книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

рациях обработки зубчатых колес (см. гл. 14,15) сотрудниками БГПА были разработаны для М инского завода шестерен (М ЗШ ) стандарты предприятий:

1.СТП 930-1381-91. Выбор и обеспечение основных показателей точности цилинд­ рических зубчатых колес на различных операциях их изготовления.

2.СТП 930-1379-90. Выбор и обеспечение основных характеристик качества поверх­ ности зубьев цилиндрических зубчатых колес на различных операциях их обработки.

Используя указанные результаты исследований и СТП, был подготовлен на языке Фортран-lV комплекс программ для PC по проектированию и отладке технологических процессов обработки цилиндрических зубчатых колес с т = 3,5-6,3 мм, делительным диа­ метром до 400 мм, 5-12 степеней точности по ГОСТ 1643-81. С помощью этих программ решаются следующие задачи:

1.Программа tab.exe - выбор требований к параметрам качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес на различных операциях их изготовления исходя из тре­ буемого качества поверхности зубьев готовых колес.

2.Программа tab.l.exe - выбор режимов зубофрезерования, обеспечивающих тре­ буемые после зубофрезерования значения параметров качества поверхности зубьев.

3.Программа btp-for - выбор требований к показателям точности зубьев (F ", f"r, fj^) цилиндрических шестерен на различных операциях их обработки с учетом требований к этим показателям для готового колеса и особенностей его конструкции.

4.Программы dzd-for, ptp-for, ood -for- выбор требований к точности базовых загото­ вок шестерен перед зубонарезанием, обеспечивающим необходимую точность зубьев по­ сле зубонарезания. Первая программа выполняет расчет на основе табличных рекоменда­ ций, вторая - по эмпирическим зависимостям для широкого круга условий обработки, третья - по эмпирическим зависимостям, полученным для данных условий обработки.

5.Программа pbt-for - выбор требований к точности базовых поверхностей заготовок цилиндрических шестерен на различных операциях обработки этих поверхностей с уче­ том требований к их точности перед зубонарезанием и в готовом колесе.

Кроме того, разработаны программы для PC, позволяющие выполнить расчет стати­ стических характеристик выборки {shv.exe), сопоставить эмпирическое распределение с теоретическими (нормальным, Релея, модуля разности - Nz.exe, Relei.exe, MR.exé), рассчи­ тать статистические характеристики пооперационного изменения параметров качества {STAT), рассчитать коэффициенты трех видов уравнения регрессии, описывающего по­ операционное изменение параметра качества, и оценить его адекватность (RUR), рассчи­ тать характеристики линейной (RZ) и нелинейной {КТ) зависимости параметра качества детали от двух технологических факторов по результатам спланированного эксперимента.

Эти программы и рекомендации были переданы М ЗШ и некоторым другим предпри­ ятиям и использовались при проектировании и отладке процессов изготовления цилинд­ рических шестерен. Опыт практического применения этих программ и рекомендаций по­ казал, что они позволяют повысить точность и качество поверхностен зубьев готовых ко­ лес на 20-40% или на 1-2 степени по ГОСТ 1643-81, уменьшить брак на 30-50% , уменьшить расходы на промежуточных операциях на 10-15%. В настоящее время эти программы совершенствуются, перерабатываются для использования их в ОС Windows.

Минский проектный конструкторско-технологический институт (М П К Т И ). С се­ редины 80-х годов до начала 90-х в МПКТИ велись работы по созданию САПР проекти­ рования технологии изготовления цилиндрических шестерен тракторов и сельхозма­ шин. Был разработан комплекс программ на языке Бейсик для ЭВМ серин ЕС. Система содержала базу данных о типовых процессах обработки различных типов шестерен, обо­ рудовании, оснастке, режимах резания, технико-экономических показателях процессов обработки. Характерным для системы был модульный принцип ее построения, когда

технолог мог в режиме диалога с компьютером проектировать отдельные этапы обработ­ ки шестерен (токарной, зубообработки, термической, отделочной), реш ать различные задачи на каждом этапе проектирования (выбирать марш рут обработки, оборудование, оснастку, рассчитывать операционные размеры, режимы резания и нормы времени на обработку, а также оценивать операционные расходы, печатать технологическую доку­ ментацию). Такая структура системы позволяла облегчить ее дальнейш ее развитие. По­ требитель мог постоянно дополнять базу данных системы новой информацией. Система некоторое время использовалась в М ПКТИ . После прекращения применения ЕС ЭВМ она прекратила свое существование.

Литература

1.Бойцов В. В. Научные основы комплексной стандартизации технологической подготовки произ­ водства. М.: Машиностроение, 1982.

2.Авсрченков В. И., Каштальяп И. А., Пархутик А. П. САПР технологических процессов, приспособ­ лений и режущих инструментов: Учсбн. пособие для вузов. Мп.: Высшая школа, 1993.

3.Горанский Г. К., Бсндсрсва Э. И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизиро­ ванных системах подготовки производства. М.: Машиностроение, 1981.

4.Айзерман М. А., Малишсвский А. В. Некоторые аспекты общей теории выбора лучших вариантов

// Автоматика и телемеханика. 1981. № 2.

5.Кузин Л. Г. Основы кибернетики. Т. 2. Основы кибернетических моделей. М.: Энергия, 1979.

6.Батищев Д. И. Диалоговая оптимизация / / Современное состояние исследований операций / Под рсд. H. Н. Моисеева. М.: Наука, 1979.

7.Горанский Г. К. и др. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под рсд. Г. К. Горапского. М.: Машиностроение, 1976.

8.Методика формализованного представления конструкторской и технологической информации. М.: Издательство стандартов, 1937.

9.Горанский Г. К. Система кодирования информации при машиностроительном проектировании / / Вычислительная техника в машиностроении. Мн.: НТК АН БССР, 1965.

10.Классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции. М.: Издательство стандартов, 1976.

11.Грсшилов А. А. Как принять паилучшсс решение в реальных условиях. М.: Радио и связь, 1991.

12.Изгонии И. Комплексная система технологического проектирования или стиль ИНТЕРМЕХ / / САПР и графика. 1999. № 8.

13.Мазурин А. Об умных станках / / САПР и графика. 19Э9. № 1.

14.Васильев С., Ушкевич В., Кузьмин В., Мазурин А. СИТЕП: инвариантная система технологическо­ го проектирования / / САПР и графика. 2000. № 7.

15.Андриченко А. Универсальный редактор технологий / / САПР и графика. 2000. № 6.

16.Бахин Е. Что показывает КОМПАС па российской карте САПР / / САПР и графика. 1998. № 9.

17.Голиков А. В., Молочник В. И. КОМПАС - КОМПлекс Автоматизированных Систем для конст­ рукторско-технологического проектирования / / Машиностроитель. 1992. № 8.

Глава 19

АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОИЗВОДСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

9.1.Общие положения

Комплексная автоматизация характеризуется применением автоматических линий, на которых производятся все технологические операции по обработке, транспортировке и контролю деталей. Такие линии, как правило, уникальны, создаются специально для кон­ кретной детали, имеют транспортную связь между всеми станками линии, трудоемки в изготовлении и запуске, отличаются высокой стоимостью.

Комбинированная автоматизация характеризуется использованием отдельных станков-автоматов (зубофрезерные, шевинговальные, зубодолбежные, протяжные, ш лифовальные и т. д.), «коротких» автоматических линий, выполняющ их однотип­ ные технологические операции (токарная обработка, шлифование шеек и торцов и т. д.) в сочетании с полуавтоматическим серийным оборудованием, агрегатными и специ­ альными станками. Подобные линии имеют гибкую связь между станками и участка­ ми, механизированный транспорт (конвейеры, рольганги, лотки), могут быстро пере­ налаживаться на обработку деталей другого наименования. Благодаря использова­ нию серийного оборудования, типовых загрузочных устройств и гибкого межопера­ ционного транспорта стоимость их намного ниже, чем комплексных автоматических линий.

Реш ение проблемы автоматизации производства зубчаты х колес затруднено вследствие того, что для получения одного зубчатого колеса требуется выполнить большое количество различных технологических операций, таких как обточка, зубофрезерование, зубодолбление, снятие заусенцев, ш евингование, закалка, ш лиф ова­ ние. Д ля каждой из них нужны специальное положение и способ крепления изделия. Поэтому перед определением системы автоматизации необходимо проверить, нельзя ли упростить процесс изготовления или изменить конструкцию изделия.

Вкаждом конкретном случае автоматизации технологического процесса требует­ ся комплексный анализ объекта автоматизации (группы станков, линии, участка, це­ ха и т. д.) для выбора наиболее целесообразных схем и конструктивных элементов. При этом необходимо учитывать приспособленность оборудования, тип (характер) производства, конструктивные и технологические параметры изделий (форма, разм е­ ры, масса и т. д.).

Взубообработке уже намечается тенденция к оснащению как можно больш его ко­ личества станков системами автоматической загрузки для обеспечения многостаноч­ ного обслуживания, что позволит обходиться без обслуживающ его персонала.

Наиболее рациональными конструкциями загрузочных устройств к зубообрабаты­ вающим станкам являются дисковые и цепные магазины, грейферные устройства.

Рис. 19.2. Цепной магазин

Д исковы е м агазины (рис. 19.1) можно применять к станкам разного назначения. Они позволяют автоматизировать цикл обра­ ботки, могут служ ить накопителям и, хотя обычно небольшой емкости. Часто дисковые магазины используются при зубодолбежных и зубофрезерных станках.

Обычные дисковые магазины рассчитаны на загрузку в них изделий диаметром до 300 мм.

Цепные магазины (рис. 19.2) удобны в тех случаях, когда цепь располагается в рабочей

Рис. 19.1. Дисковый магазин

зоне и не требуется ее увеличения. Цеп­ ные магазины имеют довольно большую емкость и могут одновременно служить накопителям и (или буферными стан­ циями в автоматических линиях). У по­ точной линии, обслуживаемой цепным магазином, есть дисковый питатель, вы­ полняющий только транспортные функ­ ции. О сновны м недостатком цепных магазинов является неустойчивое поло­ ж ение перемещ аемых деталей в про­ странстве.

Грейферные устройства (рис. 19.3) выполняют загрузочно-разгрузочные опе­ рации. Эти устройства универсальны, легко переналаживаются на различные детали и поэтому широко используются в мелкосерийном производстве. Цанги грейферного устройства быстросменные. При его переналадке меняют цанги, ве-

личину хода поворотного рычага и вертикального перемещения колонки. Устройство лег­ ко встраивается в автоматические линии.

Транспортирование большинства конструкций зубчатых колес осуществляется при вертикальном положении их осей. Если зубчатые колеса имеют цапфы или шейки, то мо­ гут использоваться приспособления-спутники со специальными опорами. Длинные валы обычно перемещаются в подвешенном состоянии. Некоторые зубчатые колеса перекаты­ ваются по направляющим желобам или рельсам.

При автоматизации зубообработки наибольшее распространение получили два вида межоперационного транспорта. Для зубчатых колес применяется гравитационный транс­ порт, для валов и других деталей сложной формы и большего веса — транспорт с привод­ ными фрикционными роликами с палетами и без них.

На гравитационном транспорте детали перемещаются под действием силы тяжести по наклонным желобам. Предельная их масса — 10 кг. Имеются две конструктивные раз­ новидности желобов: с рельсами (рис. 19.4, а) и подшипниками качения (рис. 19.4, б). Гравитационный межоперационный транспорт с палетами предназначен для транспор­ тирования деталей сложной формы. Палеты состоят из карманов, соответствующих по форме деталям, и несущей плиты, перемещающейся с помощью плотно прилегающих роликов по ленточному рельсу в любом направлении. Гравитационная система транс­ портирования обладает большой гибкостью, ее легко можно приспособить к условиям производства.

Транспорт с приводными фрикционными роликами (рис. 19.5) перемещает заготовки независимо от такта работы оборудования.

При автоматизации производства зубчатых колес в качестве загрузочно-разгрузоч­ ных устройств (табл. 19.1) широко применяются портальные и одноцелевые загрузчики, манипуляторы и роботы.

С целью эффективного применения коротких автоматических линий предлагается разделение технологического процесса изготовления зубчатого колеса на группы опера­ ций, объединяемых общим принципом обработки, базирования и транспортирования.

Ориентировочно технологический процесс зубообработки можно разделить на сле­ дующие группы операций:

— получение заготовки под зубонарезание (токарная, протяжная, алмазно-расточная, хонинговальная);

Рис. 19 .6 . Механизированная смена червячной фрезы: а — рабочее положение фрезы; б — про­ межуточное раскрепление фрезы; в — окончательное раскрепление фрезы

ванном виде, отпадает необходимость в использовании специальных опознающих и ори­ ентирующих устройств. Система позволяет с применением некоторых элементов перена­ ладки обрабатывать различные наименования деталей, в связи с чем пригодна как для мелкосерийного, так и массового производства.

Важным элементом в автоматизации производства зубчатых колес является создание систем автоматической замены инструмента.

На рис. 19.6 представлена схема механизированной замены червячной фрезы. В рабо­ чем положении (рис. 19.6, а) фреза 5 закреплена в левом суппорте 1 и правом 3 цангами 4 и 7. Для раскрепления фрезы дается команда на раскрытие цанги 4 и перемещение штока гидроцилиндра 2 влево. После перемещения фрезы до упоров 6 (рис. 19.6, б) дается ко­ манда на раскрытие цанги 7. Левый суппорт 1 продолжает перемещаться влево и полно­ стью освобождает фрезу (рис. 19.6, в). Время на ее замену при ручном цикле управления составляет 1,5 мин.

19.2. Зубообрабатывающие станки

исредства контроля с ЧПУ

Вотличие от обычных, в станках с ЧПУ для обработки зубчатых колес кинематиче­ ские цепи заменены электрическими связями и индивидуальными приводами, управляе­ мыми ПК. В программу ПК вводятся исходные данные для обработки зубчатого колеса; число зубьев, углы наклона, припуски, режимы и др. При наладке зубообрабатывающего станка с ЧПУ отпадает необходимость в ручной установке сменных колес, межосевого расстояния, углов наклона инструментальных суппортов, упоров и т. д. Таким образом,

728 Глава 19

сокращается время наладки станка. Кроме того, станки с ЧП У позволяют применять оп­ тимальные режимы резания на врезании и выходе инструмента, совмещ ать черновую и чистовую обработку, что дает возможность более производительно нарезать зубчатые ко­ леса и рационально использовать инструмент.

Как правило, зубообрабатывающне станки с ЧП У имеют централизованные систе­ мы — смазки, охлаждения и очистки СОЖ , удаления стружки. Предусматривается работа в автоматическом цикле в комплексе с манипулятором или роботом или встройка в авто­ матические линии, а в необходимых случаях — системы диагностики затупления инстру­ мента и основных узлов станка.

Растущие требования к комфортности современных автомобилей и других транс­ портных средств предъявляют к изготовителям зубчатых передач требования по малошумности их работы. Требования по снижению металлоемкости передач связаны с необ­ ходимостью применения новых конструкций зубчатых передач повышенной точности (например, планетарных). Увеличение количества типоразмеров зубчатых колес приво­ дит к необходимости иметь гибкие быстропереналаживаемые средства их изготовления.

На основе вышеприведенных требований происходит совершенствование современ­ ных технологических процессов изготовления зубчатых колес и соответственно создание современного зубообрабатывающего оборудования.

Следует отметить принципиальное различие в организации изготовления зубчатых передач за рубежом и в странах СНГ и вытекающие из этого различия особенности техно­ логии изготовления зубчатых колес. За рубежом массовые узлы с зубчатыми колесами (коробки передач, задние мосты) изготавливаются на специализированных фирмах (на­ пример, ZFFriedrichshafen), которые занимаются совершенствованием конструкции и тех­ нологии изготовления этих узлов и обеспечивают высокое качество узла в целом. Произ­ водством зубчатых колес малых серий занимаются также специализированные фирмы (например, Zahnradfabrik Hànet), но обеспечивают высокое качество отдельных зубчатых колес.

19 .2.1. Зубообрабатывающие станки с ЧПУ для цилиндрических зубчатых колес

Можно отметить основные особенности технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес за рубежом [1]:

—на основных операциях изготовления зубчатых колес (точение, зубонарезание, зубошлифование) используются только станки с ЧПУ;

—применение станков с ЧП У привело к сокращению количества операций при изго­ товлении зубчатых колес, например:

—токарная заготовка зубчатого колеса обрабатывается окончательно с высокой точ­ ностью базового отверстия и базового торца (до 0,01 мм) на токарном обрабатывающем центре с ЧП У (типа MAZAK);

—зубонарезание с окончательной высокой точностью (5 -6 квалитет по DIN) выпол­

няется на зубофрезерном или зубодолбежном станке с ЧП У инструментами класса точно­ сти А и АА;

— подбор марок сталей и их термическая обработка выполняются с минимальными искажениями формы зубчатого колеса (овальность), а изменения размера зубчатого колеса учитываются внесением поправок в размеры зубчатого венца до термической обра­ ботки;