Введение Общая часть

2.1.Показатели точности зубчатых колес.
Допуски для цилиндрических зубчатых передач модулем m ≥ 1 мм определяются ГОСТ 1643-81, а для мелкомодульных зубчатых передач модулем m < 1 мм – ГОСТ 9178-81. Допуски для конических зубчатых передач средних модулей и мелкомодульных определяются соответственно ГОСТ 1758-81 и ГОСТ 9368-81. Допуски для цилиндрических червячных передач указанных модулей определяются соответственно ГОСТ 3775-81 и ГОСТ 9774-81. Допуски на изготовление цилиндрических зубчатых передач по ГОСТ 1643-81 распространяются на эвольвентные цилиндрические передачи внешнего и внутреннего зацепления с делительным диаметром до 6300 мм, шириной венца не свыше 1250 мм, модулем от 1 до 56 мм. Установлены 12 степеней точности зубчатых колес и передач, причем степени 1 и 2 допусками не регламентируются. Для каждой степени определенны нормы кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев. Их можно комбинировать с учетом предусмотренных стандартом правил. Так, нормы плавности работы могут быть не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее норм кинематической точности; Нормы контакта зубьев могут назначаться любой степени, более точной, чем нормы плавности работы. Во избежание заклинивания зубьев в зацеплении должен быть определен гарантированный боковой зазор, регламентируемый одним из шести видов сопряжений (Н – нулевой, F – весьма малый, D – малый, C – уменьшенный, В – нормальный, А – увеличенный зазоры). Кроме вида сопряжения выбирают допуск на боковой зазор из предусмотренных стандартами и обозначаемых в порядке возрастания его величины буквами h, d, c, b, a, z, y, x. Обычно сопряжениям H и F соответствует допуск на боковой зазор h, a D, C, B, A – d, c, b, a. Однако можно изменять виды допуска, используя при этом z, y, x.
Одной из актуальнейших проблем зубчатых передач является создание основ управления качеством зубчатых колес, обеспечение их надежности и долговечности. Решение этой задачи основано на тщательном изучении и использовании взаимосвязи конструкторских и технологических факторов с эксплуатационными показателями зубчатых колес и передач. Особое внимание должно быть уделено управлению технологическими процессами изготовления зубчатых колес, обеспечению заданных показателей точности сопряжения и приданию рабочим поверхностям зубьев необходимых физико-механических свойств.
Важно отметить, что вопросы формирования технологического процесса, а комплексно для всего технологического процесса в целом с учетом проявления технологической надежности на всех этапах производства и в эксплуатации зубчатых передач. Под технологической наследственностью следует понимать явление изменения эксплуатационных показателей зубчатых колес под влиянием технологии изготовления, когда отдельные характеристики и свойства обрабатываемой заготовки переходят от одной операции к другой, и конечные показатели качества зубчатого колеса оказываются наследственными от предыдущих операций. К таким показателям качества относятся: структурная наследственность, направление волокон в заготовке, микроструктура, внутренние напряжение, шероховатость поверхностей зубьев, дефекты зубошлифования – прижоги, микротрещины и др. Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, поверхностью твердостью и износостойкостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляются преимущественно из углеродистых и легированных сталей с термической или химико-термической их обработкой. Материал заготовки предопределяет многие выходные параметры качества зубчатого колеса, которые остаются на всех операциях и переходят на готовую деталь. Поэтому при выборе материала для зубчатых колес ответственного назначение учитывают не только химически состав и механические свойства стали, но принимают еще во внимание прокаливаемость, наследственную величину зерна, селектирование по содержанию углерода, обрабатываемость режущими инструментами, склонность к деформации при термической обработке и другие металлургические факторы, связанные с проявлением технологической наследственности. Химический состав стали обуславливается ее твердость, прокаливаемость, размеры зерен, склонность к деформации при термической обработке, усталостную и контактную прочность. Ударная вязкость стали повышается при введении никеля, молибдена, ванадия, кремния и снижается при добавлении хрома и марганца. Легирование стали хромом и марганцем обеспечивает высокую твердость и прочность, титаном и цирконием – уменьшает склонность к росту зерна при перегреве. Молибден, бор и ванадий повышают прокаливаемость стали, кремний – прочность и упругость, никель и марганец – содержание остаточного аустенита в цементованном и нитроцементованном слое. Обрабатываемость стали зависит от ее химического состава и механических свойств. Чем она тверже, тем хуже обрабатывается. При введении большинства легирующих элементов обрабатываемость стали ухудшается, исключение составляет свинец. Стали с малым содержанием углерода имеют повышенную вязкость и поэтому хуже обрабатываются (вследствие значительной шероховатости поверхности). Кроме того, обращают внимание на особенности производства стали, так как в зависимости от способа производства при одном и том же химическом составе сталь обладает различными физико–механическими свойствами. Стали, полученные вакуумированием, рафинированием синтетическом шлаком и электрошлаковым переплавом отличаются более высокими прочностными свойствами вдоль и поперек прокатки, так как не загрязнены шлаками и газовыми включениями. При электрошлаковом переплаве вредное содержание серы понижается на одну треть, окислы переходят в шлак, а ценные легирующие добавки не выгорают. Плавочные характеристики стали и качество применяемых заготовок (штамповок) для изготовления зубчатых колес оказывают существенное влияние на обрабатываемость режущими инструментами и деформации зубчатого венца на всех стадиях термической и химико-термической обработки. Чтобы отклонения профиля зубьев и другие допуски при деформации зубчатого венца изменялись стабильно и не выходили за пределы допустимых погрешностей, применяют стали определенной прокаливаемости и наследственно малозернистые. На прокаливаемость стали наибольшее влияние оказывает химический состав, величина наследственного зерна, условия нагрева и охлаждения. В связи с этим в технических условиях оговаривают поставку стали по зернистости и строго регламентированной прокаливаемости. Очень важно также применение сталей с более узкими пределами содержания углерода и легирующих элементов. Так как сталь при одном и том же химическом составе имеет различную прокаливаемость, каждую плавку испытывают на прокаливаемость. При выборе стали для шлифуемых зубчатых колес учитывают теплостойкость стали: чем она ниже, тем сталь более склонна к образованию шлифовочных прижогов и трещин. О склонности стали к дефектам при шлифовании можно судить по ее температуре отпуска, которая должна быть повышенной (более 200°С). Следует также учитывать, что в легированных сталях склонность к трещинообразованию при зубошлифовании особенно увеличивается с увеличением содержанием хрома. В ответственных случаях для обеспечения требуемого качества поверхностей зубьев, подвергаемых шлифованию после химико-термической обработки, производится отбор плавок по результатом дилаторметрического контроля. В табл. 3.1 даны характеристики марок сталей, используемых при производстве зубчатых колес. Способ получения заготовок зубчатых колес оказывает большое влияние на служебные свойства последних, технологию их изготовления и расход металла. При изготовлении малонагруженных зубчатых колес диаметром до 5060 мм штучные заготовки экономично отрезать от калиброванного прута; при больших размерах изготовление заготовок из прутка становится неэкономичным из-за увеличения отходов металла и стоимости изготовления. В этом случае образование формы зубчатого колеса – высадка диафрагмы и ступицы, прошивка отверстия – производится горячей механической обработкой – штамповкой или свободной ковкой.


3.Основы структурно-технологического моделирования
Структурно – технологического модулирования (СТМ) представляет собой систему коррелированных не математических формул, схем и циклограмм, содержащих необходимую и достаточную информацию о структуре, технологических возможностях, точности, сложности формообразующих движений, сервисных устройствах и системе управления технологическое оборудование.
Основная концепция метода СТМ – активизация процесса творческого освоение сокращениям трудоёмкости и наглядности изучаемого объекта. Язык описания и метод СТМ может использоваться в изучениях дисциплин таких, как «Основы технология машиностроение» и «Технология машиностроение (спец часть)», «Технологическое оборудование автоматизированного производства», «Технологическое оборудование гибких производственных систем с ЧПУ» и др.
СТМ состоит из формулы и схем. Созданный метод позволил возможность построения алгоритма проектирования, позволяющего создавать информационный образ технологического оборудования совмещающая разработкой технологического процесса изготовления детали.
Для решения этих задач рекомендовал профессор Г. Н. Молчанов метод конструирования искусственный язык описания структурно – технологических моделей технологических оборудования и их систем.
Структурно – технологическая модель-это информационно-логическая система взаимосвязанных формул и схем, идентифицирующих образ реальных
технологических оборудования и их систем.
Модель содержит :
- принцип действия «Д»;
- концепция конструкции «П»;
- технологическая возможность (вход «1», выход «0»);
- кинематика;
- приводы;
- сервисные устройства.
Таким образом, СТМ соответствует проектной части модели проектирование и конструирования технологических средств при системном подходе [20, Прохоров А.Ф. Конструктор и ЭВМ- М.: Машиностроение,1987,272 с.].
К сервисным относятся устройства: автоматическая смена инструмента и заготовок, диагностика, контроля, автооператора, робота и т.д., т.е. устройства созданных для исключения труд человека в производственных процессах.
4.Состав языка описания СТМ
Все языковые конструкции СТМ могут быть выражены с помощью основных и специальных символов, условных графических обозначений и схем.
Основных символов состоит из прописные и строчные буквы латинского и русского алфавитов и десятичные цифры, а также некоторые буквы греческого алфавита и десятичные цифры.
Специальных - символы алгебры, логики, программирование, автоматики, а также металингвистические знаки и ряд специально разработанных таблиц.
Условно принятые графические обозначения, предусмотренные стандартами для кинематических, гидравлических и других схем. Часть принятых условных графических изображение разработана специально для СТМ, чтобы они адекватно отражали рассматриваемых объект. При их разработке максимально использованы рекомендации ISO и действующие стандарты на обозначения координатных осей и их положительные направлений для технологическое оборудование с ЧПУ.

4.1.Координатно-технологическая схема технологического оборудования с числовым программным управлением

Координатно-технологической схемой (КТС) технологического оборудования (ТО) с числовыми программными управлениям (ЧПУ) называется условное плоское изображение, которое даёт приставление о технологическом назначении, составе, взаимосвязи, положительном направлении координат всех рабочих и исполнительных органов (подвижных блоков - Н_П) ТО связи их со станиной (не подвижным блоком - П_Б).
КТС, СТФ, ФМС и ККТС дают полную информацию о ТО и его технологических возможностях и облегчают изучение заранее неизвестных ТО.
Методика формализации на использовании КТС, СТФ, ФМС и ККТС обеспечивает формирование абстрагированного обобщенного подхода к изучению, анализу и синтезу новых ТО и переход на систему автоматизированного проектированию (САПР).
КТС приставляет собой изображение технологической схемы обработки (обрабатываемой детали- представителя и характерного инструмента), замкнутой координатными векторами, отображающими формообразующие и вспомогательные движения рабочих и исполнительных органов - Н_П и станины-П_Б. в некоторых случаях с формообразующими включается блоки установочных движений, например, в КТС консольного вертикально-фрезерного станка. На КТС обозначается все формообразующие и вспомогательные (установочные, делительные и др.) движения.
Особенностью КТС является изображение многомерного объекта как плоского предмета, что достигается разработкой и использованием в КТС условных обозначений. Этим обозначениям КТС трёх- и более координатных ТО получаются простыми по начертанию.
КТС могут строиться по виду ТО спереди, сверху, слева или справа. В отличие от вида ТО, который приставляет изображение обращенной к наблюдателю видимой части предмета, КТС приставляет собой условное изображение обрабатываемой детали, инструмента и всех формообразующих и вспомогательных блоков.
КТС токарных станков строится преимущественно по виду сверху КТСв, сверлильных и фрезерных станков – по виду спереди КТСгл, т.е. главный вид,
слева или справа, т.е. КТСл или КТСп, многооперационных станков – по виду спереди, сверху, слева или справа.
Выбор вида для построения КТС следует производить, исходя из критерия максимальной информативности и простоты изображения. Критерия трудоемкости построения КТС может не учитываться из-за незначительности затрачиваемого на это время. При проектировании специализированных станков основой для построения КТС является чертеж обрабатываемой детали – представителя с нанесёнными на нем координатными осями и технологический процесс.
На КТС положительные направления координат подвижных блоков, несущий инструмент, обозначает прописными буквами Х, У, Z, U, V, W, P, Q, R, a подвижных блоков, несущих заготовок,-тем же буквами, но со штрихом (Хꞌ, Уꞌ, Zꞌ и др.). Согласно рекомендациям ISO R841 положительные направления, обозначенные одной и той же буквой, во одном случае со штрихом, в другом без штриха – противоположны. На КТС координатные оси вспомогательных перемещений обозначается теми же буквами, но строчными (x, y, z, u, v, ω, p, q, r).
Повороты относительно оси X, Y, Z обозначают буквами А, В, С для формообразующих и а, в, с – для установочных. Для обеспечения поворота около соответствующих осей остаётся в резерве буквы D, E, d, e.
Таким образом, прописными буквами обозначаются формообразующие движения, выполняемые по программе, строчными – установочные, делительные и другие вспомогательные движения. Исключениям является обозначение автоматического делительного поворота стола ТО, поворота револьверной шпиндельной – инструментальной головки, резцедержателя, инструментального магазина для автоматического поиска и смены инструмента. Положительное направление движения подвижных (Н_П) блоков, перпендикулярное к плоскости рисунка, обозначается на КТС кружком с точкой в центре, если оно направлено к нам, и кружком с крестиком внутри, оно направлено от нас.
5.Методика построение КТС ТО с ЧПУ
Целесообразность построения КТС возникает при изучении существующих ТО и при проектировании новых, т.е. при создания новых оборудования.
При изучении существующих ТО (станков) построению КТС присматривается:
- ознакомление с компоновкой и технологическом назначениям ТО;
- выявление всех формообразующих, вспомогательных движений и привязка их к правой системе прямоугольных координат;
- определение положительных направлений движения рабочих и вспомогательных органов ТО.
Построение КТС начинается с выбора вида: КТС в, КТС л, КТС п, КТС гл. При этом особое внимание уделяется на простоту и наглядностью КТС. Затем изображают упрощенный технологический эскиз – обрабатываемую деталь и инструмент. Заготовку условно закрепляют крестиком на координатной оси, отображающей подвижной блок, несущий заготовку или Н_Б- стол, а инструмент- в шпинделе (фрезерных и т. п. ТО) или резцовой головке (токарных и т. п. ТО). После этого производят замыкание блоков, несущих заготовку и инструмент, последовательно сопряжением координатных осей, отображающих промежуточные подвижные блоки и станины в комплексе с основанием, стойкой и т. п., составляющий неподвижный блок. На координатных осях (подвижных блоках) обозначают их положительные направления и направления вращения в соответствии с изложенными ранее рекомендациями. Станину в комплексе с другими неподвижными блоками обозначает Н_П . На КТС изображают наиболее сложный из допустимых для обработки на рассматриваемом ТО контур детали.
При проектировании нового ТО возможно построение КТС на этапе разработки технологического процесса и программирования обработки детали-представителя, для которой создаётся ТО. После того технолог-программист на чертеже детали- представителя проведет координатные оси, выберет инструмент и построит траектория движения инструмента относительно обрабатываемой детали, осуществляется построение КТС. И в этом случае оно начинается с выбора вида и изображения обрабатываемой детали в контакте с инструментом. Далее построения КТС по изложенной методике выше.

КТС в патронно-центрового токарного ТО. Схема построена по виду сверху с использованием условных обозначений НП.6, ПБ.2, ПБ.5. Из КТС видно, что ТО предназначен для обработки детали 1 типа тел вращения сложной формы. Деталь может быть зажата в патроне 2 и поджата центром задней бабки 4.

Продольный суппорт Z перемещается по горизонтальным направляющим станины, на что указывает отсутствие индекса угла при Х. По направляющим продольного суппорта перемещается поперечные салазки Х, на которых сзади расположен резцедержатель 3 для подрезных и отрезных резцов , а спереди- поворотный круг 5 с направляющими для верхнего суппорта.

Рис.4.6. КТС_В токарного ТО: 1-деталь; 2- патрон; 3- резцедержатель; 4- центр задней бабки; 5-поворотный круг; 6- резцедержатель.
вручную (по стрелке «в») резцедержка 6. Строчными буквами обозначены: е-поворот верхнего суппорта, ω- перемещение верхнего суппорта, r –установочное перемещение задней бабки, Сh- главное движение- вращение заготовки с горизонтальным (h) шпинделем. Подобная КТС охватывает большую части токарных группу ТО.