CC BY
16
УДК 621.914 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-3-206-214
УМЕНЬШЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС В ПРОЦЕССАХ ЗУБОШЛИФОВАНИЯ ЧЕРВЯЧНЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ
КРУГАМИ
Д.Т. Сафаров, А.Г. Кондратов
Приведена методика уменьшения погрешностей профилей зубьев на примере обработки цилиндрических зубчатых колес в зубошлифовалъных операциях червячными шлифовальными кругами. Методика реализована для уменьшения величин суммарных погрешностей профиля, угловых погрешностей и погрешностей формы эвольвентного и продольного профилей боковых сторон зубьев. Методика реализована в виде алгоритма, содержащего три этапа - оценки соответствия, выявления структуры показателей, анализа формы профилограмм эвольвентного и продольного профилей и выявления диагностических показатели наличия негативных технологических факторов. В результате устанавливается содержание корректирующих действий по наиболее значимым погрешностям профиля зубчатых колес. Систематическое применение методики обеспечивает заданное соотношение составляющих погрешностей профиля, повышается качество изготовления зубчатых колес. Алгоритм рассчитан на применение в цеховых условиях технологами процессов изготовления зубчатых деталей, универсален и может применяться для уменьшения величины погрешностей профиля в различных операциях зубообработки.
Ключевые слова: цилиндрическое зубчаток колесо, погрешности профиля, червячный шлифовальный круг, улучшение качества.
Ключевыми параметрами, формирующимися в зубошлифовальных операциях, определяющими положение пятна контакта при передачи крутящего момента, а также влияющими на кинематическую точность зубчатой передачи, являются погрешности профилей зубчатых колес. Например, в [1, 2] установлено влияние погрешностей изготовления зубчатых колес на кинематическую точность передачи за счет моделирования кинематической погрешности зубчатой передачи (рис. 1).
Кинематическая погрешность от действия погрешности профиля проявляется в виде высокочастотных колебаний, которые накладываются на низкочастотные колебания от погрешностей относительного расположения зубчатых колес.
Таким образом уменьшение величины погрешности профиля приводит к уменьшению амплитуды высокочастотных колебаний в спектра кинематической погрешности зубчатой передачи, что важно для трансмиссионных деталей большегрузных автомобилей.
Стандарт [3] выделяет следующие погрешности эвольвентного профиля боковых сторон зубьев:
суммарные погрешности профиля Ра; угловые погрешности профиля РНа; погрешности формы профиля погрешности продольного профиля: суммарные погрешности продольного профиля Р^; погрешности направления профиля Рнр; погрешности формы продольного профиля р
Предприятия-изготовители машиностроительной продукции для целей улучшения качества продукции широко приметают вероятностно-статистические методы и контрольные. Их применение требует накопления значительных объемов данных измерений показателей качества продукции. Результатом применения этих методов являет-
ся заключение об аттестации технологического процесса, которое в случае отрицательного решения является сигналом к поиску причин несоответствий и выявлению содержаний корректирующих действий.
Рис. 1. График изменения кинематической погрешности в зависимости от: а — суммарного влияния эксцентриситета и погрешностей эвольвентного профиля; б — эксцентриситета; б — погрешности профиля [3]
Для уменьшения значений погрешности профилей зубьев в процессах зу-бошлифования применение стандартных статистических методов не столь эффективно, поскольку процесс зубошлифования динамичен и факторы нестабильности процесса могут возникать до момента накопления необходимого объема измерений. Следовательно, актуальна задача разработки цеховой методики, позволяющей оперативно выявлять содержание корректирующих действий, без измерений большого количества зубчатых колес.
Теоретическая часть. Разработанный алгоритм анализа данных погрешностей профиля, на основе данных протоколов измерений зубатых колес специализированными координатно-измерительными машинами с ЧПУ приведен на рис. 2. Первый лист типового протокола измерений приведен на (рис. 3). Он содержит профилограммы и количественные данные о величине составляющих погрешностей профилей зубьев зубчатого колеса.
Алгоритм анализа данных реализуется в виде следующих этапов.
1. Оценки соответствия измеренных значений погрешностей относительно предельных значений, заданных в технологической документации.
2. Выявления технологической структуры погрешностей профиля. Технологическая структура показателя определяет вложенность метрологических показателей. Схема подчиненности погрешностей профилей зубьев приведена на рис. 4.
Нижнему уровню соответствуют погрешности формы профилей зубьев ffa и fф. Для этих показателей верхним уровнем является уровень, которому принадлежат угловые погрешности и погрешности направления профилей зубьев венца FHa и Fp. На промежуточном уровне находятся суммарные погрешности профиля зуба Fa и Fp. На верхнему уровню принадлежит суммарная погрешность эвольвентного и продольного профилей боковой поверхности зуба. Она может быть вычислена по следующей формуле Fap = Fa + Fp. Технологическая структура может быть найдена путем расчета коэффициентов вклада показателей нижележащего уровня в метрологический показатель старшего технологического уровня. Коэффициенты определяются для каждого метрологического показателя каждого уровня структуры показателей.
Например, вклад угловой погрешности в суммарную погрешность эвольвент-ного профиля после 1-й технологической операции [%] рассчитывается по следующей формуле:
F ■
V - ш
^FHcci-Fai - р
* 100,
Hai
где Faj - погрешность суммарного профиля после i-й технологической операции [мкм]; KHaj - угловая погрешность профиля после i-й технологической операции [мкм].
Вклад погрешности формы профиля в суммарную погрешность эвольвентного профиля для i-ой технологической операции [%] рассчитывается относительно угловой погрешности профиля, но может быть рассчитан и относительно суммарной погрешности профиля боковой поверхности зубьев шестерни по следующей формуле:
К,
-ffai-Fa
F ■
1 ai ff ai
* 100,
где ^ - суммарная погрешность профиля после ьй технологической операции [мкм]; - погрешность формы профиля после 1-й технологической операции [мкм].
Рис. 2. Алгоритм анализа данных погрешностей профиля
Коэффициенты вклада для остальных уровней технологической структуры находятся аналогичным способом. Уровень вклада метрологических показателей технологической структуры устанавливается в соответствии с требованиями стандарта [1].
1. Экспертного анализа профилограмм эвольвентного и продольного профилей. Анализ выполняется для установления причин, приводящих к несоответствиям значений погрешностей, а также завышенным значениям коэффициентов вклада метрологических показателей по технологической структуре.
2. Зарегистрированный профиль боковой поверхности содержит информацию о действующих технологических факторах. Содержание корректирующих действий может быть выявлено по наличию у профиля диагностических признаков отклонения от номинального положения.
Рис. 3. Прокол измерений вычислительного центра с ЧПУ КИщеЫЪе^ Р 65 показателей профиля зубчатого колеса (лист 1): 1 — данные измеряемого зубчатого колеса; 1, 2 — поле профилограммы и таблица количественных показатели профиля зубьев зубчатого колеса; 3, 4 — поле профилограмм и таблица количественных показателей профиля продольного направления зубьев зубчатого колеса; 5 — масштабы поля профилограмм в продольном направлении; 6 — масштабы поля профилограмм в поперечном направлении
Суммарная погрешность профилей зуба
I
Рис. 4. Технологическая структура погрешностей профиля боковых поверхностей
зубьев зубчатого колеса
Причиной возникновения диагностических признаков являются строго определенные технологические факторы. Их установление возможно по справочным данным, производителей шлифовального оборудования, например, [4]. Факторы и диагностические признаки могут быть дополнены:
Информацией из специальных исследований различных авторов, например, [58].
Из опроса наиболее опытных и квалифицированных наладчиков зуборезных
станков.
Проведения дополнительных производственных экспериментов.
Чем более обширна цеховая база данных диагностических признаков профило-грамм и содержания корректирующих действий, тем результативней будет процесс уменьшения значений погрешностей.
Практическая реализация. Рассмотрим пример реализации предлагаемой схемы обработки данных погрешностей профилей зубьев для финишной обработки ко-созубой шестерни в зубошлифовальной операции с ЧПУ. Обработка выполняется методом непрерывного шлифования абразивным червячным кругом (рисунок 4).
В результате проведенных измерений шестерен получены протоколы измерений параметров зубчатого колеса (рисунок 5, б) выявлены несоответствия по показателю погрешность направления профиля FHa. Затем в результате дополнительных измерений получены данные и построены графики изменения показателей угловой погрешности по технологическому процессу изготовления шестерни (1-зубофрезерная операция, 2-термическая операция, 3-комплексная с ЧПУ, 3-шлифовальная операция с ЧПУ), подтвердившие первичные данные о наличии несоответствий погрешности углового профиля. на шлифовальной операции (рис. 6, а). Как видим у двух из трех зубьев наблюдается выход погрешности профиля за границы поля допуска. Разность показателя по зубьям сопоставима с величиной поля допуска.
Согласно следующему шагу анализа данных погрешностей выявляется действительная технологическая структура погрешности продольного направления профиля. График ее изменения по измеренным зубьям зубчатого венца приведен на рис. 6, б. Как видим для 1-го и 14-го зубьев зубчатого венца по правой и левой стороне коэффициент вклада показателя в суммарную погрешность эвольвентного профиля значительно превышает значения коэффициента, устанавливаемые стандартом [3].
а б
Рис. 5. Протоколы измерений параметров зубчатого колеса: а — рабочая зона зубошлифовального станка Reishauer №400; б — измерение шестерни на измерительном центре КИ^еЫЬе^ Р 65
Для достижения максимального эффекта улучшения качества, в первую очередь, необходимо снизить вклад угловой погрешности в суммарную погрешность профиля и только после этого можно применять различные статистические методы управления качеством.
а
БИа мкм.
40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40
Зуб 1 Зуб 14 Зуб 26
[БИа]фр. тах [БИа]фр. тт [БИа]шл. тах [БИа]шл. тт
технологические операции
Вклад в % БИа, £Га в Fа
350 300 250 200 150 100 50 0
Ра
РНа
1Га
26
14
14
26
[йа-Ра] [БИа-Ра]
№ зуба
Рис. 6. Графики выполнения схемы обработки данных погрешностей зубьев: а — изменения погрешности направления профиля по технологическому маршруту (1 — зубофрезерная операция с ЧПУ; 2 — операция термообработки; 3 — комплексная операция с ЧПУ; 4 — зубошлифовальная операция с ЧПУ); б — изменения коэффициента вклада погрешностей углового направления и погрешности
формы профиля 211
б
1
1
Результаты выполнения следующего шага приведены в таблице. В таблице приведена профилограмма исследуемых зубьев зубчатого колеса, с диагностическими признаками отклонений профиля от номинального положения. Каждый диагностический признак является следствием определенной совокупности технологических факторов. Для рассматриваемой профилограммы имеется одновременное наличие нескольких диагностических признаков.
Улучшение качества изготовления по угловому отклонению эвольвентного профиля РНа возможно устранением значительного наклона средней линии профиля.
Профилограмма и признаки наличия отклонений профиля от номинального
положения
Профилограмма протокола измерений показателей точности зубчатого венца
Диагностические признаки наличия отклонений профиля
1. Отклонение направления зубьев, симметричное по обеим сторонам в виде конусности, одинаковое на всех зубьях.
2. Значительный наклон средней линии профиля профилограммы.
3. Погрешность профиля зуба по левой стороне волнистого характера на 14-м зубе.
а б
Рис. 7. Станок Reishauer RZ 400: а —устройство правки круга и алмазный правящий ролик станка Reishauer RZ 400; б — шаблон проверки профиля круга
Согласно руководству производителя шлифовальных станков ф. Reishauer [4] причиной появления этого признака являются отклонения в наладке правящего алмазного ролика (рис. 7).
Устранить отклонение выполнено путем замены алмазного правящего ролика на не изношенный. При необходимости необходимо выполнить корректировку межосевого расстояния.
Дополнительно для проверки профиля правленого круга спроектирован специальный двухсторонноий шаблон контроля (рис. 7). Другие диагностические признаки также требуют подавления своих негативных технологических факторов. Но выявление и подавление необходимо выполнить после подавления причин погрешности направления профиля.
Выводы. Применение методики позволяет организовать процесс накопления и анализа диагностических признаков отклонений профилограмм, что приводит к сокращению длительности проведения корректирующих мероприятий.
Выявление технологической структуры погрешностей профилей позволяет исключить ошибки в технологической и конструкторской документации при назначении допусков на погрешности профилей. Максимальный эффект применения методики достигается на этапе подготовки производства при освоении изготовления новых зубчатых колес, в процессе отладка технологического процесса.
Список литературы
1. Забелин Д. А. Исследование образования кинематических погрешностей зубчатых колес на основе 3D моделирования // Вестник Могилевского государственного технического университета. 2006. №1 (10). С. 73-77.
2. Забелин Д.А. Влияние погрешностей изготовления и сборки зубчатых передач на их кинематическую точность // Вестник Белорусско-Российского университета 2009. №2 (23). С. 78-87.
3. ГОСТ ISO 1328-1-2017. Передачи зубчатые цилиндрические. Система ISO. Классификация допусков на боковые поверхности зубьев. Часть 1. Определения и допускаемые значения отклонений на боковые поверхности зубьев зубчатого колеса. М.: Стандартинформ, 2017. 42 с.
4. Delavy J.F., Cadisch J., Thyssen W., Schacke P., Schwaighofer R. Шлифование зубчатых колес Reishauer AG, 1993. 121 с.
5. Пашкевич В.М. Комплексный метод технологического контроля и управления точностью процесса сборки механических передач // Вестник Белорусско-Российского университета. 2006. №4 (13). С. 140-149.
6. Расулов Н.М., Шабиев Е.Т. Повышение эффективности шлифования зубьев зубчатых колес методом копирования на основе управления глубиной резания // Известия высших учебных заведений. 2017. №2 (683). С. 90-97.
7. Виноградов В.М., Швычков Д.В. Влияние метода формообразования зубьев и формы припуска под отделочную обработку на точность обрабатываемых зубчатых колес // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. №1 (13). С. 151-156.
8. Расулов Н.М., Шабиев Е.Т. Нестабильность глубины резания при шлифовании зубьев зубчатых колес методом копирования // Известия высших учебных заведений. 2016. №12 (681). С. 79-86.
Сафаров Дамир Тамасович, канд. техн. нук. доцент, safarov-dt@mail. ru, Россия, Республика Татарстан, Набережночелнинский институт (филиал) Казанского (Приволжского) федерального университета,
Кондратов Алексей Геннадьевич, канд. техн. нук. доцент, Kondrahov@mail. ru, Россия, Республика Татарстан, Набережночелнинский институт (филиал) Казанского (Приволжского) федерального университета
REDUCING THE ERROR OF THE PROFILE OF THE TEETH OF GEARS IN THE PROCESS OF GEAR GRINDING WITH WORM GRINDING WHEELS
D. T. Safarov, A. G. Kondrashov 213
The article presents a method for reducing the errors of tooth profiles on the example of processing cylindrical gears in gear grinding operations with worm grinding wheels. The method is implemented to reduce the values of the total profile errors, angular errors and shape errors of the involute and longitudinal profiles of the side sides of the teeth. The method is implemented in the form of an algorithm containing three stages-conformity assessment, identification of the structure of indicators, analysis of the shape of the profiles of the involute and longitudinal profiles, and identification of diagnostic indicators of the presence of negative technological factors. As a result, the content of corrective actions for the most significant errors of the gear profile is established. The systematic application of the technique provides a given ratio of the components of the profile errors, and the quality of the gears is improved. The algorithm is designed for use in shop conditions by technologists of the processes of manufacturing gear parts, is universal and can be used to reduce the size of the profile errors in various gear processing operations.
Key words: cylindrical gear wheel, profile errors, worm grinding wheel, quality improvement.
Safarov Damir Tamasovich, candidate of technical sciences, docent, Safarov-dt@mail.ru, Russia, Republic of Tatarstan, Naberezhnye Chelny Institute (branch) Kazan (Volga Region) Federal University,
Alexey Kondrashov Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, Kon-drahov@,mail. ru, Russia, Republic of Tatarstan, Naberezhnye Chelny Institute (branch) Kazan (Volga Region) Federal University
УДК 629.113; 339.137.2 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-214-219
КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ СТАНДАРТА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ ГЛАЗАМИ
ПОТРЕБИТЕЛЯ
Д.И. Благовещенский, В.Н. Козловский, Д.И. Панюков, Р.Р. Гафаров
Представлены аспекты, связанные с разработкой и реализацией стандарта оценки качества новых автомобилей глазами потребителей.
Ключевые слова: управление качеством; автомобильная промышленность; производственная система.
Сущность стандарта определяет подход к оценке качества готовой продукции глазами потребителей. В стандарте необходима реализация четырех методик оценки качества новых автомобилей (рис. 1) [1 - 3]:
1. Полный стандартный осмотр - осмотр и испытания проводят 2 эксперта в течение 6 часов (один заполняет чек-лист, второй осуществляет поиск дефектов). При проведении испытаний, один из экспертов находится за рулем автомобиля, а второй заполняет анкету (чек-лист). Периодичность - два раза в месяц по всем выпускаемым моделям автомобилей.
2. Короткий контроль - проводится осмотр автомобиля одним экспертом, испытание автомобиля проводят два эксперта. Проверка проводится в течении 2 часов. Периодичность - два автомобиля каждой модели, ежедневно.
214
