Способ обработки сложных поверхностей деталей

 

Использование: машиностроение, многокоординатная обработка пространственно сложных поверхностей деталей на металлорежущих станках. Сущность изобретения: обработку осуществляют лезвийным инструментом, который перемещают строками вдоль обрабатываемой поверхности с периодической подачей на очередную строку. Подачу на зуб инструмента вдоль строки прохода согласовывают с подачей на очередную строку прохода, исходя из условий, приведенных в описании. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при многокоординатной обработке пространственно-сложных поверхностей деталей на металлорежущих станках, имеющих большое (до 5-6 и более) одновременно управляемых от системы ЧПУ координат.

Известен способ обработки сложных поверхностей деталей прототип, осуществляемый лезвийным инструментом при точечном касании его исходной инструментальной поверхности с номинальной поверхностью детали, по которому инструменту придают главное движение резания, вводят в контакт с заготовкой и перемещают строками по ней с периодическим осуществлением движения подачи на очередную строку прохода [1] Существенными недостатками известного способа обработки сложных поверхностей деталей является малая производительность обработки и низкая ее точность.

Указанные существенные недостатки известного способа обработки сложных поверхностей деталей вызваны тем, что этот способ не предусматривает согласования движения подачи инструмента вдоль строки прохода с его подачей на очередную строку прохода. По этой причине допуск на точность многокоординатного формообразования сложной поверхности детали между составляющими результирующей погрешности формоообразования распределяется нерационально, что влечет за собой снижение эффективности обработки сложных поверхностей деталей.

Целью изобретения является повышение производительности обработки сложных поверхностей деталей и повышение ее точности.

Цель достигается тем, что по способу обработки сложных поверхностей деталей лезвийным инструментом при точечном касании его исходной инструментальной поверхности с номинальной поверхностью детали инструменту придают главное движение резания, вводят в контакт с заготовкой и перемещают строками по ней с периодическим осуществлением движения подачи на очередную строку прохода, при этом подачу на зуб инструмента вдоль строки прохода согласовывают с подачей на очередную строку прохода, а согласование подач осуществляют, исходя из выполнения условий: 0; (1) (1) < 0, (2) где Р(с) мгновенное значение производительности многокоординатного формообразования сложной поверхности детали; с параметр распределения допуска на точность многокоординатного формообразования (с безразмерная величина, изменяющаяся в пределах 0 ≅ c ≅ 1).

На фиг. 1 показана схема способа обработки сложных поверхностей деталей, реализуемого на шестикоординатном станке с ЧПУ; на фиг. 2 схема элементарного следа на номинальной поверхности детали после ее обработки по заявляемому способу обработки; на фиг. 3 схема элементарного следа номинальной поверхности детали после ее обработки с завышенной подачей вдоль строки прохода и, вследствие этого, заниженной подачей на строку прохода и заниженной производительностью формообразования; на фиг. 4 схема элементарного следа на номинальной поверхности детали после ее обработки с заниженной подачей вдоль строки прохода и, вследствие этого, завышенной подачей на строку прохода и заниженной производительностью формообразования.

По способу обработки сложная поверхность 1 детали 2 обрабатывается лезвийным инструментом 3. Исходная инструментальная поверхность И применяемого лезвийного инструмента 3 касается номинальной поверхности 1 детали 2 в точке К. Инструменту 3 придают главное движение резания вращательное движение вокруг своей оси с постоянной угловой скоростью В_и. После этого инструмент 3 подводят к заготовке, вводят в контакт с ней и перемещают строками 4 по номинальной поверхности детали со скоростью поступательного движения подачи П_в вдоль строки прохода. После этого инструмент 3 подводят к заготовке, вводят в контакт с ней и перемещают строками 4 по номинальной поверхности детали со скоростью поступательного движения подачи П_в вдоль строки прохода. После окончания обработки очередной строки на поверхности 1 детали 2 осуществляют периодическое движение подачи П_п поперек строки прохода на величину Н шага между строками последовательных проходов для осуществления обработки строки очередного прохода. Необходимая кинематика многокоординатного формообразования способа обработки сложных поверхностей деталей легко реализуется на станках, имеющих не менее трех одновременно управляемых от системы ЧПУ координат, но лучше, когда их число не менее шести: три поступательных П_x, П_y и П_z вдоль каждой из осей координат станка с ЧПУ и три вращательных B_x, B_y и B_z вокруг каждой из них. Подачу на зуб П_в инструмента вдоль строки прохода согласовывают с подачей П_п на очередную строку прохода таким образом, чтобы выполнялись условия: 0; (3) < 0 (4) где Р(с) мгновенное значение производительности многокоординатного формообразования сложной поверхности детали; с параметр распределения допуска на точность многокоординатного формообразования (с безразмерная величина, изменяющегося в пределах 0 ≅ c ≅ 1).

Условия (3) и (4) в развернутом виде можно получить следующим образом.

На точность многокоординатной обработки сложной поверхности детали Д задается допуск [h] указываемый в чертеже детали, либо в технических условиях на ее обработку. Результирующая погрешность h_Σформообразования сложной поверхности Д не должна превышать допуск на точность формообразования, т.е. всегда должно выполняться условие h_Σ ≅ [h] При многокоординатной обработке на станке с ЧПУ сложной поверхности детали лезвийным инструментом с точечным касанием его исходной инструментальной поверхности И с номинальной поверхностью детали Д результирующую погрешность h_Σ определяют суммой двух составляющих: погрешностью h_B, равной высоте волнистости реальной поверхности детали, образованной вдоль строки прохода лезвийного инструмента по поверхности детали, и погрешностью h_П, равной высоте огранки реальной поверхности детали, образованной поперек строк последовательных проходов инструмента по поверхности детали, т.е. считают, что: h_Σ h_в+h_п;
[h] [h_в]+[h_п] (5) где [h_в] и [h_п] допуски на величины элементарных составляют h_в и h_презультирующей погрешности h_Σ
Мгновенное значение производительности Р многокоординатного формообразования сложной поверхности детали определяется мгновенными значениями подач П_в и П_п, а именно:
P=П_в ˙ П_п ˙sin ζ (6) где ζ угол между направлениями подач П_в и П_п.

Из формулы (2) на с. 140 в статье: Радзевич С.П. Об образовании регулярного микрорельефа при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы. Известия ВУЗов СССР. Машиностроение, 1985, N 5, с. 138-142, следует, что
П_п= 2R_д.пarccos (7)
где R_д.п. и R_и.п. рассчитываемые по известным формулам радиусы кривизны в точке К нормальных сечений поверхностей Д и И, измеренные в плоскости, перпендикулярной направлению строки прохода;
[h_п] допуск на величину погрешности.

Аналогично из формулы (4) на с. 144 в статье: Радзевич С.П. Образование регулярного микрорельефа при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы. Сообщение 2. Известия ВУЗов СССР. Машиностроение, 1985, N 9, с. 141-146, следует, что:
П_в= 2R_д.вarccos (8)
где R_д.в и R_и.в рассчитываемые по известным формулам радиусы кривизны в точке К нормальных сечений поверхности Д и поверхности, образованной движением режущей кромки инструмента, измеренные в плоскости, касательной к направлению строки прохода;
[h_в] допуск на величину погрешности h_в.

Таким образом зависимости (7) и (8) можно считать известными, в связи с чем их вывод здесь не приводится.

В соответствии с (6) для увеличения производительности формообразования Р следует увеличивать подачи П_в и П_п. Увеличение подачи П_в до П'_в неизбежно ведет к увеличению составляющей h_в до h'_в и при заданном допуске [h] в соответствии с (5) к уменьшению h_п до h'_п и, как следствие, к уменьшению П_п до П'_п. Справедливо и обратное: увеличение подачи П_п до П''_п ведет к увеличению составляющей h_п до h''_п и при заданном допуске [h] в соответствии с (5) к уменьшению h_в до h''_в и, как следствие, к уменьшению П_в до П''_в. В первом случае величина подачи Н на строку прохода уменьшается до H', а во втором увеличивается до H". Одновременно с этим длина L формообразованного одной режущей кромкой участка поверхности Д в первом случае увеличивается до L', а во втором уменьшается до L".

Поскольку увеличение подачи П_в и П_п не является самоцелью, а должно быть направлено на увеличение производительности многокоординатного формообразования, то требуется, во-первых, согласовать между собой подачи П_в и П_и и, во-вторых, согласовать их друг с другом так, чтобы наилучшим образом распределить допуск [h] между составляющими [h_в] и [h_п] результирующей погрешности формообразования, при котором производительность многокоординатного формообразования достигает своего максимума.

Для этого выразим составляющие [h_в] и [h_п] через допуск [h] на результирующую погрешность h_Σ многокоординатного формообразования. Получим:
h_п= c [h] (9) h_в=(1-c) [h] (10) где с параметр распределения допуска на точность многокоординатного формообразования это безразмерная величина, изменяющаяся в пределах 0 ≅ c ≅ 1.

Формулы (9) и (10) находятся в полном соответствии с зависимостью (5).

Если подставить (9) в (7), а (10) в (8) и после этого (7) и (8) в (6), то после преобразований получим, что производительность многокоординатного формообразования Р зависит от параметра с, т.е. Р=Р(с) и равна:
( 2R_д.пR_д.вarccosarccos(11)
где ζ угол между направлениями подач П_в и П_п; A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆, A₇ и A₈ переменные величины, зависящие от параметров процесса многокоординатного формообразования и равные:
A₁R_д.п.|
A₂=2R_д.п.(R_д.п.+R_и.п);
A₃=(R_д.п.+R_и.п.)signR_д.п.

A₄=2R_д.п.(R_д.п.+R_и.п.);
A₅ ( [h] + R_д.в.|
A₆ 2R_д.в. ( R_д.в. + R_и.в.) + 2[h]R_д.в.|+[h²]
A₇=(R_д.в.+R_и.в.)signR_д.в.;
A₈=2(R_д.в.+R_и.в.)(R_д.в.+[h]signR_д.в.),
введенные для упрощения записи формулы (11).

Из (11) следует, что если подачи П_в и П_п согласовать между собой так, чтобы выполнялись условия (3) и (4), то тем самым гарантировано будет достигнуто увеличение производительности многокоординатного формообразования сложных поверхностей деталей на станках с ЧПУ.

Если ставится задача при неизменной производительности формообразования сложных поверхностей деталей увеличить ее точность, то очевидно, что это гарантированно будет обеспечено при согласовании величин подач П_в и П_п в соответствии с рассмотренным способом.

П р и м е р. Обрабатывается лопасть гребного винта на пятикоординатном станке мод. КУ-352. Материал заготовки бронза. Обработка производится торцовой фрезой, оснащенной пластинками твердого сплава ВК8. Допуск на точность обработки [h]0,01 мм. В процессе обработки направления подач П_в и П_п взаимно перпендикулярны, т.е. ζ90^о.

Участок поверхности детали с параметрами R_д.в.=100 мм и R_д.п.=20 мм обрабатывается инструментом, локальный участок исходной инструментальной поверхности которого имеет параметры: R_и.в=10 мм, R_и.в.=50 мм. Для такого случая обработки переменные A₁, A₂₉ A₈ будут соответственно равны:
A₁= 20; A₂= 2800; A₃=70; A₄=2800; A₅=100,01; A₆=2202,0001; A₇=110; A₈= 1400,14.

Дифференцируя (11) по параметру с и решая полученное уравнение относительно с (это выполняется численными методами на ЭВМ), имеем с=0,65. Подставив это значение с в (11), находим, что в этом случае мгновенная производительность формообразования составляет Р=121,77 мм² в единицу времени. Таким образом, в соответствии с заявленным способом подачи П_в и П_п согласовывают друг с другом, исходя из распределения допуска [h] между [h_п] и [h_в] в соответствии с с=0,65.

Если подачи П_п и П_в согласовывать, то допуск [h] будет распределен между [h_п] и [h_в] произвольно и параметр с может принимать любое значение. Так, если считать, что с=0,45, то аналогично изложенному выше для рассматриваемых условий обработки получим Р=101,31 мм² в единицу времени.

Таким образом, абсолютно без каких-либо дополнительных затрат, а только за счет правильного согласования подач способ позволил увеличить производительность обработки на 100%20,2%
Такое увеличение производительности формообразования существенно повышает эффективность обработки на мгнокоординатных станках с ЧПУ, поскольку дорогостоящим является не только оборудование с ЧПУ, но и технологическая подготовка обработки на нем.

Применение способа обработки сложных поверхностей деталей позволит увеличить производительность обработки сложных поверхностей деталей и повысить ее точность.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ лезвийным инструментом при касании его исходной инструментальной поверхности с номинальной поверхностью детали в одной точке, при котором инструменту сообщают главное движение резания, перемещение строками по обрабатываемой поверхности с заданной подачей на зуб инструмента и периодическую подачу на очередную строку прохода, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности обработки, подачу на зуб инструмента при перемещении по строке и подачу на очередную строку прохода согласовывают друг с другом исходя из условия

где P(C) мгновенное значение производительности многокоординатного формообразования сложной поверхности детали;
C параметр распределения допуска на точность многокоординатного формообразования (C безразмерная величина, изменяющаяся в пределах 0 ≅ C ≅ 1).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4