Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов проектирования инструмента для обработки деталей с винтовой поверхностью 12
1.1. Классификация изделий с винтовыми поверхностями 12
1.1.1. Виды образующих винтовых поверхностей 15
1.2. Способы формообразования винтовых поверхностей изделий 19
1.3. Методы определения профиля образующей исходной инструментальной поверхности
1.3.1. Методы, использующие средства дифференциальной геометрии 24
1.3.2. Методы совмещенных сечений 31
1.3.3. Комбинация методов профилирования 36
1.4. Достоинства и недостатки методов. Цели и задачи работы 38
2. Моделирование поверхностей деталей и режущего инструмента направляющими винтовой формы 43
2.1. Влияние геометрических параметров детали с винтовой поверхностью на параметры режущей части инструмента 43
2.2. Механическое моделирование винтовых поверхностей 51
2.2.1. Элементы теории механической модели 55
2.3. Компьютерное моделирование поверхностей изделий направляющими винтовой формы
2.3.1. Коническая винтовая поверхность 67
2.3.2. Каналовая винтовая поверхность 80
2.4. Выводы по главе 88
3. Разработка инвариантного метода определения профиля образующей исходной инструментальной поверхности 89
3.1. Определение диапазона местонахождения характеристики 89
3.2. Круговое проецирование винтовых линий на осевую плоскость инструмента 92
3.3. Определение огибающей семейства круговых проекций винтовой поверхности 96
3.4. Выводы по главе 104
4. Компьютерное моделирование процесса обработки винтовых поверхностей деталей инструментом дискового типа 106
4.1. Моделирование структуры и содержания технологической операции 106
4.2. Определение аттестационных погрешностей компонентов технологической системы и их влияние на формирование погрешностей параметров установки инструмента относительно заготовки 123
4.3. Варианты параметров установки инструмента относительно заготовки 127
4.4. Винтовое проецирование исходной инструментальной поверхности на плоскость детали 146
4.5. Определение огибающей семейства винтовых проекций 152
4.6. Выводы по главе 156
5. Разработка технологических критериев для идентификации режущего инструмента при поиске в информационно-справочной системе 157
5.1. Синтез классификации режущего инструмента 157
5.2. Сравнение заданного и рассчитанного профилей детали и режущего инструмента 160
5.3. Рекомендации по выбору диаметра инструмента при обработке конической винтовой поверхности дисковым инструментом и теоретическое обоснование технологической наладки 165
5.4. Определение теоретической составляющей шероховатости формируемой винтовой поверхности при фрезерной обработке 169
5.5. Описание связей в информационно-справочной системе режущего инструмента 176
5.6. Укрупненная структура и алгоритмы работы информационно-поисковой системы фрезерного инструмента 184
5.7. Выводы по главе 189
6. Экспериментальная проверка и внедрение в производство 191
6.1. Поиск, проектирование и изготовление дисковой фрезы для обработки дорожки качения винта рулевого управления автомобиля КамАЗ 191
6.2. Выбор дисковых фрез для обработки конической концевой фрезы с помощью информационно-поисковой системы режущего инструмента 209
6.3. Выводы по главе 218
Общие выводы 220
Список литературы 223
Приложения
- Способы формообразования винтовых поверхностей изделий
- Механическое моделирование винтовых поверхностей
- Круговое проецирование винтовых линий на осевую плоскость инструмента
- Определение аттестационных погрешностей компонентов технологической системы и их влияние на формирование погрешностей параметров установки инструмента относительно заготовки
Введение к работе
Изделия с винтовыми поверхностями получили широкое распространение в автомобилестроении, станкостроении, инструментальном производстве и медицине. Это червячные и винтовые пары рулевого управления автомобилей, ходовые винты станков, многочисленные осевые режущие инструменты с цилиндрической и конической винтовой передней поверхностью, конические бор-фрезы, применяемые в стоматологии. Обработка этих изделий выполняется режущими инструментами со сложной формой образующей исходной инструментальной поверхности на многокоординатных станках с числовым программным управлением. Потребности рыночной экономики и фактический переход от массового производства к мелкосерийному и единичному производству требует максимального использования стандартного и ранее спроектированного специального режущего инструмента из существующей заводской номенклатуры. При этом, во многих случаях, целесообразно использование не дорогостоящего технологического оборудования, а обычного универсального, без применения числового программного управления. Для выбора режущего инструмента необходимо разработать специализированное программное обеспечение - информационно-справочную систему. Для поиска информации из информационно-справочной системы необходима разработка технологических критериев идентификации режущего инструмента, а также разработка информационно-поисковой системы. К технологическим критериям относятся профиль образующей исходной инструментальной поверхности, шероховатость обработанной поверхности, а также конструктивные и геометрические параметры режущего инструмента.
При обработке винтовой поверхности необходимо обеспечить уменьшение припуска на дорогостоящие финишные операции за счет черновых, а именно фрезерования, с повышением точности фрезерной обработки. Повышение точности фрезерной обработки можно добиться выбором из информационно-справочной системы инструмента, имеющего профиль близкий к теоретическому при мелкосерийном производстве. При серийном производстве, высоким требованиям к точности изделия и отсутствии необходимого инструмента в информационно-справочной системе повышение точности фрезерования обеспечивается проектированием специального фрезерного инструмента.
Исходя из анализа состояния вопроса, поставлена цель работы: сокращение сроков и затрат на подготовку производства деталей с винтовой поверхностью на основе совершенствования метода проекционного профилирования и расширение возможностей использования существующей номенклатуры стандартного и специального инструмента.
Достижение поставленной цели автор видит в решении следующих задач:
- моделирование цилиндрических и конических винтовых поверхностей направляющими винтовой формы;
- разработка инвариантного метода определения профиля образующей исходной инструментальной поверхности и определение огибающей к сформированному семейству кривых;
- компьютерное моделирование процесса обработки винтовых поверхностей инструментом дискового типа с учетом аттестационных погрешностей компонентов технологической системы;
- разработка технологических критериев для идентификации режущего инструмента при его автоматизированном поиске из информационно-справочной системы;
- экспериментальное подтверждение адекватности моделей и работы информационно-поисковой системы.
Научную новизну автор видит в следующих положениях:
- инвариантном определении профиля образующей исходной инструментальной поверхности, компьютерной модели процесса формообразования винтовой поверхности детали, заключающихся в круговом проецировании винтовой поверхности детали на осевую плоскость инструмента и винтовом проецировании исходной инструментальной поверхности на исходную плоскость детали без проведения дискретных сечений;
- формализации и систематизации условий и параметров формообразования с учетом влияния компонентов технологической системы на формирование погрешностей параметров установки инструмента относительно заготовки;
- модели управления формированием профиля винтовой поверхности детали за счет варьирования параметрами установки шіструмеїгга относительно заготовки для обеспечения заданной точности обработки с использованием существующей номенклатуры инструмента.
Работа выполнялась в рамках единого заказ-наряда Министерства образования Российской Федерации и договоров по НИОКР с ОАО «КАМАЗ».
В первой главе дается обзор научно-технической литературы и патентов, их анализ, исходя из которых формируются цель, задачи и научная новизна работы.
Вторая глава посвящена совершенствованию геометрических параметров инструментов с коническими винтовыми поверхностями на основе моделирования режущих кромок, теоретически обоснован вариант технологической наладки, предложена конструкция механической модели конической винтовой поверхности.
Третья глава посвящена разработке метода профилирования образующей исходной инструментальной поверхности и огибающей к семейству кривых.
Четвертая глава посвящена компьютерному моделированию процесса обработки винтовой поверхности детали инструментом дискового типа с учетом аттестационных погрешностей компонентов технологической системы. Для этого выполняется моделирование структуры и содержания технологической операции, которое позволяет систематизировать каждое действие, выполняемое при реализации технологической операции, например, фрезеровании. Приводится обоснование технологической наладки для обработки изделий с коническими винтовыми поверхностями.
В пятой главе разработаны технологические критерии идентификации профиля режущего инструмента при его поиске из информационно-справочной системы режущего инструмента, а именно: сравнение рассчитаїпюго теоретического профиля образующей исходной инструментальной поверхности и профилем, хранящимся в базе данных, а также определение шероховатости обработанной поверхности, которое позволяет при прочих равных условиях выбрать режущий инструмент. Разработаны структура и алгоритм работы информационно-поисковой системы режущего инструмента.
Шестая глава посвящена реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Основные положения диссертации были апробированы и доложены на 15 международных (Набережные Челны - 1995, 1996 1997, 2000; Минск - 1995; Тольятти - 1996, 1998; Севастополь -1998; Казань - 1999, Великий Новгород - 1999, Самара - 1999; Волгоград - 1999; Ижевск - 2000; Москва - 2000; Тула - 2002), 13 всероссийских (Альметьевск - 1996, 2001; Уфа - 1996; Миасс 1999, 2000, 2001, 2002; Арзамас - 1998; Казань - 1999; Москва - 1999; Набережные Челны - 1999; Тольятти - 2001), 5 региональных (Казань - 1996, 1999; Екатеринбург - 1998, 1999, 2000) и 1 межвузовской (Набережные Челны - 2002) научно-технических конференциях.
Итоги диссертационной работы были доложены и одобрены на заседаниях кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» (2000, 2001, 2002), кафедры «Технология производства двигателей» Казанского государственного технического университета имени Туполева А.Н. (1997, 2003), кафедры «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Камского государственного политехнического института (2003), кафедры «Технология машиностроения» Уфимского государственного авиационного технического университета (2003), технического совета ОАО «Автомобильный завод УРАЛ» (2003).
Результаты работы внедрены в:
• подразделениях ОАО КАМАЗ (04.06.97, 31.01.00, 11.06.02, 02.04.03);
• отделе главного технолога Производственного комплекса «Альметьевский насосный завод» ОАО «АЛНАС» (13.09.01);
• Производственное объединение «Елабужский завод легковых автомобилей» (04.03.02);
• ОАО Казанское моторостроительное производственное объединение (13.11.02);
• учебный процесс Камского государственного политехнического института (06.04.99);
• учебный процесс Альметьевского нефтяного института (10.11.99);
• учебный процесс Тольяттинского государственного университета (02.10.01);
• учебный процесс Казанского государственного техішческого университета имени А.Н. Туполева (31.10.01).
Работа выполнялась с 1995 по 2003 год на кафедрах «Инструментальная техника и технология формообразования» Московского государственного технологического университета «Станкин» и «Технология производства двигателей» Казанского государственного технического университета имени Туполева А.Н.
По тематике работы опубликовано 109 научных работ, из них две монографии, двенадцать статей, три доклада в трудах конференций, пять отчетов по выполненным госбюджетным научно-исследовательским работам, один отчет по хоздоговорной научно-исследовательской работе, 45 тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях.
Выражаю глубокую благодарность моим учителям: заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору, заведующему кафедрой «Инструментальная техника и технология формообразования» Московского государственного технологического университета «Станкин» Гречишникову Владимиру Андрее « вичу и заслуженному изобретателю СССР и РСФСР, академику АТН РФ, заслуженному деятелю науки Республики Татарстан, лауреату Государственной Премии Республики Татарстан доктору технических наук, профессору Казанского государственного технического университета имени А.Н.Туполева Юнусову Файзрахма-ну Салаховичу.
Способы формообразования винтовых поверхностей изделий
Для обработки винтовой поверхности детали применяются инструменты со сложным профилем образующей исходной инструментальной поверхности. Выбор инструмента зависит от применяемой схемы формообразования, имеющегося на предприятии технологического оборудования, требуемой точности и типа производства.
Так, при получении винтовых линейчатых или фасонных поверхностей с помощью резьбовых или фасонных резцов (рис. 1.6, а), резьбовых гребенок (рис. 1.6, б), метчиков (рис. 1.6. в), плашек (рис. 1.6 г), резьбонарезных головок (рис. 1.6, д) используется метод копирования с участием лишь одного сложного винтового формообразующего движения Фу(В3ПИ) или Фу(ВИПИ). Обработка винтовой поверхности методом копирования является наиболее трудоемким и осуществляется на универсальном токарном оборудовании в три приема: черновая, получистовая и чистовая.
В случае же получения глобоидного червяка с помощью чашечного обкаточного резца (рис. 1.6, е) реализуется метод огибания с участием сложного обкаточного движения формообразования Фу(ВИП3).
Метод огибшшя при формообразовашш винтовых поверхностей реализуется в случаях, когда их обработка осуществляется фрезерованием или шлифованием с применением фасонных (профильных) фрез и шлифовальных кругов. Так, дисковые фасонные фрезы и шлифовальные круги широко применяются при обработке резьбы (рис. 1.6, ж,з), ходовых винтов (рис. 1.6, и), червяков (рис. 1.6, /с), при фрезеровании и шлифовании стружечных канавок у концевых и цилиндрических фрез (рис. 1.6, л), у метчиков и сверл (рис. 1.6, м); пальцевые модульные фрезы и ков и сверл (рис. 1.6, .At); пальцевые модульные фрезы и шлифовальные круги - при обработке зубчатых цилиндрических колес с косыми (винтовыми) зубьями и цилиндрических червяков (рис. 1.6, н); многониточные гребенчатые фрезы при фрезеровании (рис. 1.6, о) и многониточные шлифовальные круги при шлифова-гаш (рис. 1.6, п) коротких резьб. Во всех перечислегшых примерах метод огибания реализуется с участием двух движений формообразования - вращения инструмента ФУ(ВИ) и винтового движения
0s(B3n3) или 0s(B3nH). В этом случае профили винтовой и исходной шіструментальной поверхностей разлхгчны, что требует решения задачи по определению профиля образующей исходной инструментальной поверхности.
При обработке винтовых поверхностей у ходовых винтов, червяков, зубчатых цилиндрических колес с винтовыми зубьями, боковые поверхности которых представляют собой эвольвентно-винтовые поверхности, широко применяются обкаточные резцы, фрезы и шлифовальные круги, обеспечивающие получение профиля винтовых поверхностей методом огибания.
Так, при нарезании цилиндрических многозаходных червяков и ходовых винтов чашечным обкатным резцом (рис. 1.6, р), а также при зуботочении цилиндрических колес с винтовым зубом долбяком реализуется метод огибания в сочетании с копированием, а при фрезеровании червячными модульными фрезами (рис. 1.6, с) цилиндрических колес с винтовым зубом реализуется метод огибашш. Во всех перечислешшк случаях формообразование винтовых поверхностей осуществляется с участием двух движений формообразования - обкаточного Фу(ВиПзх)у обеспечивающего получение формы профиля образуемой поверхности методом обката, и винтового Ф3(ВиП32)у обеспечивающего совместно с обкаточным движением получение формы направляющей производящей линии образуемой поверхности, т.е. ее винтовой линии.
Обработка каналовой винтовой поверхности детали производится двумя методами: охватывающим фрезерованием на специализированном оборудовании, имеющимся не у всех предприятий; фрезерованием (шлифованием) дисковым инструментом на универсальном оборудовании. Обработка винтовой поверхности дисковым инструментом является наиболее распространенной в производстве и не требует применения специализированного оборудования. Профилирование дискового инструмента как для предварительной (дисковая фреза), так и для финишной обработки (шлифовальный круг) выполняется по единой схеме.
Все методы определения профиля образующей исходной инструментальной поверхности сводятся к двум группам методов или их комбинации: использующих средства дифференциальной геометрии (аналитические, а в некоторых литературных источниках - дифференциальные [55]) и не использующих их (численные, графоаналитические, а в некоторых - недифференциальные [55]).
К первой группе относятся методы: общих нормалей, общих касательных, с использованием пространственной линии контакта [2, 13, 14, 22, 46, 56, 63, 70-77, 90-95, 99, 100-106, 114, 122, 136-138, 141-146, 150, 157, 169, 271-275, 278, 279, 297-299, 301, 304].
Вторую группу методов, изложенных в работах [6, 12, 20, 22, 27-35, 41-43, 44, 52-55, 133, 134, 135, 175, 266, 267-268, 276-277], можно назвать общим термином «метод совмещенных сечений».
В процессе обработки исходная инструментальная и винтовая поверхности имеют мгновенную линию контакта - характеристику. Одним из методов, применяющих средства дифференциальной геометрии, является метод общих нормалей, сутью которого является поиск общих нормалей в точках характеристики. Они всегда пересекают ось режущего инструмента, так как он представляет собой тело вращения.
Механическое моделирование винтовых поверхностей
Механическое моделирование является простейшим и наглядным видом моделирования. В качестве механической модели может служить само изделие, например, любой режущий инструмент с винтовой стружечной канавкой может служить моделью инструмента с винтовой поверхностью, имеющей другие геометрические размеры.
В общем случае целью механического моделирования сложной поверхности является имитация с максимально возможной точностью параметров сложных поверхностей изделия на примере наиболее распространенных профилей торцовых сечений и проработка создания возможных механизмов, передач с переменными характеристиками, в том числе и динамически изменяющимися.
При проектировании режущего инструмента для обработки сложной поверхности изделия решается задача по определению формы главной режущей кромки, которая из-за ненулевого переднего угла и угла наклона главной режущей кромки не совпадает с профилем формируемой поверхности изделия и с профилем образующей исходной инструментальной поверхности. Решение задачи по определению профиля образующей исходной инструментальной поверхности можно осуществить графическими, аналитическими или механическими способами. Механический является самым наглядным и доступным способом профилирования, но не является точным. В результате проведенных патентных исследований были выявлены устройства, которые моделируют геометрические параметры винтовых поверхностей, расположенных на цилиндре. Например, известна эталонная деталь [135], форма которой образована набором дисков с канавкой соответствующего профиля, установленных с возможностью поворота относительно базового элемента (оправки). С целью образования заданной винтовой поверхности на цилиндрической части диска со стороны, противоположной канавке, нанесена градусная шкала, но это решение не обеспечивает требуемой для инструментального производства точности углового разворота дисков, определяющей профиль винтовой поверхности. Прототипом предложенного устройства выбрана эталонная деталь, которая образована набором дисков. Для моделирования заданной винтовой поверхности на дисках выполнен участок с криволинейной поверхностью, соответствующей торцовому сечению моделируемой поверхности. Диски выполнены с радиальными отверстиями, через которые проходят две плоские ленты, жестко связанные с оправкой [31]. Недостатками описываемой модели являются: невозможность изменения диаметральных характеристик модели; невозможность точного моделирования параметров винтовой поверхности. На основании проведенных исследований предложено устройство, на которое был выдан Патент СССР [36], со следующей формулой изобретения: «Эталонная деталь, профиль которой образован набором дисковых элементов, установленных с возможностью поворота на оправке (базовый штифт), при этом дисковые элементы выполнены с криволинейной поверхностью, соответствующей торцовому сечению заданной винтовой поверхности, и с прорезями (отверстием) для элемента, предназначенного для разворота дисковых элементов, отличающегося тем, что, с целью расширения возможностей моделирования винтовых поверхностей, элемент для разворота дисковых элементов (поворотный штифт) выполнен жестким в форме конуса, а прорези (отверстия) в дисковых элементах выполнены круглой Формы, при этом дисковые элементы выполнены с диаметрами, изменяющимися по линейному закону».
Данное устройство обеспечивает возможность моделирования сложной поверхности изделия со всеми наперед заданными параметрами при максимально возможной высокой точности. Высокая точность обеспечивается жесткими допусками на изготовление дисковых элементов.
Дисковые элементы выполнены с диаметрами, изменяющимися по линейному закону, и на каждом из них профрезерованы и отшлифованы пазы в форме, соответствующей торцовому сечению моделируемых винтовых поверхностей. Жесткий элемент (штифт) может быть выполнен не только в виде конуса, как было указано в формуле изобретения, но и в виде цилиндра или какой-либо другой формы и устанавливается в отверстие. Каждый дисковый элемент имеет центральное отверстие, которое служит для беззазорного базирования дисковых элементов в составе пакета при сборке эталонной детали (рис. 2.2). Рис. 2.2. Дисковый элемент Модель состоит из комплекта дисковых элементов различного диаметра с определенной толщиной и криволинейными поверхностями, профиль которых соответствует торцовым сечениям абстрактного изделия с винтовой поверхностью, базирующиеся на базовом штифте без зазора. Диаметры дисковых элементов изменяются по линейному закону D = d + hn, где D- диаметр текущего дискового элемента; d - диаметр предыдущего дискового элемента; И - шаг изменения диаметра дискового элемента; п - номер дискового элемента. Изменение очередности размещения дисковых элементов различного диаметра на базовом штифте позволяет моделировать любой заранее заданный закон изменения образующей поверхности, на которой располагается винтовая канавка. Моделирование происходит благодаря полной выборке зазора между выполненным в каждом дисковом элементе отверстием и штифтом, который может быть любой формы при угловом смещении дисков относительно друг друга. Линейный закон изменения утла наклона винтовой канавки можно получить, регулируя величину зазора, применяя штифты конической формы (при моделировании конических винтовых поверхностей). На рис. 2.3, а представлена механическая модель в исходном положении (до моделирования) и после выполнения моделирования рис.2.3, б.
Круговое проецирование винтовых линий на осевую плоскость инструмента
При построении круговых проекций винтовых линий изделия необходимо задать диапазон значений изменения угла (р, определяющего положение радиус-вектора точки образующей. В наиболее точном приближении диапазоном изменения угла ф будет угол между двумя наиболее удаленными точками касания винтовой поверхности детали и инструментальной поверхности вращения.
Задача поиска касания винтовой поверхности на детали и поверхности вращения инструмента является сложной, так как требует решения пространственной задачи с применением численных методов. В практических целях нет необходимости точного определения зоны контакта, являющейся искомым диапазоном изменения винтового угла ф, достаточно определить угловую область, полностью включающую зону контакта винтовой поверхности детали и исходной поверхности вращения инструмента. Для этого достаточно определить угол между точками пересечения максимально торцового сечения инструментальной поверхности и эллипса, образованного пересечением этой плоскости наружного диаметра изделия . Профиль образующей исходной шіструмеитальной поверхности можно получить, выполнить круговое проецирование винтовых линий изделия на осевую плоскость режущего инструмента. На рисунках 3.2, 3.3 и 3.4 приведены расчетные схемы кругового проецирования винтовых линий на осевую плоскость режущих инструментов для обработки конической винтовой поверхности, цилиндрической каналовой и линейчатой винтовых поверхностей.
Образующая винтовой поверхности задана в системе координат X0Y0ZQ. Каждой точке образующей соответствует своя винтовая ЛИНИЯ ( в ,Ув,2в).
Полученная система (3.8) аналитически описывает круговые проекции винтовых линий на осевую плоскость инструмента. В результате проецирования формируется семейство круговых проекций винтовых линий, образованных всеми точками образующей винтовой поверхности. Искомый профиль представляет огибающую к полученному семейству кривых.
При профилировании образующей исходной инструментальной поверхности для конической винтовой поверхности получается семейство профилей исходной инструментальной поверхности, из которого надо выбрать одно, вносящее наименьшие погрешности при ее обработке. Для этого выполняется компьютерное моделирование (четвертая глава).
Огибающей семейства кривых называется такая кривая, которая в каждой своей точке касается некоторой кривой из заданного семейства, представленное в виде массива точек и их координат. Каждая точка имеет обозначение номера кривой, которой она принадлежит, и номера своего расположения на данной кривой. Методика определения огибающей семейства кривых разработана в работах [196, 215]. Она заключается в том, что две близкие кривые семейства, соответствующие значениям а и а + Да, имеют точки наибольшего сближения. Эти точки либо составляют точку пересечения двух кривых, либо расположены на таком расстоянии по нормали, что ее величина является бесконечно малой высшего порядка по отношению к Да. Если Да стремится к нулю, то кривая а + Да стремится слиться с кривой а и совершает огибание относительно геометрического места, в котором две кривые пересекаются или сближаются на относительно малое расстояние. Таким образом, если соединить такие точки кривой, то она будет являться огибающей к семейству кривых (рис. 3.5).
При решении задачи определения семейства кривых легко обнаружить, что они не имеют особых точек, затрудняющих построение огибающей, и в большинстве случаев две соседние кривые имеют общую точку пересечения, которую можно принять в качестве точки огибающей. Нахождение точек пересечения двух соседних кривых ведется методом последовательного перебора пар точек и пар сечений. Берется первая пара точек в первом сечении, затем последовательно ведется поиск пересечения с каждой парой точек второго сечения. Если точек пересечения, удовлетворяющих условиям, указанным выше, найдено не будет, то берется следующая пара точек первого сечения (вторая и третья). Процесс повторяется до тех пор, пока искомая точка не будет обнаружена. Он повторяется для каждой пары сечений, пока не будут обнаружены все точки, принадлежащие огибающей.
Данная методика пригодна при проектировании режущего инструмента второго порядка, обрабатывающего винтовую стружечную канавку осевых режущих инструментов первого порядка. Практическое использование данной методики для проектирования режущего инструмента, обрабатывающего винтовую дорожку качения шариковинтовых передач, показало, что она нуждается в дополнении, в связи с отсутствием оценки точности определения точек огибающей семейства кривых. На работ Панкратова Ю.М.1 и Ступко В.Б.2 предлагается дополнение к методике определения огибающей. Суть дополнения заключается в том, что строятся не только отрезки прямых, но и дуги окружностей, которые касаются трех расположенных подряд кривых из семейства. По выбранным трем начальным точкам на трех соседних кривых строится дуга окружности и определяются центр окружности С и кратчайшее расстояние из этого центра до каждой из этих трех кривых. По найденным точкам Г,2", 3" определяется центр С проходящей через них окружности, и процесс повторяется до тех пор, пока расстояние ЪС между положениями центров не окажется меньше величины наперед заданной точности 8. Средняя точка 2" принимается за точку, принадлежащей огибающей семейства, и процедура повторяется со смещением на одну кривую.
Для определения всех точек огибающей семейства кривых необходимо последовательно перебрать кривые и на каждой из них определить одну точку, которая принадлежит огибающей семейства (рис. З.б).
Для определения точки, принадлежащей огибающей, решается известная задача расчета координат центра окружности, проходящей через произвольно выбршгаые три точки на соседних трех кривых. При соединении трех точек отрезками получается треугольник, вписанный в окружность.
Определение аттестационных погрешностей компонентов технологической системы и их влияние на формирование погрешностей параметров установки инструмента относительно заготовки
Одной из важных задач при моделировашш процесса обработки винтовой поверхности является определение самих параметров установки режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. В работах В.А.Гречишникова [29] и С.И.Лашнева [100] приведены различные методики определения параметров установки режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Однако в этих методах не учитывается влияние компонентов технологической системы на формирование погрешностей параметров установки инструмента относительно заготовки. В то же время их можно использовать для анализа различных вариантов моделирования процесса обработки винтовой поверхности детали, в зависимости от значений параметров установки инструмента относительно заготовки. Более подходящей для этого является методика, приведенная в работе [29].
Положение режущего инструмента относительно профиля детали показано на примере обработки винтовой стружечной канавки концевой фрезы. Участок ab на профиле изделия (инструмент первого порядка) является образующей передней поверхности, а угол у v - передний угол в нормальном сечении. В точке а проводится касательная к профилю. Для того, чтобы в этой точке не было подрезания профиля, поверхности режущего инструмента детали должны иметь общую касательную и нормаль в этой точке. В рассматриваемом случае касательная совпадает с образующей передней поверхности аЪ. Касательная к профилю режущего инструмента располагается по отношению к его торцовой плоскости под углом т, минимальное значение которого 10-И5 (рис. 4.10).
При таком варианте установки дискового инструмента второго порядка относительно заготовки расположение нормалей к обрабатываемой передней поверхности, размеры и форма аксои-дов обработки таковы, что не всегда обеспечиваются правильные условия формообразования: нормали к поверхности могут не пересекать или касаться аксоидов обработки, или пересекать их в непоследовательном порядке. Это возникает вследствие того, что радиус кривизны плоского участка исходной инструментальной поверхности, сопряженного с обрабатываемой передней поверхностью, стремится к бесконечности и совпадению с касательной плоскостью к получаемой режущей кромке. При этом возникает погрешность формы получаемой передней поверхности (завалы, подрезание) (рис. 4.12.), что говорит о неблагоприятности данной наладки для формообразования передней поверхности винтовой стружечной канавки инструмента, несмотря на наличие теоретического обоснования наладки [131].
Поэтому, в качестве альтернативной, предлагается применять технологическую наладку, при которой обработка передней поверхности канавки производится периферийной (конусной) поверхностью угловой фрезы, радиус кривизны которой имеет конечную величину. Преимуществом данной схемы установки можно считать более правильные условия формообразования получаемой передней поверхности, которые уменьшают риск возникновения ее завалов и обеспечивают более предпочтительную форму для последующей заточки (плоскую либо вогнутую) (рис. 4.13).
Известно, что при некомпланарности векторов г , f и г " пространственной кривой, она расположена по две стороны от касательной плоскости, восстановленной к данной точке кривой. Касательной плоскостью кривой L называется такая плоскость Р, к совпадению с которой стремится плоскость Р , проходящая через три произвольные точки кривой (К, М, К), когда две любые из этих точек стремятся совпасть с третьей на этой кривой (рис. 4.14.).
Наличие номинальных и предельных значений параметров установки инструмента относительно заготовки позволяет выполнить многовариантное моделирование процесса обработки винтовой поверхности детали.
Исходными данными для имитации процесса обработки являются описание профиля образующей исходной инструменталь-ной поверхности, а также варианты параметров установки режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки.
Профиль образующей исходной инструментальной поверхности может быть задан в двух различных вариантах: 1. В виде массива точек [Ru,yu) в системе координат инструмента XJUZU; 2. В виде набора геометрических примитивов - точек, линий, дуг окружности. В первом случае задания образующей исходной инструментальной поверхности вращения, массив точек образующей определяется методом, подробно изложенным в предыдущей главе. При втором варианте задания, в виде геометрических примитивов (рис. 4.19), необходимо получить для каждого участка аналитические выражения и рассчитать требуемое для решения задачи количество точек.
