Применение деталей с рабочими поверхностями сложной пространственной формы является неотъемлемой частью современного машиностроения, к таким деталям относятся матрицы и пуансоны, рабочие поверхности штампов и пресс-форм, что является основой штампового и литейного производств. Производство деталей с пространственно- криволинейными поверхностями отличается технологической сложностью, трудоемкостью и высокой долей ручных доводочных операций.

В машиностроении для изготовления деталей сложной формы из металла обычно применяются механическая обработка, чаще всего фрезерование, на 3х и более координатных станках с ЧПУ с использованием управляющих программ, задающих траекторию движения инструмента.

Движение инструмента при обработке сложных пространственных поверхностей осуществляется по криволинейной траектории. При этом необходимо учитывать не только сложность поверхности, но и параметры удаляемого припуска, форму инструмента, сечение срезаемого слоя. Расчет траектории — одна из наиболее трудоемких вычислительных задач в области проектирования технологии [1]. Автоматизация этого процесса позволит:

- упростить процесс проектирования;

 - сократить сроки проектирования;

 - снизить трудоемкость и себестоимость продукции.

 Решением данной задачи является разработка математической модели расчета траектории движения инструмента при обработке сложных поверхностей. При построении траектории движения учитывается не только сложность обрабатываемой поверхности, но и форма и размеры режущего инструмента. При обработке сложных поверхностей фрезерованием применяются преимущественно цилиндрические или конусные сферические фрезы. Главным параметром таких фрез считается диаметр режущей части, 3-6 мм для черновой обработки, 1-3 мм для чистовой обработки [3].

Рационально для обработки объемных деталей применять метод послойного удаления материала с заданной глубиной резания [2]. Алгоритм построения траектории движения режущего инструмента с учетом формы инструмента:

Для каждой поверхности модели строится линия сечения на заданной глубине резания (Рис. 1), определяющую движение инструмента по оси Y;

2)    На заданной глубине определяется линия контакта режущего инструмента и поверхности, по координатам поверхности сложной формы 3D модели;

3)       Строится плоский контур движения настроечной точки инструмента — эквидистанта. В качестве настроечной точки инструмента выбирается центр сферы режущей части инструмента. На участках поверхности с различной кривизной расстояние от настроечной точки до поверхности может значительно меняться. Поэтому результирующий контур по отношению к контуру сечения, по сути, является эквидистантой переменной ширины (Рис.2);

1)   Полученные кривые сечений объединяются в непересекающиеся многосвязные контуры, определяющие в последствии стратегию обработки.

Таким образом, суть обработки сложных поверхностей сводится к расчету траектории движения настроечной точки режущего инструмента. Траектория движения определяется эквидистантой переменной высоты к профилю требуемой формы поверхности.

При обработке сложной поверхности сферической фрезой величина эквидистанты определяется по точке контакта поверхности и инструмента. Эквидистанта строится по координатам движения настроечной точки режущего инструмента. Для определения координат положения инструмента в каждой точке определяется угол касательной к окружности, представляющей собой сечение сферической режущей части инструмента в точке контакта инструмента и поверхности α.

Если принять координаты точки касания инструмента и поверхности в плоскости ХУ равными (х0;y0), то координаты настроечной точки инструмента в данный момент будут равны (x0+x;y0+y). Зная угол α радиус сферической части инструмента, мы можем рассчитать координаты как (x0+r*cosα; y0+r*sinα). И так для каждой точки траектории движения инструмента (Рис.3).

Таким образом, отталкиваясь от координат точек, составляющий требуемую форму поверхности, мы можем построить траекторию движения настроечной точки режущего инструмента, а затем и математическую модель обработки сложной поверхности.

 

 

Список литературы

 

 

1.     Аверченков В. И. Автоматизация проектирования технологических процессов: учеб. пособие для вузов / Аверченков В. И., Казаков Ю. М. – 2-е изд., стереотип. – М.: ФЛИНТА, 2011. – 229 с.

2.     Дружинский И.А. Сложные поверхности: Математическое описание и технологическое обеспечение: Справочник. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд- ние, 1985. - 263 с., ил.

3.     Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн. Кн. 1. / Ред. нем. изд.: Г. Шпур, Т. Штеферле; Пер. с нем. В.Ф. Колотенкова и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1985. – 616 с., ил.