Технология обработки зубчатых колес

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß
ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß

Â.Â. ÊËÅÏÈÊÎÂ
Â.Â. ÊËÅÏÈÊÎÂ

Москва 
ИНФРА-М 

202

УДК 621(075.4)
ББК 34.8
 
К48

Клепиков В.В.

Технология обработки зубчатых колес : монография / В.В. Клепи
ков. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 409 с.  — (Научная мысль). — DOI 
10.12737/24635.

ISBN 978-5-16-012469-8 (print)
ISBN 978-5-16-105616-5 (online)

Изложен системный подход к применению результатов исследований техно
логических систем производства зубчатых колес. Приведены результаты теоретических, экспериментальных и производственных исследований элементов 
технологических систем производства зубчатых колес. Раскрыты технологические 
возможности основных операций и технологических процессов. Раскрыты пути 
повышения эффективности процессов обработки зубчатых колес.

Монография рассчитана на специалистов, работающих в области машино
строения в целом и производства зубчатых колес в частности, может быть полезна 
также преподавателям и студентам вузов машиностроительного профиля.

УДК 621(075.4)

ББК 34.8

К48

Р е ц е н з е н т ы:

Вороненко В.П., доктор технических наук, профессор кафедры технологии 

машиностроения Московского государственного технологического университета «Станкин»;

Кузнецов А.М., доктор технических наук, профессор Московского государ
ственного машиностроительного университета (МАМИ)

ISBN 978-5-16-012469-8 (print)
ISBN 978-5-16-105616-5 (online)
© Клепиков В.В., 2016

Введение

Зубчатые колеса являются и будут оставаться в будущем одним из 
основных элементов машин и механизмов. Область их применения 
очень широка. Они используются в автомобилестроении, станкостроении, авиастроении, космической технике и других отраслях 
машиностроительной промышленности.
Технология производства зубчатых колес является одной из 
сложных и проблемных задач, требующей наличия специального 
дорогостоящего оборудования, технологической оснастки и специалистов высокой квалификации. Совершенствование технологических процессов изготовления зубчатых колес в части решения 
проблемных вопросов повышения качества и производительности 
обработки, стойкости режущего и деформирующего инструментов, 
сводится не только к анализу и обобщению мирового опыта, но и к 
необходимости постоянного проведения теоретических, экспериментальных и производственных исследований, характерных для 
отечественного машиностроения. Поэтому можно считать, что предлагаемая монография направлена на решение актуальных задач машиностроительной промышленности.
Ни один из вариантов технологического процесса не может быть 
оптимальным, так как всегда есть вероятность его совершенствования. Однако, учитывая известные на данный момент новые конструктивные и технологические решения и условия конкретного 
производства, можно приблизиться к максимальной эффективности 
технологического процесса производства зубчатых колес при заданной программе их выпуска. Процесс проектирования значительно упрощается в результате наличия типового или аналогичного 
процесса обработки деталей, близких по конструктивным признакам 
и технологическим требованиям к зубчатым колесам. Вследствие 
несовершенства такого процесса копирование его в большинстве 
случаев неэффективно. Типовой технологический процесс дает представление в основном о последовательности операций, аналогичный — связан с конкретными условиями производства, а принятые в нем решения часто связаны не с поиском эффективных решений, а, например, с отсутствием нужного оборудования, 
инструмента или другой технологической оснастки. Причем чем 
более массовым является производство, тем более оно консервативно и часто не включает в себя последние достижения науки и техники, несмотря на требования рынка и необходимость творческого, 
неординарного подхода к решению технологических задач.
Данная монография посвящена комплексному подходу к решению конструкторских и технологических задач в области совер

шенствования технологических процессов и элементов технологических систем производства зубчатых колес. В силу новизны и масштабности решаемой задачи основной акцент был сделан на 
обеспечение качества и производительности обработки, а также 
стойкости инструмента. В работе приводится наиболее актуальная 
в данное время часть результатов исследований, проведенных автором за последние 30 лет.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и консультации при выполнении данной работы О.В. Таратынову, А.М. Кузнецову, С.Н. Калашникову, Б.М. Солоницыну, Б.Н. Вардашкину, 
З.Д. Горецкой, Ц.З. Сазар, В.В. Конькову, Ю.Н. Гусеву, А.Б. Петрову 
и другим ученым и специалистам, а также мастерам, наладчикам 
и рабочим лабораторий и машиностроительных предприятий, с которыми автор работал.
Автор не претендует на полное, всеобъемлющее решение 
проблемы и будет признателен за критические замечания, которые 
будут учтены в последующих работах.

1. НоВый подход к деятельНости 
машиНостроительНых предприятий 
и построеНию техНологических 
процессоВ обработки зубчатых колес

1.1. проблемы машиНостроительНого произВодстВа 
В XXI Веке

Экономика развитых стран основана на деятельности многих независимых друг от друга предприятий, работающих в различных направлениях машиностроения и активно реагирующих на новые запросы со стороны потребителей. Умение правильно управлять такими предприятиями имеет огромное значение, поскольку от этого 
зависит его устойчивое положение на рынке. Кроме того, совокупный успех многих предприятий создает предпосылки для общества и государства занять ведущее положение в мировой экономике, 
так как наука управления производством и уровень применяемой 
технологии являются главной составляющей экономического и социального развития нации.
В условиях перехода машиностроения от централизованного обеспечения товарами к рыночным отношениям, а также по мере стабилизации экономики, возникнет необходимость выработки иных подходов 
в оценке экономической политики и стратегии поведения машиностроительных предприятий на рынке. Видимо, в дальнейшем рынок все 
в большей степени будет ориентироваться не только на выпуск типового 
оборудования, но и на удовлетворение функциональных потребностей 
некоторых клиентов, к которым следует подходить по-разному.
В отличие от товаров повседневного спроса, продукция машиностроительных предприятий, в силу специфических особенностей технического, организационного и экономического характера, менее 
эластична к изменяющимся условиям рынка. Обычно номенклатура 
машиностроительных предприятий ограничена условиями повышения затрат на его разработку и создание. Поэтому каждое предложение по освоению нового изделия должно сопровождаться обоснованием необходимости сокращения или прекращения выпуска 
прежнего. Вместе с тем, на рынке спроса продукции машиностроения 
имеет место долговременная тенденция в сторону увеличения выпуска 
разнообразного и качественного оборудования небольшими партиями. А в условиях острой конкуренции среди производителей оборудования важную роль у потребителей дорогостоящего оборудования 
будут играть сроки выполнения заказа и сервисного обслуживания.

В связи с острой конкурентной борьбой на рынке приходится 
постоянно анализировать свойства продукции, определять степень 
потребительского предпочтения к ней по сравнению с другими аналогичными изделиями. Для этого используется понятие конкурентоспособность, которая определяется в зависимости от двух основных рыночных показателей — качества продукции и цены.
Для производителя машиностроительной продукции важным 
экономическим показателем является максимально возможная прибыль, получаемая им после реализации продукции. В настоящее 
время известно несколько методов оценки эффективности деятельности предприятий с учетом инвестиционных затрат. Эти методы 
делятся на простые оценки и на методы, основанные на дисконтированных оценках.
Простая норма прибыли аналогична показателям рентабельности 
предприятия и рассчитывается как отношение прибыли за какойлибо промежуток времени (обычно за год) к общему объему инвестиций. В качестве прибыли обычно берется чистая прибыль, т.е. 
прибыль после уплаты налогов и процентов по кредитам.
Методы, основанные на дисконтированных оценках, позволяют 
учесть неравномерность поступлений сумм или платежей, относящихся к различным периодам времени.
В дальнейшем при оценке характеристики производства для простоты изложения будем понимать простую норму прибыли без учета 
дисконтирования.
Прибыль можно представить в виде:

Пр ⋅ Ц - З - Н,

где Ц — рыночная цена продукции машиностроения; Пр — количество реализованной продукции; З — затраты предприятия, связанные с изготовлением продукции; Н — различные статьи налогов.
Очевидно, что Пр напрямую зависит от Ц и от количества реализуемой продукции. Кажущаяся возможность улучшить экономические показатели предприятия за счет высокой цены на самом деле 
ограничена влияниями различных факторов внешнего и внутреннего 
характера (конъюнктура на рынке, незначительные ресурсы и т.д.). 
С определенным допущением цену на рынке машиностроительной 
продукции можно условно принять как нормированную с некоторыми отклонениями в большую или меньшую сторону от установленного рынком уровня цен.
Количество выпускаемой продукции зависит не только от рыночного спроса, но и от технологического ресурса предприятия (ТРП) 
и уровня организации производства.
Перечень, уровень налогов и порядок их выплаты в значительной 
степени зависят от полученной предприятием выручки. Это, прежде 

всего, налог на добавленную стоимость, на прибыль, на превышение 
расходов на оплату труда, на содержание жилищного фонда и объектов социально-культурной сферы и т.д. Часть налогов входит в себестоимость продукции.
Важной составляющей, входящей в состав формулы прибыли, 
являются собственные затраты производителя машиностроительной 
продукции. Методика расчета собственных затрат по статьям расходов не вызывает особых трудностей, но для анализа рационального 
использования ТРП в условиях рынка удобно структуру затрат рассмотреть на основе методики расчета, изложенной в работе.
Собственные затраты (З) предприятия являются функцией различных организационных, технологических и технико-экономических факторов процесса изготовления продукции (ап)

З = f(а1, а1, ..., ап).

Все затрат можно разделить на три группы факторов, каждую из 
которых выразим через соответствующие параметры производства.
Первая группа факторов относится к приобретению и эксплуатации технологического оборудования. В нее входят следующие затраты:
 
• затраты на приобретение оборудования и его ремонт;
 
• эксплуатацию и амортизацию помещений;
 
• отчисления на восстановление и капитальные вложения, приведенные к текущим затратам;
 
• повременная заработная плата обслуживающего персонала и т.д.
Эту группу затрат (аф) назовем косвенными, поскольку они исчисляются на год работы оборудования и рассчитываются для 
каждой единицы отдельно. На стоимость продукции они переносятся пропорционально части годового фонда времени, затрачиваемого на обработку детали

аф = Зс/Фс,

где Зс — косвенные приведенные затраты, приходящиеся на год работы оборудования, руб.; Фс — расчетный годовой фонд времени 
работы оборудования, мин.
Вторая группа факторов связана с производительностью оборудования через обобщенный показатель в виде расчетного фонда времени (Ф) обработки изделия. Он равен суммарному годовому времени работы оборудования, необходимому для изготовления заданного количества изделий (d). Этот показатель является функцией 
штучно-калькуционного времени изготовления изделия (Фш.к) и коэффициента использования оборудования (δи.о).
Величина Фш.к зависит от технических параметров оборудования 
и от факторов, определяющих допустимые режимы обработки, вре

менем наладки оборудования на партию и числом деталей в партии. 
Коэффициент δи.о отражает надежность работы оборудования, 
влияние загрузки оборудования, организацию технологии обработки 
изделия и т.д.
Для различных условий производства расчетный фонд времени 
работы оборудования определяется по-разному. Так, для условий 
серийного производства

Ф = Фш.к ⋅ d/ δи.о,

а для массового:

Ф = Фс ⋅ Роб,

где Роб — количество оборудования, используемое в производстве 
для обработки заданной программы изготовления изделий.
Таким образом, при обработке d изделий в год суммарные косвенные приведенные затраты можно выразить в следующем виде

З = aф ⋅ Ф.

К третьей группе факторов относятся затраты, зависящие только 
от изготавливаемых изделий и составляющие прямые затраты на 
одно изделие (Зп) и сумму переменных затрат (Зп.п) на d изделий, т.е.

Зд = Зп ⋅ d + Зп.п.

С учетом изложенного выше годовые приведенные затраты на 
изготовление заданного количества изделий будут иметь вид

З = aф ⋅ Ф + Зд.

При сопоставлении между собой нескольких технологических 
вариантов изготовления изделий одного наименования по приведенным затратам, возможен случай, при котором сравниваемые варианты будут иметь одинаковые значения З, т.е.

Зi = Зj или ai ⋅ Фi + Здi  = aj ⋅ Фj + Здj .

Приняв во внимание одинаковое значение фонда времени обработки изделий (Фi = Фj) в сравниваемых вариантах, после незначительных преобразований получим

d = δи.о/ Фш.к ⋅ DЗд/DDф,

где DЗд = Здi - Здj — разность прямых затрат на деталь, руб.; Daд =
= aдi - aдj — разность косвенных затрат сопоставляемых вариантов, 
приходящихся на одну минуту годового фонда времени работы оборудования, руб/мин.
Таким образом, при положительном значении второго множителя 
(DЗд/DDф >> 0) значение d определяется исключительно организаци

онно-технологическими параметрами (коэффициентом использования оборудования и фондом штучно-калькуционного времени).
В условиях серийного производства значения коэффициента использования оборудования находятся в пределах δи.о = 0,5–0,7, 
в условиях массового — δи.о > 0,7.
Каждое изделие включает в себя определенное число деталей, для 
изготовления которых необходимо затратить некоторую часть времени Фш.к, т.e.

t
t
t
t
Ј
M
B i
П
i 1

m

j 1

k

j

i
=
−
(
) +











=
= ∑
∑
,

где tМ — машинное время; tВ — вспомогательное время; tП — время 
переналадки; k — число деталей, входящих в состав изделия; mi — 
число деталей i-ro типа в партии.
Суммарное время tS, затраченное на изготовление изделия, есть 
трудоемкость его изготовления, которая в свою очередь зависит как 
от количества изготавливаемых изделий, так и от партий их запуска. 
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать изменение характеристики производства, используя при этом понятие относительной трудоемкости изготовления изделия в функции программы выпуска, т.е. 
Тотн = f(d).
Работы отечественных ученых указывают на наличие различных 
стадий освоения продукции в условиях крупносерийного и массового производства (рис. 1.1). Максимальная трудоемкость, принимаемая за 100%, изготовления изделия (точка А) соответствует изготовлению опытного образца или небольшой установочной партии 
в условиях экспериментального цеха или участка. Объясняется это 
тем, что, как правило, на данном этапе производства обработка происходит на неотработанных режимах (tМ, tВ не соответствуют оптимальным значениям) и с существенными потерями, связанными 
с переналадкой оборудования (tП).
По мере роста спроса на изделие происходят процессы усовершенствования технологии изготовления (отрезок АБ), что выражается в максимально возможном сокращении машинного и вспомогательного времени, а также за счет снижения организационных 
потерь при переналадке оборудования. На практике этот временной 
отрезок производства носит название переходной технологии.
Дальнейшее совершенствование процесса изготовления изделий 
связано с решением многих технологических и организационных 
моментов деятельности предприятия, направленных главным образом на резкое повышение производительности за счет автоматизации производства и использования специального высокоэффективного технологического оборудования. Характеристика этого 

этапа на рисунке изображена отрезком БВ. В определенном смысле 
точка В означает достижение рационально-минимального значения 
трудоемкости изготовления изделия. По некоторым данным, общее 
снижение трудоемкости от момента изготовления опытной серии 
изделий до момента организации по принципу массового автоматизированного производства может быть достигнуто в пределах 50–
60%. Поскольку технологическое оборудование автоматизированных 
производств создается с некоторым запасом по производительности, 
то всегда имеется возможность несколько увеличить выпуск продукции предприятия (точка Г).
Представленная на рисунке характеристика работы предприятия 
в виде ломаной кривой АБВГ описывает качественную особенность 
развития многих российских предприятий, которые долгие годы работали в режиме постоянного увеличения объемов выпуска изделий 
без расширения ассортимента. Каждая ордината на рисунке означает 
наличие определенного состава технологического оборудования 
(ТРП), а площадь, ограниченная кривой, — основные фонды предприятия. Отмеченная форма организации производства в определенной степени изолирована, поскольку она может иметь место 
только при условии, если входная информация о спросе на продукцию в модели деятельности предприятия спрогнозирована с высокой степенью достоверности. Однако в действительности возможны любые ситуации. Например, при изменившейся ситуации на 
рынке спроса (точка Д) правая часть области характеристики производства означает недоиспользование ТРП, что в свою очередь приводит к «омертвлению» значительной части основных фондов. Следовательно, для предприятия важно соотнести свои технологические 
ресурсы к ожидаемому рыночному спросу с позиции обеспечения 
минимально возможных затрат при изготовлении продукции. 

рис. 1.1. Изменение трудоемкости обработки изделий 
от их количества в партии