20 ноября 2016г.
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.
