Criteria of processing operations optimization of gear-producing based on various methods of tooth formation

Abstract

The article considers the block diagram of operations of machining of gear rings. The indicators characterising accuracy and stability of gear- producing operations are offered. There are given proposals on optimisation of technological chains manufacturing of cylindrical gear rings.

Full Text

Различные методы формообразования впадин между зубьями колес в значительной мере определяют содержание, длительность и качественные показатели зубообрабатывающих операций. Высокая точность и качество цилиндрических среднемодульныхс зубчатых колес, применяемых в машиностроении, зависят от производительности, точности и стабильности протекания операций зубообработки. В целом оптимальность технологического процесса зубообработки цилиндрических колес определяется правильным подбором операций предварительного зубонарезания и последующей отделочной обработки зубьев колес по производительности, точности и стабильности во времени с учетом явлений технологической наследственности. Согласно ГОСТ 27.202-83 «Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготовляемой продукции» операцию зубообработки с позиции точности и стабильности можно представить в виде структурной схемы (рисунок 1). В целом точность зубообрабатывающей операции – это степень соответствия фактического рассеивания показателей качества заданным допускам. Для количественной оценки точности отдельной операции и возможности сравнения нескольких конкурирующих вариантов операций, выполняемых различными методами зубообработки, удобно пользоваться коэффициентом точности, определяемым отношением поля рассеивания к полю допуска. Рисунок 1 – Структурная схема операции зубообработки Так как при зубообработке большая часть погрешностей изготовления зубчатого венца подчиняется законам распределения существенно положительных величин, то для определения коэффициеснта точности можно пользоваться формулой: , где: s – среднеквадратическое отклонение; d – допуск, представляющий собой разность между наибольшим и наименьшим допустимыми значениями показателей качества. Точность любой операции зубообработки зависит от величины как суммарных, так и составляющих погрешностей, возникающих в период настройки станка на размер и в ходе протекания самой операции. Количественная характеристика погрешностей обработки и первичные факторы, вызывающие эти погрешности в ходе операции, не остаются постоянными и подчиняются определенным законам распределения. Поэтому для определения более точной характеристики операций зубообработки их следует рассматривать как операции, протекающие во времени. Последнее обстоятельство требует соответствующего подхода и к определению основных параметров операции зубообработки. Поскольку величины некоторых из этих параметров в разные моменты времени принимают различные значения, значения точностных характеристик зубообрабатывающих операций должны определяться в функции времени. Выбор схемы хода технологической операции и закона мгновенного распределения для момента времени Тi дает возможность вполне однозначно определять теоретический закон распределения для каждой партии деталей и их совокупностей. В большинстве случаев тип закона распределения для определенной зубообрабатывающей операции не меняется на протяжении изготовления всей партии деталей, изменяются лишь параметры распределения. Любая операция зубообработки при напряженном режиме скоростного резания или пластического деформирования протекает в условиях постепенного износа и затупления инструмента. При этом положение центра группирования изменяется в ходе процесса по определенному закону и может быть представлено в виде точечных диаграмм, показанных на рисунках 2 и 3. Естественно, если технологическая операция протекает с постоянной (или ограниченной определеннымис пределами) интенсивностью факторов, вызывающих появление производственных погрешностей, то износ инструмента, как правило, изменяющийся фактор, должен оказывать решающее влияние на изменение положения центра группирования. Возникает вопрос, по какому закону происходит смещение центра группирования и имеет ли место постоянство интенсивности смещения. Рисунок 2 – Точечные диаграммы хода операций зубообработки: 1 – кругодиагональное протягивание зубьев; 2 – фрезерование однозаходной червячной фрезой; 3 – шевингование зубьев; 4 – холодное калибрование зубьев двумя накатниками Многие авторы склонны считать, что смещение центра группирования протекает по линейному закону, упрощая этим действительную картину хода технологической операции. Рисунок 3 – Изменение величины параметра шероховатости боковых поверхностей зубьев колес по мере затупления кругодиагональной протяжки Однако исследования, проведенные Н.А Бородачевым, А.М. Даниеляном, В.И. Гостевым, А.В. Панкиным, В.Д. Клепиковым и др., опровергают гипотезу о линейном смещении центра группирования в технологических операциях с ярко выраженным износом инструмента. Линейный закон смещения центра группирования характерен только для очень стабильных операций, выполняемых на жестких станках с простой кинематикой, при использовании высококачественного инструмента с большим периодом стойкости. Таким образом, каждая операция зубообработки имеет свои специфические особенности протекания ее во времени, а следовательно, и свою точностную диаграмму, характеризующую точность и стабильность операции. Под стабильностью зубообрабатывающей операции подразумевается способность операции в течение определенного времени сохранять в заданных пределах положение мгновенной средней Хср и величину мгновенного рассеивания. Она характеризуется рядом показателей, которые можно представить в виде коэффициентов Км.с., Кн , Кц , Кр и Кс. Коэффициент межнастроечной стабильности Км.с. рассчитывается по формуле: , где: s1 и sп – средние квадратические отклонения первой и последней мгновенных выборок. Показатель уровня настройки Кн (характеризует точность настройки оборудования в начальный после настройки период обработки) определяется по первой мгновенной выборке после настройки станка по формуле: , где: Хн – заданный уровень настройки; Х1 – среднее значение первой мгновенной выборки. Коэффициент смещения центра рассеивания Кц определяется по формуле: , где: Хср.п – среднее значение последней перед новой настройкой мгновенной выборки. Показатель рассеивания Кр по выборкам и показатель стабильности рассеивания по выборкам, взятым в разные периоды времени, характеризуют изменение показателей рассеивания с течением времени: , где: ω – поле рассеивания контролируемого параметра соответствующей выборки. Рисунок 4 – Кривые распределения погрешности для разных операций зубообработки: 1 – кругодиагональное протягивание зубьев; 2 – фрезерование однозаходной червячной фрезой; 3 – шевингование зубьев; 4 – холодное калибрование зубьев: 5 – фрезерование современной фрезой уменьшенного диаметра – шевингование; 6 – фрезерование стандартной фрезой – шевингование; 7 – протягивание – калибрование; 8 – протягивание – шевингование Исследования точности и стабильности различных зубообрабатывающих операций [6] (рисунок 4) позволили сделать следующие выводы: · Традиционная технологическая цепочка «фрезерование стандартной червячной фрезой - шевингование» позволяет получить зубчатые венцы 7 степени точности по нормам плавности и 6 степени кинематической точности. · Применение современных червячных фрез уменьшенного диаметра позволяет увеличить точность обработки по нормам плавности на 1 степень. · Технологическая цепочка «нарезание венца кругодиагональным протягиванием – шевингование» позволяет получать зубчатые венца 6 степени точности. · Применение чистового калибрования вместо шевингования получить венцы 6 степени точности с уменьшенной шероховатостью рабочей поверхности зуба.