевронным для построения зубчатых передач, обладающих высокими эксплуатационными параметрами, в частности, плавностью работы за счет повышенного коэффициента перекрытия; долговечностью за счет отсутствия кромочного контакта; отсутствия осевых составляющих сил, действующих в зубчатой паре и ряда других [1 - 5]. Вместе с тем, широкому распространению ЦККЗ в промышленности препятствует существующая на данный момент сложная технологическая схема зубообработ-ки их венцов, базирующаяся преимущественно на методе обката с периодическим делением, являющаяся трудоемкой и многостадийной. Разработанная в последние годы коллективом ученых ТулГУ технологическая схема зубообработки венцов ЦККЗ (рисунок, поз. 2) за счет заложенных в ней комбинированных процессов чистовой и отделочной зубообработки, работающих по методу свободного обката, позволяет существенно повысить производительность зубообработки и сократить номенклатуру металлорежущего инструмента [6 - 8]. Одним из ключевых аспектов эффективного применения процесса режуще-деформирующей обработки венца
521
ЦККЗ на чистовой стадии является расчет оптимальной конструкции комбинированного инструмента - шевера-прикатника (рисунок, поз. 1), который является сложным и многостадийным и требует в некоторых случаях итеративного подхода [9, 10]. Для автоматизации расчета, его ускорения, исключения ошибок, возникающих из-за «человеческого фактора», оптимизации процесса чистой зубообработки и инструмента для его осуществления были предложены к рассмотрению два типа задач [11, 12].
Сформулированные «проверочная» и «проектная» задачи и разработанные методология и алгоритмы их решения, направленные на определение минимально допустимого радиуса кривизны арки кругового зуба ЦККЗ с учетом комплекса конструктивных и технологических ограничений, присущих процессу его чистовой зубообработки шевингованием-прикатыванием [13 - 15], позволяют для каждого из ЦККЗ, составляющих зубчатую пару:
а) при жестко заданных конструктивных параметрах (ширина зубчатого венца, радиус кривизны арки кругового зуба) выполнить полный цикл расчета конструкции комбинированного инструмента - шевера-прикатника, а также основных параметров процессов и инструментов второго порядка, необходимых для его реализации, а в случае невозможности его выполнения указать ограничивающие факторы;
б) при известной ширине зубчатого венца определить минимально возможный радиус кривизны арки кругового зуба ЦККЗ, исходя из условия его зубообработки комбинированным инструментом с учетом возможности его конструктивной и технологической реализации.
а
б
Шевингование-прикатывание ЦККЗ: а - схема осуществления процесса; б - шевер-прикатник в зацеплении с ЦККЗ
522
Принципиальные отличия рассматриваемой методики [16, 17] от представленных в работах [18, 19], выполненных ранее, заключаются в существенном дополнении и построении полностью автоматизированной сквозной методики расчета (в существующих ранее методиках основополагающий параметр - число зубьев щевера-прикатника - предлагалось назначать вручную, руководствуясь принципом отсутствия в числах зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки общих множителей, а также некими «рациональными соображениями», которые так и не были в достаточной степени сформулированы).
Разработанная методика нацелена на определение ключевых параметров комбинированного инструмента - шевера-прикатника (в частности, его габаритного диаметра) - с учетом оптимизации протекания процесса зубообработки шевингованием-прикатыванием: увеличения вклада доли резания и уменьшения - поверхностного пластического деформирования в процесс формообразования профиля зуба обрабатываемой заготовки (за счет максимально возможного вывода полюса зацепления в паре «инструмент-заготовка» за пределы активного участка профиля зуба обрабатываемой заготовки и повышения, тем самым, скорости взаимного проскальзывания профилей инструмента и заготовки). Вместе с тем, увеличение габаритного диаметра инструмента не может быть сколь угодно велико, поэтому в [20] показано рациональное значение верхней границы данного параметра и представлен автоматизированный механизм его расчета и оптимизации.
Одним из ключевых аспектов рассматриваемого круга задач является комплексное и многостороннее изучение влияние габаритного диаметра шевера-прикатника на минимально возможный радиус кривизны арки кругового зуба, обрабатываемого им колеса, в частности, и зубчатой пары в целом (с точки зрения обеспечения максимального коэффициента перекрытия в рабочем зацеплении пары) в увязке с технологическими особенностями формообразования венца шевера-прикатника и конструктивными возможностями реализации инструментов второго порядка [21].
Таким образом, разработка рекомендаций по построению процесса комбинированной зубообработки ЦККЗ и реализации инструмента для его осуществления с учетом ряда ограничений, присущих внеполюсному зацеплению «инструмент - заготовка» и создание автоматизированного расчетного комплекса позволяют успешно проводить решение задач проектирования комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента для осуществления процесса чистовой зубообработки ЦККЗ шевингованием-прикатыванием.
Список литературы
1. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Технология обработки круговых зубьев шеверов-прикатников на станках с ЧПУ // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2011. №6. С. 15-20.
2. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Технологические особенности изготовления шевера-прикатника для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 1. С. 179-186.
3. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Методы нарезания арочных зубьев комбинированного инструмента для обработки цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2008. Вып. 3. С. 129-134.
4. Malikov A.A., Sidorkin A.V., Yamnikov A.S. Cutting and plastic deformation in the shaving and rolling of cylindrical gears with round teeth//Russian Engineering Research. 2013. Vol. 33. I. 6. P. 363-366.
5. Malikov A.A., Sidorkin A.V. Heat liberation in the shaving of cylindrical gears // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35. I. 8. P. 631-634.
6. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. № 11. С. 17 - 21.
7. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Динамические характеристики шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Технология машиностроения. 2012. № 2. С. 19 - 23.
8. Malikov A.A., Sidorkin A.V., Yamnikov A.S. Cutting and plastic deformation in the shaving and rolling of cylindrical gears with round teeth//Russian Engineering Research. 2013. Vol. 33. I. 6. P. 363-366.
9. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Шевингование-прикатывание цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2008. Вып. 2. С. 69-76.
10. Ресурсосберегающие технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес / А.С. Ямников, А. А. Маликов, Е.Н. Валиков, А.В. Сидоркин // Технология машиностроения. 2008. № 7. С. 7-10.
11. Определение габаритного диаметра шевера-прикатника при заданном радиусе кривизны арки его кругового зуба / А.А. Маликов,
A.В. Сидоркин, В.Д. Артамонов, С.Л. Рахметов // СТИН. 2019. №6. С. 10 - 12.
12. Построение алгоритмов расчета технологических параметров изготовления шевера-прикатника для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями / А.А. Маликов, А.В. Сидоркин, А.С. Васильев,
B.Д. Артамонов, С.Л. Рахметов // СТИН. 2019. №6. С. 24 - 27.
13. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. Анализ взаимосвязи диаметров шевера-прикатника и обрабатываемого им цилиндрического колеса с круговым зубом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 9. С. 303 - 314.
14. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. К вопросу о технологических ограничениях, обусловленных конструкцией инструмента, используемого в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 1. С. 165-171.
524
15. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Рахметов С. Л. К вопросу определения минимального радиуса кривизны арки зуба цилиндрического колеса с учетом технологических ограничений, возникающих при его зубообра-ботке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 7. С. 131 - 136.
16. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. Некоторые аспекты совершенствования и реализации алгоритмов определения взаимосвязи геометрических параметров шевера-прикатника и цилиндрического колеса с круговым зубом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 9. С. 49 - 57.
17. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. Определение механизма параметрической взаимосвязи диаметра шевера-прикатника с диаметром обрабатываемого им цилиндрического колеса с круговым зубом // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. №9. С. 39 - 44.
18. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В. А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - при-катыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
19. Валиков Е.Н., Индан А. А., Попов А. Л. Экспериментальное исследование точности шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колёс на токарном станке с ЧПУ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 5. С. 11-17.
20. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. Маршрутная технология зубообработки венца шевера-прикатника для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 301-308.
21. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Рахметов С.Л. Определение степени влияния основных параметров стружечной канавки шевера-прикатника на его ширину // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. №11. С. 9 -14.
Маликов Андрей Андреевич, д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доцент, alan-a@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Коробенкова Светлана Викторовна, магистрант, tppizi@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CONCEPTUAL ASPECTS OF MINIMIZING THE RADIUS OF CURVA TURE ARCH OF THE TOOTH OF A CYLINDER WHEEL TAKING INTO ACCOUNT TECHNOLOGICAL
LIMITATIONS ARISING WHEN ITS COMBINED DENTAL TREATMENT
A.A. Malikov, A.V. Sidorkin, S.V. Korobenkova
The concept of constructing the process of finishing gear cylindrical wheels with a minimum radius of curvature of the arch of circular teeth is considered. Ways to improve existing design techniques for a combined (cutting-deforming) tool are proposed.
Key words: shave-rolling, circular teeth, gears, tool, concept, radius of curvature.
525
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Korobenkova Svetlana Viktorovna, undergraduate, tppizi@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.022.003.13
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ И НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Я. Л. Либерман, Ю.В. Вилкова, Л.Н. Горбунова
Рассмотрены результаты исследования эффективности использования металлорежущих станков с учетом их технологических возможностей, габаритов, наличия систем контроля и диагностики, автоматической переналадки токарного патрона, возможности вести на станках черновую и чистовую обработку, числа инструментов, одновременно устанавливаемых на станках, наличия приводных инструментов и др.
Ключевые слова: эффективность, металлорежущие станки, фондоотдача, технологические возможности, мощность, ценообразование.
В последние десятилетия в нашей стране широко распространились металлорежущие станки с многообразными технологическими возможностями. Поскольку такие станки весьма дорогостоящие (их цена достигает 10 млн руб.), вопрос об эффективности их использования становится все более актуальным.
В настоящее время, следуя установившейся традиции, указанную эффективность оценивают по общеизвестным экономическим показателям (снижению себестоимости выпускаемой продукции, сроку окупаемости капитальных затрат и т. п.), а также по организационно-техническим показателям, в частности, по коэффициенту в загрузки оборудования по времени работы (коэффициенту экстенсивности) и коэффициенту у использования станка по мощности (коэффициенту интенсивности). Применяют и такой технико-экономический показатель, как фондоотдача Ф [1].
Перечисленные показатели обычно определяют отдельно друг от друга для каждого станка, эксплуатируемого на том или ином предприятии, что позволяет судить об эффективности его применения в конкретных условиях при изготовлении конкретной продукции. Вместе с тем общее комплексное представление об эффективности использования современных станков в нашем машиностроении сегодня пока еще отсутствует.
526
