авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес на основе имитационного моделирования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Макаров Владимир Михайлович

обеспечение точности

профильного шлифования винтовых зубьев

крупномодульных цилиндрических колес

на основе имитационного моделирования

Специальности: 05.02.07 – Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

05.02.08 – Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Саратов 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Московский государственный технологический университет «Станкин»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зверовщиков Владимир Зиновьевич

доктор технических наук, профессор

Калашников Александр Сергеевич

доктор технических наук, профессор

Погораздов Валерий Васильевич

Ведущая организация - Институт проблем точной механики

и управления РАН (г. Саратов)

Защита состоится 3 марта 2010 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета http://www.sstu.ru " 1 " февраля 2010 г.

Автореферат разослан " 1 " февраля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание и внедрение прогрессивных технологий и оборудования при производстве зубчатых колес является необходимым условием развития фондообразующих отраслей отечественного машиностроения, авиационной и оборонной промышленности. Основные эксплуатационные параметры зубчатых колес определяются на финишной стадии технологического процесса их изготовления на операции шлифования зубьев. Зубошлифованием обеспечиваются не только точность формы и качество рабочих поверхностей зубьев, но и параметры их взаимного расположения по зубчатому венцу и относительно базирующего центрального отверстия. Уровень требований по обеспечению норм точности колес лежит в микрометрическом диапазоне размеров.

Высокая эффективность реализации зубошлифовальной операции безусловно необходима из-за большой стоимости технологических средств и требований снижения себестоимости изготовления колес. В российской промышленности крупномодульные колеса с винтовыми зубьями шлифуются на неэффективных обкатных зубошлифовальных станках отечественного производства, цикл обработки которых длится часами. Повышают производительность финишной операции шлифования зубьев крупномодульных колес импортными технологиями и оборудованием. Устранение этой зависимости является приоритетным для высокотехнологичных отраслей российского машиностроения в целях обеспечения технологической безопасности государства.



Создание инновационных технологических средств зубошлифования, интегрирующих в себе высокий уровень прецизионности и производительности при шлифовании зубьев, является актуальной задачей для отечественного машиностроения при изготовлении колес с модулем более 6 мм. Это возможно на базе новых высокоэффективных формообразующих технологий зубообработки. Самым производительным методом финишной отделки зубьев крупномодульных цилиндрических колес (с модулем более 6 мм) является профильное шлифование, применение которого позволяет комплексно решить задачу гармонизации взаимосвязанных технико-экономических показателей их изготовления. Этот метод является наукоемким, но практически не исследованным.

В отечественном машиностроении отсутствуют оборудование и технология, способные внедрить профильный метод в производство цилиндрических колес с винтовыми зубьями, что является практической производственной проблемой. Отсутствие методов обеспечения точности колес с винтовыми зубьями не позволяет достигать требуемого уровня качества их изготовления на финишной стадии при шлифовании зубьев и исключить брак на этой операции.

Вероятность брака при зубошлифовании высока из-за малых припусков на зубьях и больших погрешностях заготовки, поступающей на зубошлифование, получаемых после химико-термической обработки, предварительном зубонарезании и отклонений взаимного расположения базовых поверхностей изготавливаемого колеса относительно венца, наследуемых на стадиях технологического процесса. Компенсировать эти погрешности на финишной операции шлифования зубчатого венца и достичь высоких показателей точности и качества поверхностей зубьев цилиндрического колеса можно лишь путем разработки комплекса технологических действий, выполняемых на различных стадиях производственного цикла, этапах подготовки операции, наладки станка и в процессе зубошлифования.

Достижение практической цели внедрения профильного зубошлифования в отечественное машиностроение сдерживается отсутствием научно-обоснованных методов обеспечения точности профильного шлифования зубьев цилиндрических косозубых колес, что является актуальной научной задачей. Решение этой задачи требует разработки теории профильного зубошлифования для формирования целостного представления о его закономерностях, существенных связях и создания на этой основе системы обеспечения точности колес при шлифовании их зубьев профильным методом. При этом требуется применение современных инструментов компьютерно-графического, математического и имитационного моделирования, позволяющих выявлять взаимосвязи норм точности колес с параметрами пространственной схемы формообразования, погрешностями заготовки и величиной припуска на зубьях.

Целью работы является обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес путем выявления и формализации взаимосвязей показателей точности колес с параметрами схемы и режима шлифования зубьев профильным кругом на стадиях технической подготовки производства и наладки станка.

Объект исследования – операция зубошлифования и средства ее оснащения во взаимосвязи с технологическим процессом изготовления цилиндрического колеса.

Предмет разработки – методы, интеллектуальные продукты и средства технологического обеспечения точности цилиндрических колес с винтовыми зубьями профильным шлифованием зубьев.

Научная новизна заключается в решении актуальной научной проблемы обеспечения точности шлифования винтовых зубьев цилиндрических колес методом бесцентроидного огибания профильным кругом. Решение этой проблемы состоит в:

- выявлении и формализации взаимосвязей норм точности зубчатого колеса с параметрами схемы шлифования и технологического процесса, позволяющих устанавливать допустимый уровень погрешности заготовки и величину припуска на зубьях для недопущения брака при зубошлифовании профильным методом;

- развитии теории бесцентроидного огибания криволинейных винтовых поверхностей, обосновании технологических параметров шлифования зубьев крупномодульных цилиндрических колес как методологической основы управления точностью и направленного формирования параметров элементов технологической системы профильного шлифования;

- имитационном моделировании профильного шлифования как основы выбора оптимальных технологических, конструктивных и эксплуатационных параметров схемы формообразования и элементов технологической системы, обеспечивающих достижение 3…5-й степени точности крупномодульных цилиндрических колес и повышение производительности шлифования в 3,5…4 раза.

На защиту выносятся:

1. Методология моделирования зубообразующих процессов абразивным инструментом по критерию точности зубчатых колес.

2. Модели взаимосвязей показателей точности цилиндрического колеса с наследуемой погрешностью заготовки, поступающей на финишную операцию, припуском на зубьях и технологическими параметрами схемы профильного зубошлифования.

3. Методика наладки станка, базирования и закрепления заготовки, позволяющая достичь заданной точности цилиндрического колеса профильным методом.

4. Обоснование требований к технологическим компонентам абразивной зубообработки и принцип объединения их в систему по критерию эффективности.

5. Методика формирования характеристик станочной системы, обеспечивающих требуемый уровень точности и качества профильного шлифования поверхности винтовых зубьев крупномодульных цилиндрических колес.

6. Основные положения имитационного моделирования профильного зубошлифования.

Методы исследования. Все разделы работы выполнены с единых методологических позиций с использованием основных положений теории систем, теории конструкции и оптимизации, теории графов и теории множеств, а также технологии машиностроения, теории зацеплений, теоретической механики, теории механизмов и машин с использованием методов имитационного, структурного и поверхностного моделирования, численно-аналитических методов вычислительной математики и программирования, дифференциальной геометрии и интегрального исчисления, основ математической теории эксперимента.

Практическая ценность и реализация результатов работы состоят в:

-разработанном программном обеспечении для автоматизации цикла профильного шлифования цилиндрических колес;

-реализованных алгоритмах имитационного моделирования в трехмерной CAD-среде, позволяющих определять оптимальные параметры наладки схемы профильного шлифования по критерию точности и производительности, формировать припуск, исключающий брак при зубошлифовании;

-практических рекомендациях по выбору средств технологического оснащения операции зубошлифования цилиндрических колес профильным методом;

-методиках расчетного анализа и проектного синтеза зубошлифовального оборудования для профильной технологии.

Внедрение предложенных проектных и технологических решений в производство крупномодульных цилиндрических колес позволило обеспечивать 3…5-ю степень точности и значительное снижение трудоемкости их изготовления на предприятиях железнодорожного машиностроения и станкостроения.

Решение научной проблемы выполнялось в рамках научно-технической программы, финансируемой Министерством образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», раздел «Производственные технологии», бюджетная тема «Программно-методический учебно-производственный комплекс для оценки характеристик механических систем станков на стадии их проектирования» в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»; в рамках гранта Федерального агентства по науке и инновациям по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалы» №02/442/11/7007 «Разработка системы аналитического прогнозирования погрешности как основы создания технологических наносистем».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на 5-й Республиканской межотраслевой научно-технической конференции «Теория и практика разработки и внедрения средств автоматизации и роботизации технологических и производственных процессов», г. Уфа, 1989 г.; научно-методической конференции «Проблемы интеграции образования и науки», г. Москва, Мосстанкин, 1990 г.; научно-технической конференции «Типовые механизмы и технологическая оснастка станков-автоматов, станков с ЧПУ и ГПС», г. Чернигов, 1991 г.; IV международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика – 2000» М., 2000 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии», г. Липецк, 2002 г.; V Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика» КТИ-2005 (Москва, 2005 г.); II Международной научно-технической конференции, г. Тюмень, 2005 г.; 2-й Всероссийской научно-технической конференции, г. Нальчик, Каб.-Балк. ун-т, 2005 г.; IX научной конференции МГТУ «Станкин» и Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин», 2006 г.; Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии», г. Липецк, ЛГТУ, 2006 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», Тула, ТулГУ, 2007; 6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», г. Брянск, БрГТУ, 2008 г.; Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств», г. Тула, ТулГУ, 2008 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» г. Саратов, СГТУ, 2009 г.; 7-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», г. Новосибирск, 2009 г.; межкафедральном научном семинаре Саратовского государственного технического университета, 2009 г.





В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на заседаниях кафедр «Станки» Московского государственного технологического университета «Станкин» и «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» Саратовского государственного технического университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 52 печатные работы, из них 15 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка использованной литературы из 209 наименований и 4 приложений. Материал изложен на 455 страницах, содержит 227 рисунков и 22 таблицы. Общий объем работы 509 страниц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность решаемой практической проблемы, сформулированы цель, задачи работы, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы, а также научные положения и результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору и анализу методов и средств обеспечения точности шлифования зубьев цилиндрических колес. Проведен обзор литературных данных по теме диссертации. Существенный вклад в развитие абразивной обработки внесли С.Н.Корчак, А.В.Королев, Г.Б. Лурье, Е.М.Маслов, В.К.Старков, Ю.С. Степанов, О.В. Таратынов, Л.В. Худобин, П.И. Ящерицын, Marinescu Ioan D., Ichiro Inasaki и другие ученые. В литературе практически отсутствуют данные по технологическому обеспечению и расчетному прогнозу точности цилиндрических колес с винтовыми зубьями (далее косозубых колес) профильным шлифованием. Вопросы точности и качества обработки прецизионных деталей рассмотрены в работах Б.М.Базрова, Б.М.Бржозовского, И.И.Колтунова, Е.П.Калинина, В.А.Кудинова, А.В.Пуша, В.Н.Подураева, В.Т.Портмана, А.С.Проникова, А.Г.Суслова, А.В.Якимова и ряда других ученых.

Зубчатые детали, включающие базирующие поверхности и рабочие поверхности зубьев, располагающиеся периодически равноудаленно и, как правило, равномерно относительно оси вращения, характеризуются наличием особых топологических признаков (множественности, периодичности, сложнопрофильности, концентричности и симметричности), что определяет специфику их формообразования. При этом накладываются соответствующие ограничения на технологию зубообразования, методы обеспечения точности и производительности цикла его обработки. Высокие требования к точности формы и взаимного расположения рабочих поверхностей зубьев обусловлены эксплуатационными требованиями к зубчатому колесу, что обеспечивается на финишной операции зубошлифования.

Проведен компьютерно-графический анализ способов абразивной зубообработки (АЗО), включающий моделирование контактного взаимодействия шлифовального круга и зубчатых колес во всем разнообразии возможных структурно-параметрических исполнений и схем (рис.1). В результате направленного численного имитационного эксперимента получены сравнительные оценки типовых способов зубошлифования в сопоставимых условиях по критерию мгновенного съема, определяющему производительность формообразования зубьев колес.

Предварительным анализом выявлена и подтверждена имитационным численным экспериментом связь переменных характеристик процесса зубошлифования (съема металла, температуры в зоне резания, износа круга, силы резания) с общим для них параметром – площади контакта между кругом и заготовкой при шлифовании. Последняя влияет на все показатели процесса, является функцией глубины врезания и кривизны взаимодействующих при обработке поверхностей и представлена комплексом регрессионных моделей. Сравнение способов шлифования зубьев колес по комплексу критериев доказало, что метод профильного шлифования является наиболее производительным при обработке зубьев крупномодульных колес (с модулем более 6 мм), имеет большие потенциальные возможности достижения высокой точности (3…4-й степеней), но обладает высокой вероятностью брака и появления шлифовочных дефектов зубьев из-за прижогов, черновин и подрезов.

 Компьютерно - графический-1

Рис.1. Компьютерно - графический имитационный анализ способов АЗО

Установлено, что наукоемкость профильного шлифования зубчатых колес и неисследованность этого метода обусловливают необходимость вскрытия новых взаимосвязей профильного шлифования с показателями точности и качества рабочих поверхностей зубьев и разработки на этой основе практических методик обеспечения точности колес с учетом всего комплекса технологических, конструктивных, метрологических и эксплуатационных параметров и структуры техпроцесса.

По результатам обзора поставлена цель работы, сформулированы задачи исследования, связанные с формированием методологии исследования зубообразующих процессов и разработкой способов управления точностью шлифуемых колес, на которых должна строиться теория абразивной зубообработки.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.