CC BY
49
тивное устройство также подлежит периодической подналадке для компенсации износа инструмента за счет натяга пружин или энергетического режима электромагнитов. Возможна также компенсация влияния изнашивания инструмента изменением подачи, например, в станках с ЧПУ.
Второй, более перспективный способ реализации исследованного устройства возможен в двухконтурной адаптивной технологической системе. Пружинно-электромагнитное устройство стабилизации силы резания представляет собой первый быстродействующий контур такой системы, реагирующий на вибрационные процессы при резани. Второй контур по сути представляет классическую систему автоматического регулирования подачи металлорежущего станка. Такие двухконтурные адаптивные технологические системы автоматически самоподнастраиваются при изменении условий обработки: припуска и износа инструмента. Вместе с тем двухконтурные системы более сложные и целесообразны в специализированном токарном оборудовании для обработки нежестки деталей.
Библиографический список
1. Адаптивное управление станками / под ред. Б.С. Балакшина. - М.: Машиностроение, 1973. - 456 с.
2. Иноземцев А.Н. Экспериментальное исследование быстродействия адаптивной системы стабилизации силы резани при точении. / А.Н. Иноземцев, О.А. Ямникова// Изв. ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. Вып. 2. 2004. - С. 93 - 97.
Получено 24.10.08
УДК 621.833
В .В. Птицын, Г.В. Малахов, А.В. Денисов (Тула, ТулГУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ С НУЛЕВЫМ УГЛОМ ПРОФИЛЯ
Рассматриваются условия проведения моделирующею эксперимента для процесса чистовой зубообуаботкя фрезами червячного типа с нулевым углом профиля. Модеяированяе процесса позволяет определить погрешности обработки из-за деформаций технолоюческой ссстемы.
Червячные фрезы с нулевым углом профиля при обработке зубчатых колес обеспечивают в определенных случаях рад преимуществ по сравнению с традиционными зубообрабатывающими инструментами [1]. Одно из них - это более высока точность длин: общей нормали зубчатого колеса, которую, в принципе, можно изменить в процессе обработки [2].
Точность зубчатых колес в пр°Цессе зубонарезания формируется в результате действия большого количества факторов.
Установить влияние действующих в процессе зубонарезания динамических факторов на точность формообразования при использовании натурных образцов в виде зубчатых колес весьма затруднительно. Объясняется это большим количеством действующих факторов, а также трудностями чисто метрологического характера, которые связаны с выявлением влияния только интересующих авторов динамических характеристик системы. Установить такое влияние возможно на основе экспериментальных исследований с помощью моделирующей силовой установки. Така установка должна быть максимально приближена к условиям обработки реаьного зубчатого колеса и, в то же время, должна быть удобной для выполнения измерений.
Моделирование процесса зубофрезерования было произведено на об-рацах, имеющих форму цилиндра, радиус гт которых равен радиусу кривизны эвольвенты зуба колеса на делительном цилиндре оі (рис. 1). В качестве инструмента использоваась однозуба резцова головка, режущее лезвие которой расположено паралельно межосевому перпендикуляру. Использование одного режущего зуба позволило исключить погрешности обработки, возникающие из-за неточности установки режущих элементов.
Рис. 1. Схемы фрезерования зубчатого колеса инструментом с нулевым улом профиля и модеи зубчатого колеса однозубой резцовой
головкой
Вращение резцовой головки и цилиндриеской заготовки согласовывались таким образом, чтобы угловой шаг vim между соседними резами на циин-дриеской заготовке соответствовал бы угловому шагу vi1 между резами при обработке реал ного колеса червячной фрезой. Тогда параметры сре-
заемого слоя будут практически одинаковыми при моделировании и в реальном процессе зубообработки. Это согласование обеспечивается гитарой деления зубофрезерного станка, которая настраивается так же, как и для обработки зубчатого колеса с количеством зубьев, равным г =2^/уг1.
Для экспериментальных исследований выбирались заготовки, соответствующие зубчатому колесу ш = 3 мм, z = 60 с шириной венца 50 мм из стаи марки 45, имеющей твердость ИЯС 20 ... 50. В качестве инструментального материала использовался твердый сплав марки Т15К6. Скорость резания при моделировании процесса зубофрезерования во всех экспериментах была принята одинаковой и равной 80 м/мин. Геометрические параметры режущей части резцовой головки имели следующие значения: а=10 ; у = 10°. При расчетной погрешности профиля, соответствующей 7-й степени точности, необходимо, чтобы количество резов, участвующих в профилировании боковой стороны зубьев, было не менее 8. При этом угловой шаг Уд=0,0628, что обеспечивается гитарой деления со следующим
45 -40
сочетанием чисел зубьев сменных колес: х =75 100 .
Моделирующая установка, выполненная на базе зубофрезерного станка 5К32А (рис. 2), включает универсальный динамометр 3, смонтированный на подставке 4 на столе станка 5. С помощью динамометра регистрировались деформации оправки 8 под действием вертикальной составляющей силы резания Р2 и крутящего момента. Две другие составляющие силы резания Рх и Ру измерялись индуктивными датчиками 6, кронштейн I для крепления которых закреплен на контрподдержке 2. Щупы датчиков контактировали со специально шлифованным цилиндрическим пояском, выполненным на заготовке 7.
Рис. 2. Принципиальная схема экспериментальной установки
В качестве регистрирующего устройства использован светолучевой осциллограф с усилителем для тензометрических измерений и двумя электронно-измерительными системами.
В процессе зубофрезерования сила резания приложена к заготовке и инструменту в точке их контакта, расположенной на основной прямой, которую совместим с осью ОмХм (рис. 3), параллельной оси ОіХі системы: координат ХіОіУ \Х\, в которой вращается заготовка.
Рис. 3. Система сил
При моделировании процесса вращение заготовки осуществляется в системе координат ХМ0МУМ7М. При одинаковых параметрах срезаемого слоя, режиме обработки, обрабатываемом материале и инструментальном материале, как указывалось выше, силы резания, действующие на модель и зубчатое колесо, казалось бы, можно считать одинаковыми. Однако анализ схем (см. рис. 3) показывает, что результат воздействия этих сил на точность обработки неодинаков. Это объясняется тем, что при одних и тех же силах резания на реальной заготовке сила Рх будет создавать дополнительный крутящий момент, а вместе с силой Р2 - еще и изгибающие моменты относительно координатной оси 0^.
Пересчет погрешностей обработки с модели на реальную заготовку позволит определить на стадии разработки процесса возможную точность обработки.
В процессе проведения эксперимента изменялись твердость образцов и срезаемый припуск. Изнашивание инструмента осуществлялось, как в реальном процессе, поэтому за критерий износа была принта площадка на задней поверхности, равна 0,3 мм. Таким образом, в процессе эксперимента воспроизводились силовые условия, аналогичные реальному процессу зубообработки. Контроль величины износа производился инструментальным микроскопом МИР.
По твердости исследуемые образцы были разделены на четыре группы с интервалами: 1-я гр. -ИЯС 21 и менее; 2-я гр. -ИЯС 30...31; 3-я гр. -ИЯС 41.42; 4-я гр. -ЫЯС 51.52.
Изменение величины припуска производилось непосредственно в процессе эксперимента через каждые четыре реза перемещением резца-летучки вдоль оси шпинделя с помощью механизма передвижки червячной фрезы, имеющегося в инструментальном суппорте зубофрезерного станка.
Применяемые образцы имели специальную конструкцию, состоящую по длине образца из контрольного, рабочего вспомогательного и рабочего основного участков.
Контрольный участок выполнялся обниженным на 0,5 мм относительно рабочих; с поверхностью контрольного участка контактировали щупы индуктивных датчиков.
Вспомогательный рабочий участок имел вид кольцевого пояска шириной 5 мм, выполненного из протокрила, залитого в кольцевую канавку глубиной 5 мм.
При проведении эксперимента сначала обрабатывался участок из протокрила, а затем сам образец. Использование протокрила ил подобных материалов, имеющих очень малую величину упругого восстановления и сопротивления резанию, позволяет за счет относительного сравнения поверхностей резания на рабочих участках, соответствующих одному и тому же резу, выжть непосредственно на заготовке величину упругих деформаций технологической системы и, следовательно, определить погрешность обработки, которая в данном случае является разностью высот этих участков.
В результате экспериментов были получены зависимости составляющих си резания и крутящего момента от величины расчетного припуска, который определяется сближением заготовки и инструмента. Различие между расчетным сближением и фактической величиной сняого припуска определяется упругими характеристиками системы СПИД. Наиболее существенные отжатия, как показали результаты экспериментов, приходяся в направлении 01Х1.
На основе полученных данных можно построить график измененля взаимного расположения инструмента и заготовки относительно номинального положения в направлении оси 01Х1 в зависимости от величины расчетного припуска для различных значений твердости основного рабочего участка образцов (рис. 4).
о 10 20 50 4 0 5 0 6 0 70mkmSQ
SP _
Рис. 4. График изменения величины деформации технологической системы в зависимости от расчетного припуска
Таким образом, в результате проведения эксперимента были получены необходимые данные для определения погрешности обработки реального колеса, возникающей в результате деформации технологической системы.
Библиографический список
1. Обработка модифицированного профиля зубьев цилиндрических колес фрезами червячного типа с нулевым углом профиля./ Н.Д. Феофилов и др.// Исследования в области технологии машиностроения и сборки машин.- Тула; 1987.- C. 127-130.
2. А.с. 1227381 СССР. МКИЗ B23F21/16. Летуча фреза. Коганов И.А., Феофилов Н.Д., Горчаков В.А., Птицын В.В., Мелай А.М.; опубл. бюл. изобр. 3.16-1986.
Получено 24.10.08
УДК 621.833
Г.В. Маахов, В.В. Птицын, А.В. Денисов (Тула, ТулГУ)
РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССОВ И ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ЗУБООБРАБОТКИ МЕТОДОМ ОГИБАНИЯ
Проанализированы схемы зубообработки с использованием зубообрабатывающих инструментов - резцовых головок большого диаметра, работающих без подачи вдолз оси зубчатого колеса. Указаны основные конструктивные особенности различных типов резцовых головок и обобщенные преимущества их использования.
На протяжении многих лет кафедрой технологи машиностроения Тульского государственного университета ведутся работы по созданию
