книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач
..pdfВлияние точности базовых поверхностей заготовки и режимов зубофрезерования |
441 |
Анализ полученных линий регрессии, а также критериев адекватности модели (F, £ср)
позволил установить, |
что взаимосвязи таких параметров качества, как Fm F"r, |
F^, Ra, |
с V и S с достаточной |
точностью можно считать линейными, а таких параметров, как Ям, |
|
Ст|, ~~ нелинейными. Поэтому на втором этапе более углубленные исследования линей ных зависимостей были выполнены но схеме полного факторного эксперимента (см. табл. 11.9), а нелинейных зависимостей — по схеме рототабелыюго центрального композицион ного планирования (ЦКП), матрица которого приведена в табл. 11.10.
Выбор интервалов измерения режимов зубофрезерования производился с учетом ре комендаций технической литературы и реального производственного опыта (табл. 11.11).
|
|
|
|
Таблица 11.11 |
|
Основные характеристики плана экспериментов |
|
|
|||
|
Исслелоиаиие илиямия режимов |
Исследование влияния режимов |
|||
|
зубофрезеропапии на параметры |
зубофрсзс|Х)оанни па показатели |
|||
Характеристика |
качества поверхности зубьев |
точности зубьев |
|
||
плана эксперимента |
|
|
|
|
|
|
*1 |
*2 |
*1 |
(S. |
*г |
|
(V, м/мип) |
(5, мм/мин) |
(К, м/мин) |
мм/об) |
|
Основной уровень |
32,8 |
6,25 |
40,83 |
|
3,5 |
Интервал варьирования |
7,6 |
3,75 |
9,41 |
|
2,0 |
Верхний уровень |
40,4 |
10,0 |
50,24 |
|
5,5 |
Нижний уровень |
25,2 |
2,5 |
31,4 |
|
1.5 |
Исследования влияния режимов зубофрезерования на параметры качества поверхно сти зубьев производились для зубчатых колес из сталей 40Х, 25ХГТ, 20ХНЗА, а на пока затели точности зубчатых колес — для сталей 25ХГТ и 20ХНЗА.
При исследованиях линейных взаимосвязей параметров качества цилиндрических зубчатых колес с режимами зубофрезерования аппроксимация этих взаимосвязей произ
водилась с помощью полинома первой степени вида: |
|
у=Ь'а +Ь\лг, + Ь2х 2, |
( 11.24) |
где b'Q, Ь[, Ь'2 — коэффициенты уравнения регрессии; лг,. х2 — кодированные переменные
(см. табл. 11.8).
При переходе от кодированных переменных к физическим уравнение (11.24) прини
мает вид: |
|
y = 6 0 +61V-i-625. |
(1Î.25) |
При исследованиях нелинейных взаимосвязей параметров качества цилиндрических зубчатых колес с режимами зубофрезерования аппроксимация этих взаимосвязей произ
водилась с помощью полинома второй степени вида: |
|
У=Ь'0 +Ь[хх +Ь2х2 +b[2X\х 2+ b[,x f +b22x \ , |
( 11.26) |
где b'Q, b[, Ь2 Ь[2, Ь'п , Ь'.п - коэффициенты уравнения регрессии; .г2 — кодированные пере менные (см. табл. 11.10).
При переходе от кодированных переменных к физическим уравнение (11.26) прини
мает вид: |
|
y= bü +blV +b2S +bi2VS + blÿ 1+bn S 2. |
(11.27) |
Уравнение регрессии, полученное с помощью рототабелыюго ЦКП, позволяет не только предсказать значение функции отклика для заданных условий проведения экспе
442 |
Глава 11 |
римента, но и дает информацию о форме поверхности отклика. Исследование этой по верхности необходимо для выбора оптимального режима технологического процесса.
Для изучения конфигурации поверхности отклика уравнение регрессии приводят к так называемой канонической форме, что соответствует переносу начала координат в новую точку S факторного пространства и повороту координатных осей на некоторый угол <р:
y-ys = Buz?+B22zl |
(U-28) |
где у — функция отклика; z t, z2 — новые переменные величины; В и , В22 — коэффициенты канонической формы; y s — значение функции отклика в новом начале координат.
Все многообразие поверхностей отклика, описываемых уравнением (11.28), можно разде лить на три класса. К первому классу относятся поверхности, имеющие экстремум (в виде «вершины» или «кратера»). В этом случае все коэффициенты канонической формы имеют одинаковые знаки, а центр поверхности находится вблизи центра эксперимента. Ко второму классу относятся поверхности типа «стационарного возвышения». В этом случае некоторые коэффициенты канонической формы близки к нулю. К третьему классу относятся поверхно сти типа «седло». Они характеризуются тем, что коэффициенты канонической формы имеют разные знаки, а центр поверхности находится поблизости от центра эксперимента.
Анализ результатов указанных экспериментальных данных наряду с расчетом коэффи циентов уравнений (11.24)—(11.28), оценкой формы поверхности отклика и путей оптими зации исследуемых факторов включал также оценку адекватности полученных зависимо стей, значимости коэффициентов уравнений регрессии, степени воспроизводимости ре зультатов исследований, а также степени влияния того или иного параметра режима резания на рассматриваемые параметры качества зубчатых колес. Последняя оценка выпол нялась с помощью коэффициентов влияния, рассчитанных по уравнениям (11.24)—(11.27):
Atl=2\b^\/AV; |
(11.29) |
A'v =2\b[ \/AV; |
(11.30) |
As =2|62|/Д5; |
(11.31) |
A's = 2\b'2\/AS, |
(11.32) |
где bu b2, b[, b2 — коэффициенты уравнений регрессии |
(11.24)—(11.27); AV, AS — шаги |
варьирования (см. табл. 11.11). |
|
Чем больше значение коэффициента влияния, тем в большей степени тот или иной элемент режимов резания влияет на соответствующий параметр качества зубьев.
1 1 .4 .3 . Результаты эксп ерим ентал ьно го и ссл ед о в ани я
Влияние режимов зубофрезероваиия на точность зубьев. Основные результаты по казаны на рис. 11.12-11.15 и в табл. 11.12 и 11.13. Как показали расчеты, взаимосвязи рас сматриваемых показателей точности (Fn, F", f" , Fpr) с режимами зубофрезероваиия ( V, м/мин; 5 мм/об) цилиндрических зубчатых колес из сталей 25ХГТ, 20ХНЗА с доста точной точностью (еср = 5,2-21,6%) могут быть описаны полиномом первой степени. С увеличением V и 5 отмечается рост значений всех указанных показателей точности. Причем подача 5 оказывает значительно большее влияние (в 11-28 раз) на степень изме нения рассмотренных показателей точности, чем скорость резания V, что указывает на большие возможности управления точностью цилиндрических зубчатых колес при зубофрезеровании путем регулирования подачи.
Глава 11
Таблица 11.12
Результаты исследования влияния режимов зубофрезероваиия на показатели точности цилиндрических зубчатых колее
|
|
|
|
|
Средние арифметические значении показателей |
|||
Номер |
|
*2 |
V, |
S, |
|
точности зубчатых колес, мкм |
|
|
опыта |
|
м/мип |
мм/об |
|
К |
fir |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
+1 |
+ 1 |
50,24 |
5,5 |
210 |
210 |
36 |
206 |
2 |
-1 |
+ 1 |
31,4 |
5,5 |
160 |
183 |
26 |
176 |
3 |
+1 |
-1 |
50,24 |
1.5 |
153 |
170 |
30 |
186 |
4 |
-1 |
-1 |
31,4 |
1.5 |
0128 |
143 |
23 |
126 |
Таблица 11.13
Экспериментальные зависимости между режимами зубоф резероваиия и показателями точности цилиндрических зубчатых колее из сталей 25ХГТ, 20ХНЗА
Показатель точности |
|
Вил зависимости |
зубчатых колес |
|
|
|
|
|
Fn |
Fn - 0,163 |
+ 0,019*, + 0,022х2 |
|
F„.- 0,042 |
+ 0,002 V+ 0,01150 |
|
А „- 0,0004 As - 0,011 |
|
|
A'„- 0,004 A 'r 0,022 |
|
КF £ - 0,177+ 0,014X,+ 0,02 X2
F? - 0,081 + 0,0015V+ O.Ol^ A„- 0,0003 As- 0,005
A ;, - 0,003 A ; - 0,0 2
к/ " - 0,029 + 0,017*, + 0,009*2 /;; - -0,021 + 0,0018 V+ 0,00455„ A„- 0,0004 A$- 0,0046
A;,- 0,0 0 4 A ; - 0,0 0 9
ьfp ,- 0,1735 + 0,0225*, + 0,0175.T2 Fp,-0.054 + 0.002V+ 0,008755’,,
A „ -0,0004 A5- 0,009
A '-0,0048 A',-0,0175
Для рассмотренных материалов зубчатых колес (стали 25ХГТ и 20ХНЗА) и оборудо вания (зубофрезерные станки мод. 5В312,5Б312, ABC В12) характеристики взаимосвязей показателей точности цилиндрических зубчатых колес с режимами зубофрезероваиия су щественно не отличались.
Рост значений показателей точности цилиндрических зубчатых колес с увеличением Г и б ’ при зубофрезеровании обусловлен ростом температуры и силы резания, тепловых и упругих деформаций элементов технологической системы зубофрезерного станка.
Влияние режимов зубофрезероваиия на параметры качества поверхности зубьев. Ос новные результаты исследования показаны на рис. 11.16-11.19 и в табл. 11.14. Расчеты под твердили линейный характер взаимосвязи Ra с V и 5 и нелинейный характер взаимосвязей ЯЦ| a u o2c V u S, хотя взаимосвязь Яцс V и S с достаточной точностью (е^ - 8,7-26,5%) может быть описана и полиномом первой степени. Установлено, что с ростом V происходит увели-
4 4 6 |
Г л а в а 11 |
Рис. 11 .19 . График изменения величины остаточных напряжений первого рода в зависимости от режимов эубофрезерования (материал — сталь 40Х): а — от скорости резания; б — от подачи. Обозначения те же, что и на рис. 11.18
чение параметра Ra, уменьшение параметра Ям, остаточных напряжений второго рода а 2 в по верхности зубьев. Характер влияния V на изменение остаточных напряжений первого рода Oj в поверхности зубьев сложный (рис. 11.19, а). При увеличении Удо 32 м/мин происходит рост значений а 1( затем — их уменьшение. При малых (до 26 м/мин) и сравнительно высоких (свы ше 37 м/мин) скоростях резания в поверхности зубьев возникают сжимающие остаточные на пряжения первого рода (-a!), a при V в диапазоне 26-37 м/мин — растягивающие остаточные напряжения первого рода (+а,). Как известно, сжимающие остаточные напряжения повышают сопротивляемость контактирующих поверхностей усталостным разрушениям. Поэтому реко мендуется производить зубофрезерование со скоростями резания, м/мин: 37 < V < 26.
Скорость резания в наибольшей степени влияет на температуру в зоне резания [31,33]. С увеличением скорости резания возрастает количество теплоты, выделяющейся в зоне резания. Это сопровождается увеличением удельного объема, разупрочнением поверхно стного слоя и другими явлениями. Эти процессы и обусловливают в основном уменьше ние Ям, а 2, изменение а, в поверхности зубьев с ростом V.
Установлено, что с ростом S происходит увеличение микротвердости Я м, параметра шероховатости Ra, остаточных напряжений второго рода, уменьшение остаточных напря жений первого рода в поверхности зубьев.
С ростом подачи происходит рост сил резания, сопровождающийся пластической де формацией, упрочнением и изменением некоторых физических свойств металла. Пласти ческая деформация металла вызывает уменьшение его плотности, рост удельного объема. В результате этого в наружном слое возникают сжимающие, а в нижележащих слоях — растягивающие остаточные напряжения.
Таким образом, выбор оптимальной подачи при зубофрезеровании должен произво диться с учетом требуемых точности и производительности обработки, стойкости режу щего инструмента, характеристик качества поверхности зубьев.
Как следует из табл. 11.14, коэффициенты уравнений в канонической форме, связы вающих значения Я^, a t и а 2 с режимами эубофрезерования V и S, имеют одинаковые зна ки. Это свидетельствует о том, что поверхности отклика, в данном случае значения ука занных параметров качества поверхности зубьев, имеют экстремум и он находится вблизи центра эксперимента.
Влияние точности базовых поверхностей заготовки и режимов зубофрезерования |
449 |
5.Голиков В. И. Технология изготовления точных цилиндрических зубчатых колес. М.: Машино строение, 1968.
6.Эстерзон М. А. Точность зубчатых колес, изготовляемых с базированием по торцу венца / / Станки
иинструмент. 1965. № 3.
7.Шрайбман С. М. Обоснование и достижение необходимой точности базовых поверхностей зубча тых колес (исходя из заданной точности колес): Дисс. к. т. и. М.: СТЛНКИН, 1965.
8.Эстерзон М. А., Бснкин В. А. Анализ точности обработки одиовенцовых цилиндрических зубчатых колес па автоматической линии. М.: ЭНИМС, 1961.
9.Васильев В. А. Технологический баланс точности зубчатого колеса и взаимосвязь факторов, се оп ределяющих. ЭНИМС. М., 1966.
10.Гофштсйп А. Б., Израилевич Я. С. Повышение точности направления зуба при шевинговании / / Вестник машиностроения. 1975. № 12.
11.Ссрваровскнй А. Н., Фетисов А. М. Улучшение качества зубчатых колес. М.: ГОСИНТИ. Передо вой научно-технический и производственный опыт. № 14-68-784/101,1968.
12.Капе М. М. Технологическое обеспечение качества высокопагружсппых передач с эпольвептпыми цилиндрическими зубчатыми колесами: Дисс. д.т. и. Мп.: БГПА, 1996.
13.Буслсико Н. П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968.
14.Айвазян С. А. Статистическое исследование зависимостей. М.: Металлургия, 1968.
15.Солонин И. С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972.
16.Налимов В. В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971.
17.Кане М. М„ Чураков В. М., Фомина Л. Е. Анализ законов распределения различных параметров точности цилиндрических зубчатых колес при зубофрезеровапни и шевинговании / / Прогрессив ная технология машиностроения. Вмн. 5. Мп.: Вышэйшая школа, 1974.
18.Кане М. М. Анализ стационарности процессов зубофрезерования и шевингования цилиндриче ских зубчатых колес// Рссп. межвед. сб. «Машиностроение*. Вып.4. Мн.: Вышэйшая школа, 1980.
19.Кане М. М. Анализ эргодичности процессов зубофрезеропапнл и шевингования цилиндрических зубчатых колес / / Рссп. межвед. сб. «Машиностроение*. Вын. 6. Ми.: Вышэйшая школа, 1981.
20.Кане М. М. Основы научных исследований в технологии машиностроения: Учебное пособие для ВУЗов. Мн.: Вышэйшая школа, 1987.
21.Райбман H. С. Корреляционные методы определения характеристик сложных взаимосвязанных комплексов / / Приборостроение и средства автоматики. Спрапочник, т. 1 / Под общей редакцией д. т. и., проф. А. Н. Гаврилова. М.: Машгиэ, 1963.
22.Тайн Б. А. Основные вопросы точности изготовления п контроля зубчатых колес: Дисс. д. т. и. - М.: Мосстанкии, 1953.
23.Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969.
24.Громан Г. Б., Зак П. С.. Шлсйфср М. А. Основы нормализации зубчатых колес. М.: Комитет стан дартов, мер и измерительных приборов при СМ СССР, 1967.
25.Зильберглейт В. А. Технологические процессы и оборудование для обработки цилиндрических зубчатых колес с гладкими и шлицевыми отверстиями. М.: Машиностроение, 1973.
26.Колсв К. С., Горчаков Л. М. Точность обработки и режимы резания. М.: Машиностроение, 1971.
27.Ящсрицын П. И., ГорбацсвичА. Ф., Чан Ван Дик. Влияние режимов резания наточностьнризубофрезеровапии / / Респ. межвед. сб. «Машиностроение*. Вын. 4. Мн.: Вышэйшая школа, 1980.
28.Горчаков Л. М. Погрешности обработки при зубонарезании вследствие деформаций в системе СПИД / / Вестник машиностроения. 1977. № 1.
29.Мсдвсдицков С. И. Высокопроизаоднтслы1осзубонарсзаппсфрезами. М.: Машиностроение, 1981.
30.Овумян Г. Г., Езерский Е. В., Хухрнй С. А. Повышение производительности и качества чистового зубонарезанил. М.: Машиностроение, 1979.
31.Ящсрицын П. И., Еременко М. Л., Фсльдштсйп Е. Э. Теория резания. Физические и тепловые про цессы в технологических системах. Мн.: Вышэйшая школа, 1990.
32.Кане М. М., Медведев А. И. Зависимость качества поверхностей зубьев цилиндрических колес от режимов зубофрезерования / / Станки и инструмент. 1999. М®3.
33.Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машинострое ние, 1981.
Глава 12
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
НА РАЗЛИЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ
ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
12.1. Анализ современных оценок пооперационных изменений показателей точности зубчатых колес в процессе обработки
Основными методами отделки зубчатого венца цилиндрических колес после зубонарезания, а также после термообработки, широко используемыми во всех типах производ ства, являются шевингование, зубохонингование, зубообкатка и зубошлифоваиие. Вопро сам обеспечения точности колес на указанных операциях и при термообработке посвяще но достаточно много работ.
Шевингование применяется в настоящее время для отделки примерно 70% исполь зуемых в общем машиностроении цилиндрических зубчатых колес [1]. Несмотря на то что в последние годы разработаны новые методы отделки цилиндрических зубчатых ко лес, шевингование остается наиболее распространенным и весьма перспективным мето дом, что подтверждается отечественным и зарубежным опытом.
В процессе шевингования отсутствует жесткая кинематическая связь между инстру ментом и обрабатываемым колесом. Поэтому, хотя многие исходные погрешности пара метров зубьев в процессе шевингования и значительно уменьшаются, окончательно они устранены быть не могут. По этой же причине на достигаемую в результате шевингования точность большинства параметров зубчатых колес наряду с другими в значительной мере влияют исходные погрешности этих параметров.
Точностная эффективность шевингования зависит от большого числа факторов, кото рые можно разбить на две основные группы: 1) факторы, связанные с обработкой заготов ки и предварительным нарезанием зубьев под шевингование (физико-механические свой ства материала, точность базовых поверхностей заготовки, вид и точность предваритель ной зубообработки, форма и величина припуска под шевингование и т. п.); 2) факторы, связанные с самим процессом шевингования зубьев, оборудованием и инструментом (схе ма процесса шевингования, геометрическая точность и жесткость станка, конструкция и геометрические параметры шевера, режимы резания при шевинговании и т. п.).
Исследования влияния различных факторов, отнесенных ко второй группе, выполне ны в работах Н. Г. Ананьева, М. Г. Априо, В. Д. Клепикова, И. А. Копфа, В. С. Кузоватова, Г. Н. Листа, Ф. Л. Литвинова, У. Новак, М. Д. Пекарского, М. С. Полоцкого, О. Рогг, В. Ф. Романова, А. Сайкс, Г. Н. Сахарова, И. И. Семенченко, К. Сиоя, А. А. Симонова,