ВАТ „Український науково-дослідний інститут авіаційної технології”

балушок костянтин броніславович

УДК 621.990:681.3

забезпечення точності та прискореної технологічної підготовки виробництва деталей гтд із зубчастими вінцями на основі комп’ютерного моделювання

Спеціальність: 05.07.04 –

технологія виробництва літальних апаратів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2003

Дисертацєю є рукопис.

Робота виконана у Відкритому акціонерному товаристві „Мотор Січ” Міністерства промислової політики України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, доцент

Качан Олексій Якович, ВАТ “Мотор Січ”, м. Запоріжжя, заступник начальника управління головного технолога – начальник відділу прогресивних технологій

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Равська Наталія Сергіївна, Національний технічний університет України “КПІ”, м. Київ, завідувач кафедри інструментального виробництва Механіко-машинобудівного інституту

доктор технічних наук, професор

Борисевич Володимир Карпович, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського “ХАІ”, м. Харків, директор Міжнародного інституту нових технологій

Провідна установа: | ДП Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування, Міністерства промислової політики України, м. Харків, науково-технічний відділ

Захист відбудеться “22 ” травня 2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.839.01 у ВАТ „Український науково-дослідний інститут авіаційної технології” за адресою:

04080, Київ, вул. Фрунзе, 19-21

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ВАТ „Український науково-дослідний інститут авіаційної технології”

Автореферат розісланий “11” квітня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н. В.А. Тітов

Актуальність теми. Деталі ГТД із зубчастими вінцями є одними з найбільш відповідальних і важко навантажених деталей, що визначають надійність, ресурс і безпеку польотів літаків і вертольотів.

Більшість зубчастих вінців ГТД експлуатуються в умовах значних знакозмінних і циклічних навантажень при високих частотах обертання. Цим обумовлене застосування найдосконаліших конструктивних рішень і передових технологій їхнього виготовлення.

Забезпечення виконання зростаючих вимог до точності і надійності зубчастих вінців і скорочення термінів освоєння нових виробів вимагає застосування нових методів проведення технологічної підготовки виробництва. Зокрема, в даний час необхідною умовою забезпечення точності стає аналіз на етапі технологічної підготовки виробництва (ТПВ) процесів формоутворення зубчастої поверхні, що неможливо виконати в стислий термін наявними методами.

Більшість наукових досліджень, які присвячені проблемам підготовки виробництва деталей із зубчастими вінцями і забезпеченню точності їхнього виготовлення, відносяться до п'ятдесятих – вісімдесятих років минулого століття і не розкривають напрямків удосконалювання методів ТПВ і технологій виготовлення, що обумовлені якісним зростанням можливостей обчислювальної техніки, починаючи з 90-х років.

Тому, забезпечення точності виготовлення зубчастих вінців ГТД і технологічної підготовки виробництва із застосуванням методів комп'ютерного моделювання є важливим i актуальним науково-технічним завданням сучасного авіадвигунобудування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати дисертації автор отримав при виконанні цільових комплексних програм МАП, науково-технічних програм Міністерства машинобудування, ВПК і конверсії України: (“Розвиток авіаційного комплексу України до 2000 р.”, “Технологія-96”, “Наука-2000”), “Державної комплексної програми розвитку авіаційної промисловості України до 2010 р.” (Постанова Кабінету Міністрів України від 12.12.2001 року № 1665-25), Галузевої науково-технічної програми “Продукція авіаційної промисловості”, а також програми створення в ВАТ “Мотор Сiч” САПР/АСТПВ “Зубообробка”.

У дисертації узагальнений більш ніж п'ятирічний досвід роботи автора в розробці прогресивних методів забезпечення точності деталей ГТД із зубчастими вінцями і скорочення термінів ТПВ.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є забезпечення точності виготовлення і скорочення термінів технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями на основі математичного і комп'ютерного моделювання.

Задачі досліджень:

· Класифікація деталей ГТД із зубчастими вінцями, визначення особливостей їхніх конструкцій і технологій виготовлення, класифікація зубообробного інструмента, який застосовується в двигунобудуваннi, і проведення аналізу впливу виробничих факторів на показники точності зубчастих коліс.

· Розробка математичних моделей черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв, які призначені для обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

· Розробка математичних моделей процесів обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД для аналізу придатності інструмента.

· Експериментальне дослідження точності й адекватності розроблених моделей.

· Розробка методик чисельної оцінки впливу методу проектування і технології виготовлення зуборізного інструмента на точність його виробляючих поверхонь і геометричні параметри зубчастого вінця деталі.

· Розробка, експериментальна апробація і впровадження у виробництво методик автоматизованого контролю формотворних поверхонь зуборізного інструмента на основі електронних еталонів.

· Розробка, експериментальне дослідження і впровадження у виробництво нового технологічного процесу виготовлення високоточних зуборізних довбякiв для обробки неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

· Розробка, експериментальна апробація і впровадження у виробництво методик автоматизованого контролю відхилень зубчастих вінців деталей ГТД на основі електронних еталонів профілю.

Об'єкт дослідження. Циліндричні зубчасті вінці деталей ГТД і технологічні операції їхнього формоутворення.

Предметом дослідження було встановлення закономірностей впливу відхилень виробляючих поверхонь зуборізного інструменту, які викликані погрішностями методів його проектування і виготовлення, на точність профілю зубчастого вінця деталі, а також визначення впливу комп'ютерного моделювання на структуру технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями.

Методи досліджень. Виконані дослідження базуються на методах аналітичної і диференціальної геометрії, теорії зубчастих зачеплень, теорії механізмів і машин (стосовно до зубчастих зачеплень), теорії зуборізного інструмента, теорії алгоритмів і чисельних методів прикладної математики.

Достовірність розроблених методик чисельної оцінки погрішностей виробляючих поверхонь інструмента і відхилень поверхонь зубчастого вінця деталі, а також методик контролю точності по електронному еталону перевірені шляхом проведення експериментальної апробації методик та експериментальних досліджень точності розроблених комп'ютерних моделей.

Експериментальна частина досліджень виконувалася із використанням сучасної високоточної контрольно-вимірювальної апаратури.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Уперше, на підставі запропонованих нових наукових положень застосування об’ємного комп'ютерного моделювання у технологічній підготовці виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями та єдиного підходу до розробки математичних і комп'ютерних моделей профілів зубців деталей, процесів зубообробки і поверхонь обкатного інструменту, забезпечено: прискорену технологічну підготовку виробництва, високу точність формоутворення і контролю зубчастих вінців.

2. Розроблено математичні моделі обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД обкатним інструментом.

3. Розроблено математичні моделі черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв для обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

4. Показано можливість прогнозування величин відхилень поверхонь зубців обкатного інструменту які обумовлені погрішностями методів його проектування та виготовлення, а також їх вплив на точність профілю зубця деталі.

5. Запропоновано виконання контролю точності виготовлення зуборізного інструменту і зубчастого вінця деталі на основі електронних еталонів, взаємозв’язаних із моделями процесів обробки.

Практичне значення отриманих результатів.

1. На підставі отриманих наукових результатів створено програмне і методичне забезпечення комплексної автоматизованої системи “Зубообробка”, яка виконує в структурі ТПВ наступні функції:

- проектування та підбір зуборізного інструменту;

- аналіз придатності інструменту для обробки зубчастих вінців деталей ГТД;

- аналіз точності зуборізного інструменту;

- аналіз впливу точності інструменту на точність зубчастого вінця деталі;

- створення електронних еталонів для контролю точності зуборізного інструменту;

- створення електронних еталонів для контролю точності зубчастих вінців деталей ГТД;

- розрахунок траєкторії електродів для обробки зубчастих вінців зуборізних довбякiв методом електроерозiї;

- ведення баз даних (БД) деталей ГТД із зубчастими вінцями;

- ведення БД зуборізного інструмента, зв'язаної з БД деталей ГТД.

2. На основі проведених досліджень розроблено і впроваджено новий технологічний процес виготовлення високоточних зуборізних довбякiв для обробки неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

3. У ВАТ “Мотор Січ” впровадження результатів роботи забезпечило скорочення термінів підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями в 1,2-1,5 рази, підвищення продуктивності проектно-конструкторських робіт у 3 – 3,5 рази, скорочення номенклатури заново проектованих черв'ячних фрез для обробки деталей ГТД на 77%.

4. Економічний ефект від упровадження результатів роботи в ВАТ “Мотор Січ” складає 42 тис. грн. на рік.

5. Програмне забезпечення системи “Зубообробка” також використовують ДП ЗМКБ “Прогрес” для проектування зубчастих передач спочатку оснащених інструментом і СП “IVECO – Мотор Січ” для аналізу придатності зуборізного інструменту.

Особистий внесок автора в одержання наукових результатів.

Основна частина наукових і технологічних розробок, теоретичних і експериментальних досліджень належить особисто автору.

Постановка завдань і обговорення наукових результатів виконані разом з науковим керівником і частково зі співавторами публікацій.

При створенні нового технологічного процесу виготовлення високоточних зуборізних довбякiв, апробації методик вимірів зуборізного інструмента і зубчастих вінців деталей по електронних еталонах автор безпосередньо брав участь у плануванні і проведенні експериментів.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати роботи були повідомлені й обговорювалися на V і VII міжнародних конгресах двигунобудівників України “Авіаційно-космічна техніка і технологія” (Крим, 2000 і 2002 р.р.); 15-ій щорічній міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології в машинобудуванні” (м. Одеса, 2000 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми теорії і практики технології машинобудування, механічної і фізико-технічної обробки” (м. Харків, 2000 р.); Міжнародних конференціях “Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття”, (м. Севастополь, 2000 і 2001 р.р.). На міжнародній конференції “Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття” (м. Севастополь, 2000) за високий технічний і науковий рівень робота була відзначена дипломом II ступеня.

Дисертація повністю доповідалася та отримала позитивні оцінки на розширеному науково-технічному семінарі кафедри технології виробництва авіаційних двигунів Національного аерокосмічного університету “ХАІ” і на засіданні науково-технічної ради Українського науково-дослідного інституту авіаційної технології (2002 р.).

Публікації. Результати виконаних досліджень опубліковано в одній монографії, 14 статтях друкованих видань, у тому числі 12 статей у наукових спеціальних виданнях, які затверджено ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел інформації і додатків. Роботу виконано комп'ютерним набором в обсязі 236 сторінок, вона містить 112 ілюстрацій, 33 таблиці, додатки на 3 сторінках і список із 121 використаного літературного джерела на 11 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і завдання досліджень, визначено наукову новизну і практичне значення результатів, які отримано при виконанні роботи, наведена інформація по апробації, структурі й обсягу роботи.

У першому розділі проаналізовано сфери застосування, особливості конструкції, матеріали та технології виготовлення деталей ГТД із зубчастими вінцями. Наведено класифікацію зубчастих коліс ГТД за конструктивно – технологічними ознаками і класифікацію зуборізного інструменту, який застосовувається для обробки зубчастих вінців.

Проаналізовано групи показників точності зубчастих коліс, виробничі фактори, що впливають на точність вінця, та показано залежності показників точності від основних погрішностей зубчастого вінця і виробничих факторів стосовно до виготовлення зубчастих коліс ГТД.

Проведено аналіз методів забезпечення точності зуборізного інструмента на етапі технологічної підготовки виробництва деталей авіадвигунів, включаючи методи проектування інструмента, його аналізу, виготовлення і контролю. Показано вплив погрішностей затилування і заточування інструмента на точність профілю зубчастого вінця деталі.

Визначено перелік задач, автоматизація вирішення яких дозволяє значно скоротити витрати на технологічну підготовку виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями, і розглянуто функціональну повноту існуючих систем САПР зуборізного інструменту та АСТПВ деталей із зубчастими вінцями.

Аналіз літературних і виробничих даних дозволив виявити основні напрямки вирішення актуальних науково-технічних задач підвищення точності виготовлення зубчастих вінців ГТД і скорочення витрат на технологічну підготовку їхнього виробництва, що в даний час вивчені недостатньо системно.

Проведений аналіз дозволив зробити узагальнюючі висновки, і на їхній основі сформулювати задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети.

У другому розділі представлено методологічне забезпечення роботи, що включає методики розробки і перевірки точності математичних моделей, методики проведення теоретичних і експериментальних досліджень.

В якості математичного апарату комп'ютерного моделювання складних формотворних поверхонь інструмента на підставі аналізу вимог, які ставляться до комп'ютерних моделей, обрано метод В-сплайн інтерполяції множини опорних точок, які отримано аналітично на підставі математичних моделей поверхонь інструменту. Математичні моделі процесів обробки зубчастих вінців деталей ґрунтуються на принципі існування загальної нормалі, що проходить через полюс зачеплення, в точці контакту інструмента й деталі.

Представлено методи експериментальної апробації методик контролю точності виробляючих поверхонь зуборізного інструменту і визначення погрішностей профілю зубчастих вінців деталей ГТД.

Визначено параметри якості поверхонь зразків з інструментальних сталей, які визначаються при дослідженні впливу режимів електроерозійної обробки на стан поверхневого шару, і геометричні параметри зразків для дослідження точності обробки.

Наведено перелік і характеристики технологічного устаткування для проведення експериментальних досліджень.

У третьому розділі сформульовано вимоги до математичних моделей зуборізного інструменту і процесів обробки зубчастих вінців деталей ГТД, що включають вимоги точності, адекватності й адаптивності моделей, і визначено області їхнього застосування.

Розроблено математичну модель зубчастого вінця зуборізного довбяка для обробки евольвентних зубчастих вінців, яка є основою комп'ютерної моделі інструменту (рис.1).

Розроблено математичну модель обробки евольвентного зубчастого вінця зуборізним довбяком, яка призначена для аналізу придатності інструменту із заданими параметрами для обробки заданого зовнішнього чи внутрішнього зубчастого вінця деталі. Моделювання процесу нарізання зуба деталі зуборізним довбяком складається з двох етапів:

- визначення величин можливого зрізання евольвентної частини зуба деталі в процесі обробки зуборізним довбяком;

- розрахунок профіля зуба деталі при обробці зуборізним довбяком (рис.2.).

Розроблено математичну модель черв'ячної фрези для обробки евольвентних зубчастих вінців, що є основою комп'ютерної моделі інструменту (рис.3).

Розроблено математичну модель обробки евольвентного зубчастого вінця черв'ячною фрезою, яка призначена для аналізу придатності інструменту з заданими параметрами для обробки заданого зубчастого вінця деталі.

Моделювання процесу нарізування зуба деталі з евольвентним профілем черв'ячною фрезою складається з двох частин:

- визначення величини можливого зрізання активної ділянки профілю при обробці заданою фрезою;

- визначення профілю зуба деталі, який створюється при обробці заданою фрезою (рис. 4).

Розроблено математичні моделі (рис. 5) взаємного обкатування неевольвентного профілю зубчастого вінця деталі профілями зуборізного довбяка й інструментальної рейки, які призначені для вирішення задач профілювання зуборізного інструмента й аналізу його придатності для обробки заданого зубчастого вінця. Пропоновані моделі можуть застосовуватися для моделювання обкатування як прямозубого, так і косозубого зубчастого вінця.

Моделі обкатки базуються на принципі існування спільної нормалі, що проходить через полюс зачеплення, у точці дотику інструмента і деталі. При вирішенні прямої задачі теорії зубчастих зачеплень, стосовно до нарізування зубчастих вінців. Результатом моделювання обкатки є плоский профіль зуба інструмента (інструментальної рейки), а при вирішенні зворотної задачі – плоский торцевий профіль зубчастого вінця деталі (рис.6).

На основі моделей взаємної обкатки розроблено математичні моделі зуборізних довбякiв для обробки зовнішніх і внутрішніх неевольвентних зубчастих вінців і черв'ячних фрез для обробки зовнішніх неевольвентних зубчастих вінців (рис. 7, 8). Проведені чисельні експерименти по оцінці точності й адекватності моделей показали їх придатність для представлення геометрії та евольвентного обкатного зуборізного інструменту.

Четвертий розділ присвячено розробці та експериментальній апробації методик забезпечення, контролю й аналізу точності зуборізного інструменту й оброблюваних ним зубчастих вінців деталей ГТД. Розглянуто заходи щодо скорочення термінів технологічної підготовки виробництва деталей авіадвигунів із зубчастими вінцями:

- створення умов для проектування спочатку оснащених інструментом зубчастих передач;

- прискорений початок підготовки виробництва.

Запропоновано загальну схему вирішення задач ТПВ і виготовлення зубчастих вінців ГТД із застосуванням методів і засобів комп'ютерного моделювання (рис. 9).

Розроблено методику чисельної оцінки впливу погрішностей методів проектування і виготовлення на точність черв'ячних фрез, що застосовуються при нарізанні зубчастих коліс ГТД. Методика дозволяє оцінити величину відхилень виробляючих поверхонь зуба черв'ячної фрези, які викликано заміною основного черв'яка при проектуванні інструмента і радіальним його затилуванням при виготовленні.

Розроблено методику чисельної оцінки впливу погрішностей методів проектування і виготовлення на точність зуборізних довбякiв, які застосовуються при нарізуванні неевольвентних зубчастих вінців ГТД. Методика дозволяє обґрунтовано обрати геометрію зуба довбяка виходячи з аналізу розподілу відхилень ріжучих кромок інструменту, що виникають при його переточуваннях.

Розроблено методику чисельної оцінки впливу погрішностей методів проектування і виготовлення інструменту на точність зубчастого вінця деталі, що дозволяє на етапі проектування інструменту визначити вплив його переточувань на профіль зуба деталі (рис. 10).

Розроблено й експериментально апробовані методики контролю точності виробляючих поверхонь черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв на універсальних координатно-вимірювальних машинах (КВМ) із застосуванням в якості електронних еталонів комп'ютерних моделей інструменту. Вимір відхилень проводиться по всій затилованій поверхні зубу інструмента, що в більшості випадків неможливо виконати іншими методами контролю (рис. 11).

Розроблено та експериментально апробовано методику контролю елементів, що модифікують профіль евольвентного зубчастого вінця (піднутрень, фасочних ділянок і т.д.) і повного контролю відхилень профілю неевольвентного зубчастого вінця деталі ГТД на КВМ за електронним еталоном профілю (рис. 12).

Проведено експериментальні дослідження впливу електроерозійної обробки на стан поверхневого шару зразків зі сталей Р18 і Р6М5К5-МП. Визначено режими обробки, що забезпечують мінімальну шорсткість поверхні і товщину дефектного шару. Проведено експериментальні дослідження методів видалення дефектного шару (табл. 1).

Експериментально визначено точність відтворення складних лінійчатих поверхонь при обробці методом електроерозiї.

Розроблено й експериментально апробовано технологічний процес прискореного виготовлення високоточних зуборізних довбякiв із застосуванням електроерозійної обробки (табл. 2). Максимальні відхилення виробляючих поверхонь інструменту, який виготовлено за запропонованим технологічним процесом , у 7,27 разів нижчі за відхилення поверхонь аналогічного інструменту, що виготовлено за існуючою технологією (рис. 13). Виміри проводилися на КВМ за електронним еталоном.

Обробка зубчастого вінця деталі двигуна ВК-1500 зі сталі 13Х11Н2В2МФ-Ш довбяками, які виготовлено за новою існуючою технологіями, не показала істотних розходжень у стійкості інструменту. Висока точність виготовлення виробляючих поверхонь зуба інструмента і малі відхилення від електронного еталона дозволили збільшити термін експлуатації інструменту, протягом якого він забезпечує одержання заданої геометрії зубчастого вінця деталі, на 57%.

У п'ятому розділі наведено основні результати розробки і впровадження комплексної автоматизованої системи “Зубообробка” (рис. 14), методик аналізу і контролю в серійне виробництво ГТД в ВАТ “Мотор Січ”. Наведено результати конверсійного використання результатів роботи в технологічній підготовці виробництва товарів народного споживання та наземної техніки.

Застосування системи “Зубообробка” в підготовці серійного виробництва дозволило значно (у 1,2-1,5 рази) скоротити терміни ТПВ і довести кількість зубчастих вінців деталей ГТД, що оброблюються підібраним інструментом, до 76,16%. Частка підібраного інструмента для обробки зубчастих вінців деталей наземної техніки та ТНП складає 90% від усієї номенклатури використовуваного інструмента.

Промислова експлуатація модулів аналізу точності зуборізного інструменту і його придатності для обробки дозволила підвищити точність і стабільність одержуваних геометричних параметрів зубчастих вінців деталей ГТД.

Проведений аналіз конкурентноздатності системи “Зубообробка” показав, що система найбільш повно задовольняє вимогам, що ставляться серійним виробництвом авіаційних двигунів до такого роду систем.

На підставі отриманих результатів визначено основні напрямки розвитку системи.

У додатку наведено акти впровадження розробок.

Висновки

1. Запропоновано новий, науково обґрунтований підхід до підвищення точності виготовлення циліндричних зубчастих вінців деталей ГТД, який засновано на математичному та комп’ютерному моделюванні їх профілів, процесів зубообробки та обкатного зуборізного інструменту, що забезпечує скорочення термінів технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями.

2. На підставі проведених теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що відхилення виробляючих поверхонь інструмента, які безпосередньо впливають на точність зубчастого вінця деталі і термін його служби, можуть бути чисельно оцінені на етапі його проектування.

3. Розроблено математичні моделі черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв для обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД, застосування яких для побудови електронних еталонів дозволяє виконувати чисельну оцінку відхилень виробляючих поверхонь, які викликані погрішностями їх проектування та виготовлення.

4. Розроблено методики чисельної оцінки відхилень виробляючих поверхонь зуборізного інструменту на етапі його проектування та методики автоматизованого контролю на універсальних координатно-вимірювальних машинах точності їх виготовлення, які засновано на єдиному підході з застосуванням електронних еталонів.

5. Розроблено математичні моделі обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД обкатним інструментом, які дозволяють за заданими параметрами (чи моделлю) зуборізного інструмента і параметрами процесу обробки визначити їх фактичний профіль. При цьому у випадку моделювання обробки евольвентного зубчастого вінця деталі зуборізним довбяком враховується можливість зрізання елементів профілю зубу при відскоку інструменту, а при моделюванні обробки черв'ячною фрезою визначається фактична величина зрізання активної ділянки профілю.

6. Розроблено та експериментально апробовано методики контролю неевольвентних зубчастих вінців і елементів, що модифікують евольвентний профіль зуба деталі ГТД, на універсальних координатно-вимірювальних машинах, які засновані на єдиному підході із застосуванням електронних еталонів профілю.

7. На підставі проведених експериментальних досліджень точності і якості електроерозійної обробки складних поверхонь зразків з інструментальних сталей, розроблено, апробовано і впроваджено у виробництво технологічний процес прискореного виготовлення високоточних зуборізних довбякiв для обробки неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

8. Створено комплекс програмного і розрахунково-методичного забезпечення технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями, що включає автоматизовану систему “Зубообробка”, що забезпечує значне скорочення номенклатури інструмента, який проектується і виготовляється.

Впровадження результатів роботи забезпечило скорочення термінів технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями в 1,2-1,5 разів.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних роботах

1. Леховицер В.А., Сорокин В.Ф., Балушок К.Б. и др. Информационные технологии в наукоёмком машиностроении: Компьютерное обеспечение индустриального бизнеса / Под общ. ред. А.Г. Братухина. – К.: Техніка, 2001. С. – 456 – 475.

2. Леховицер В.А., Мозговой В.Ф., Балушок К.Б. и др. Определение величины подрезания (срезания) по толщине зубьев при автоматизированном проектировании реечного инструмента // Вестник ХГПУ: Сб. науч. трудов. Вып. 23 – Харьков. 1998. С. 104 –108.

3. Леховицер В.А., Мозговой В.Ф., Балушок К.Б. и др. Определение параметров профиля зуба с поднутрением при обработке зубчатого колеса червячной фрезой с протуберанцами// Вестник ХГПУ : Сб. науч. трудов. Вып. 23 – Харьков. 1998. С. 109 –115.

4. Леховицер В.А., Балушок К.Б., Липский Е.Р. САПР "Фрезы червячные" // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. трудов. Вып. 7. – Харьков: ХАИ. 1998. С. 72-74.

5. Богуслаев В.А., Мозговой В.Ф., Балушок К.Б. и др. Компьютеризация технологической подготовки производства новых изделий // Авиационная промышленность. – 1999. - № 2. – С. 16 – 18.

6. Леховицер В.А., Балушок К.Б. Автоматизированное проектирование инструмента для обработки зубчатых колёс ГТД //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2000. Вып. 12. С. 195 – 198.

7. Леховицер В.А., Леховицер З.В., Балушок К.Б. и др. Автоматизированное проектирование и изготовление фасонных долбяков из быстрорежущих сталей // Авиационно-космическая техника и технология. Труды Гос. Аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”, вып. 14. – Харьков. 2000.– С.231 – 234.

8. Леховицер В.А., Леховицер З.В., Балушок К.Б. и др. Автоматизированная система подбора, проектирования и изготовления инструмента для обработки зубчатых венцов деталей ГТД // Авиационно-космическая техника и технология. Труды Гос. Аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”, вып. 19. – Харьков. 2000.– С.287 – 289.

9. Леховицер В.А., Балушок К.Б., Липский Е.Р. Разработка специализированной системы “Зубообработка” // Технологические системы. – 2000. - №3(5). – С. 74 – 77.

10. Леховицер В.А., Леховицер З.В., Балушок К.Б. и др. Исследование возможности изготовления зуборезных долбяков с использованием электроэрозионной обработки //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, Запорізький державний технічний університет. – 2001. - №1. – С 57-60.

11. Леховицер В.А., Сорокин В.Ф., Балушок К.Б. и др. Автоматизация проектирования инструмента для изготовления и контроля зубчатых колёс // Изобретатель и рационализатор. – 2000. - №1.– С.27 – 30.

12. Леховицер В.А., Мозговой В.Ф., Балушок К.Б. и др. Математические модели зуборезных долбяков в специализированной САПР инструмента //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 17. С. 19-23.

13. Леховицер В.А., Балушок К.Б., Липский Е.Р. Разработка специализированных САПР на базе системы CAS.CADE //Технологические системы. – 2001. - №3(9). – С. 36 – 39.

14. К.Б. Балушок. Инженерные компьютерные средства для ускоренной подготовки производства деталей ГТД с зубчатыми венцами // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, Запорізький національний технічний університет. – 2002. - №.1 – С. 74-78.

15. А.Я. Качан, К.Б. Балушок, А.Ю. Басов. Компьютерный анализ инструмента для обработки зубчатых венцов деталей ГТД // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. праць. – Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”; Миколаїв: Вид-во МФ НаУКМА, 2002. - Вип. 30. Двигуни та енергоустановки. –С.158-161.

Анотація

Балушок К.Б. Забезпечення точності і прискореної технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями на основі комп'ютерного моделювання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.04 – Технологія виробництва літальних апаратів.

Український науково – дослідний інститут авіаційної технології, Київ, 2003р.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково – технічної задачі сучасного авіадвигунобудування – забезпеченню точності виготовлення циліндричних зубчастих вінців деталей ГТД і скороченню витрат на технологічну підготовку виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями на основі методів комп'ютерного моделювання.

На підставі аналізу впливу відхилень виробляючих поверхонь зуборізного інструмента на точність обробки зубчастого вінця деталі запропоновано єдиний підхід до вирішення задач технологічної підготовки виробництва деталей ГТД із зубчастими вінцями, який засновано на комп'ютерному моделюванні зубчастих вінців, зуборізного інструменту та процесів обробки.

Для комп'ютерного моделювання зуборізного інструмента розроблено математичні моделі черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв для обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД. Запропоновано математичні моделі обробки евольвентних і неевольвентних зубчастих вінців деталей ГТД.

Розроблено й експериментально апробовано нові методики аналізу точності черв'ячних фрез і зуборізних довбякiв, методики чисельної оцінки впливу погрішностей інструменту на точність зубчастого вінця деталі на стадії проектування інструменту.

Розроблено методики контролю точності виробляючих поверхонь обкатного зуборізного інструменту, неевольвентних зубчастих вінців деталей і елементів, що модифікують евольвентний профіль зуба деталі, на універсальних координатно – вимірювальних машинах за електронним еталоном.

На основі проведених експериментальних досліджень точності обробки і якості поверхневого шару при електроерозійній обробці інструментальних сталей розроблено, експериментально апробовано і впроваджено у виробництво новий технологічний процес прискореного виготовлення високоточних зуборізних довбякiв зі сталі Р18 та Р6М5К5-МП.

На основі проведених досліджень і створених математичних моделей розроблено і впроваджено у виробництво комплексну автоматизовану систему “Зубообробка”.

Застосування результатів роботи у технологічній підготовці серійного виробництва двигунів Д-27, ТВ3-117СБМ-1, ВК-1500, АИ-450 дозволило:

- скоротити терміни ТПВ деталей ГТД із зубчастими вінцями в 1,2-1,5 рази;

- підвищити продуктивність проектно-конструкторських робіт у 3 – 3,5 рази;

- підвищити точність і стабільність геометричних параметрів зубчастих вінців деталей ГТД;

- значно зменшити номенклатуру зуборізного інструменту.

Ключові слова: зубчастий вінець деталі газотурбінного двигуна, аналіз точності, зуборізний інструмент, математична модель, комп'ютерна модель, електронний еталон, вимір відхилень.

Аннотация

Балушок К.Б. Обеспечение точности и ускоренной технологической подготовки производства деталей ГТД с зубчатыми венцами на основе компьютерного моделирования. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 – Технология производства летательных аппаратов.

Украинский научно – исследовательский институт авиационной технологии, Киев, 2003 г.

Диссертация посвящена решению актуальной научно – технической задачи современного авиадвигателестроения – обеспечения точности изготовления цилиндрических зубчатых венцов деталей ГТД и сокращения затрат на технологическую подготовку производства деталей ГТД с зубчатыми венцами на основе методов компьютерного моделирования.

На основании анализа влияния отклонений производящих поверхностей зуборезного инструмента на точность обработки зубчатого венца детали предложен единый подход к решению задач технологической подготовки производства деталей ГТД с зубчатыми венцами, основанный на компьютерном моделировании зубчатых венцов, зуборезного инструмента и процессов обработки.

В качестве базы для компьютерного моделирования зуборезного инструмента разработаны математические модели червячных фрез и зуборезных долбяков для обработки эвольвентных и неэвольвентных зубчатых венцов деталей ГТД. Предложены математические модели обработки эвольвентных и неэвольвентных зубчатых венцов деталей ГТД.

Разработаны и экспериментально апробированы новые методики анализа точности червячных фрез и зуборезных долбяков, методики численной оценки влияния погрешностей инструмента на точность зубчатого венца детали на стадии проектирования инструмента.

Разработаны методики контроля точности производящих поверхностей обкатного зуборезного инструмента, неэвольвентных зубчатых венцов деталей и элементов, модифицирующих эвольвентный профиль зуба детали, на универсальных координатно–измерительных машинах по электронному эталону.

На базе проведенных экспериментальных исследований точности обработки и качества поверхностного слоя при электроэрозионной обработке быстрорежущих сталей разработан, экспериментально апробирован и внедрён в производство новый технологический процесс ускоренного изготовления высокоточных зуборезных долбяков из стали Р18.

На основе проведенных исследований и созданных математических моделей разработана и внедрена в производство комплексная автоматизированная система “Зубообработка”.

Применение результатов работы при технологической подготовке серийного производства двигателей Д-27, ТВ3-117СБМ-1, ВК-1500, АИ-450 позволило:

- сократить сроки ТПП деталей ГТД с зубчатыми венцами в 1,2-1,5 раза;

- повысить производительность проектно-конструкторских работ в 3 – 3,5 раза;

- повысить точность и стабильность геометрических параметров зубчатых венцов деталей ГТД;

- значительно уменьшить номенклатуру вновь проектируемого и изготавливаемого зуборезного инструмента.

Ключевые слова: зубчатый венец детали газотурбинного двигателя, анализ точности, зуборезный инструмент, математическая модель, компьютерная модель, электронный эталон, измерение отклонений.

Annotation

Balushok K.B. Assurance of accuracy and production tooling of gas turbine engine (GTE) parts with jagged rims on the basis of computer simulation. - Typescript.

Thesis for candidates technical degree according to specialty 05.07.04 – Technology of aircraft production.

Ukraine Research Institute of Aviation Technology, Kyiv, 2003.

The Thesis dedicates to actual scientific problem – assurance manufacturing of cylindrical rims of GTE parts accuracy and costs reduction of production tooling of GTE parts with jagged rims on the basis of computer simulation methods.

Ground analysis of deviations influence of making surfaces of gear-cutting tools on machining accuracy of a GTE part rim is offered the unified approach to problem solving production tooling of gas turbine engine parts with jagged rims, founded on computer simulation of jagged rims, gear cutting machine and processing methods.

The mathematical models of worm hobs and gear cutters for processing evolvating and non evolvating rims of GTE parts are developed as a base for computer simulation of gear cutting. Mathematical models of processing evolvating and non evolvating rims of GTE parts are offered.

There are developed and experimentally approved new methods of the accuracy analysis of worm hobs and gear cutters, methods of a numerical estimation of influence of tool errors on accuracy of a GTE jagged rim on a tool design stage.

There are also developed accuracy control methods of generating surfaces of gear citting tools, non evolvating rims of GTE parts and the elements modifying evolvating profile by universal coordinate measuring machines according to the electronic etalon.

The new technological process of accelerated manufacture of high accuracy gear cutters is developed, experimentally approved and applicated into manufacturig on the basis of the carried out experimental researches of machining accuracy and quality of a surface coating at an electroerosion processing.

The complex automated system “Gear treatment” based of the carried out researches and created mathematical models is developed and applicated into manufacturing.

Application of outcomes of activity during the technological preparation to production chain of of engines D-27, TV3-117SBM-1, VК-1500, АI-450 has allowed:

- to reduce terms of production process planning of GTE parts with jagged rims in 1,2-1,5 times;

- to increase productivity of development effort in 3 - 3,5 times;

- to increase accuracy and stability of geometrical parameters of jagged rims of a GTE parts;

- considerably reduce nomenclature of the again designed and produced gear cutting instrument.

Key words: jagged rim of a GTE part, the accuracy analysis, gear cutting tools, mathematical simulator, computer model, the electronic etalon, measurement of deviations.