Классификация методов формообразования поверхностей при изготовлении детали

ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 1

технические науки

УДК 621.9.01: 658.512 В.Е. Лелюхин

ЛЕЛЮХИН ВЛАДИМИР ЕГОРОВИЧ - кандидат технических наук, и.о. доцента кафедры технологий промышленного производства Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: lel@mail.ru

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛИ

Предлагается оригинальная классификация методов формообразования поверхностей. Каждому методу соответствует однозначное множество (набор) формообразующих движений в сочетании с конфигурацией режущей кромки инструмента. Классификация является одним из шагов в развитии теории синтеза всех возможных кинематических схем обработки поверхностей деталей. Ключевые слова: классификация, методы формообразования, обработка резанием, формализация проектирования, проектирование технологии, синтез методов обработки

classification of methods for producing of surfaces required form for production details. Vladimir E. Lelyukhin (Far-Eastern Federal University, Vladivostok).

This paper aims to show that the traditional method of contact, which was associated with milling, contains three methods of forming surfaces (trace method, a method of copying and Generating). The proposed classification eliminates the ambiguity in the definition of the correspondence between the type of treatment and method of formation.

The original classification of methods of forming surfaces is proposed. For each method, there is one set of formative movements in conjunction with the configuration of the tool tip. The classification is a step in the development of the theory of kinematic synthesis of all possible schemes of surface treatment of parts. Key words: classification, methods of forming, machining, the formalization of the design, design technology, synthesis methods of processing.

Одним из важных вопросов теории и практики технологического проектирования является определение методов формообразования поверхностей детали [1, 4, 5]. Под таким методом понимается способ обработки резанием определенного вида поверхностей со свойственными ему параметрами точности формы, размера и шероховатости, например, точение, строгание, сверление, фрезерование и т.д.

Каждому из этих способов соответствует вполне определенная схема формообразования обрабатываемой поверхности, которая реализуется благодаря строго определенной конструкции режущих частей инструмента и их движений относительно обрабатываемой заготовки. Цель статьи - показать, что традиционный метод касания, с которым связывают фрезерование, включает три метода (следа, копирования, обката) формообразования поверхностей. Предложенная классификация исключает неоднозначность в определении соответствия между видом обработки и методом формообразования.

© Лелюхин В.Е., 2012

Для отображения, описания и образования поверхностей как объектов инженерного исследования преимущественно используются каркасный и кинематический способы.

Каркасный способ рассматривает поверхность как совокупность некоторого конечного числа линий, образующих дискретный каркас. Точки и линии каркасной поверхности, не лежащие на линиях каркаса, могут быть построены аппроксимацией.

Кинематический способ представляет поверхность как совокупность всех последовательных положений образующей линии, которая перемещается в пространстве по определенному закону. Закон перемещения образующей отображается в виде некоторой линии, называемой направляющей.

В отечественной литературе комплекс движений формообразования в металлорежущих станках наиболее часто связывается с кинематическим способом [2, 3, 6].

Обработку любой элементарной поверхности можно представить с некоторой степенью условности в виде перемещения образующей линии по направляющей. Эти линии принято называть производящими [2, 3]. Для каждого вида поверхности можно установить такие совокупности относительных движений заготовки и инструмента, которые воспроизводят образующие и направляющие линии, соответствующие требуемой форме.

Во всех случаях виды образующей и направляющей линий можно менять местами, что порождает варианты различных схем формирования какой-либо поверхности. Например, цилиндрическая поверхность может быть образована как перемещением окружности по прямой, так и перемещением прямой по окружности.

Источником (генератором) формообразующих движений является станок, который передает эти движения заготовке и инструменту посредством своих рабочих звеньев. Движения инструмента относительно заготовки в процессе резания принято делить на главное движение и движение подачи [2, 3, 4].

Главное движение - прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью, т.е. главным считается то, которое обеспечивает срезание стружки. При обработке деталей резанием, как правило, именно главные движения требуют наибольшей мощности привода.

Движение подачи - прямолинейное, криволинейное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, предназначено для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.

Оба эти движения может совершать как заготовка, так и инструмент, причем каждое из них может воспроизводить образующую и направляющую линии.

В металлорежущих станках для образования производящих линий в основном используются два вида простых движений - вращение и прямолинейное перемещение. Сложные пространственные формы обрабатываемых поверхностей получаются либо в результате выполнения некоторого числа согласованных простых движений, либо за счет применения режущих инструментов со сложным профилем режущей кромки.

Согласно общепринятой в теории металлообработки классификации, существуют четыре метода образования производящих линий: следа, копирования, касания и обката [1, 2, 3].

Метод следа заключается в том, что образующая и направляющая линии являются следом движущейся точки

перпендикулярно к ней [2, 3]. Метод следа ассоциируют со следующими видами обработки: продольное и торцевое точение, растачивание, строгание, сверление, развертывание, зенке-рование, долбление.

Метод копирования состоит в том, что проекция режущей кромки инструмента соответствует форме образующей обрабатываемой поверхности детали. Направляющая линия воспроизводится перемещением заготовки относительно инструмента [1]. К методу копирования относятся такие виды обработки, как точение фасонными резцами, протягивание, прошивка, нарезание резьбы.

Метод обката реализуется в том случае, когда образуемая поверхность является огибающей поверхностью при качении без скольжения производящей реальной поверхности по образуемой или по какой-либо другой поверхности [3]. Применяется при обработке цилиндрических зубчатых колес: рейкой, долбяком, червячной фрезой, а также прямозубых конических зубчатых колес резцами и конических зубчатых колес с криволинейными зубьями - зуборезными головками.

Метод касания основан на получении поверхности в результате многократного касания заготовки режущей кромкой инструмента. Лезвие инструмента при движении создает ряд вспомогательных геометрических поверхностей (как правило, кусочков дуги), непрерывно касающихся образуемой поверхности. В этом случае производящая линия отрывается (отходит) от образуемой поверхности, чтобы коснуться ее в другом месте [3]. Наглядным примером этого метода является фрезерование периферией цилиндрической, концевой или дисковой фрезы [2, 3].

Анализ видов обработки резанием показывает, что при фрезеровании (метод касания) непрерывное главное движение, обеспечивающее отделение стружки от заготовки, заменяется серией кратковременных воздействий инструмента на заготовку. Для получения одной производящей линии (отождествим ее с образующей) требуется два движения. Как правило, одним из них обязательно является вращение инструмента.

Рассмотрение совокупности направляющих движений свидетельствует о том, что метод касания охватывает три различных варианта реализации, которые в точности соответствуют трем предыдущим методам (следа, копирования и обката). Например, фрезерование плоскости фрезой с островершинными зубьями так же, как и строгание островершинным резцом, соответствует методу следа; фрезерование периферией цилиндрической фрезы, как и строгание широким резцом, - методу копирования (в этом случае подача заменяется множеством точек режущей кромки инструмента); фрезерование зубьев червячной фрезой, аналогичное строганию зубьев рейкой, - методу обката.

В каждом из приведенных примеров разница между строганием и фрезерованием заключается в различии движений по образующей. В процессе строгания (точения, сверления и т.д.) стружка отделяется от заготовки в результате непрерывного воздействия режущего инструмента по всей длине рабочего хода. При фрезеровании же материал отделяется от заготовки кусочно и практически образующую поверхности можно рассматривать в виде множества точек (вернее, дуг) касания режущей кромки инструмента, для получения которых требуется сочетание двух движений — вращательного (главного) и прямолинейного поступательного (собственно движения по образующей).

Таким образом, набор движений, необходимых для реализации образующей, может служить критерием для разделения методов формообразования на две группы.

К первой следует отнести методы, в которых для воспроизведения образующей достаточно одного прямолинейного или кругового движения (строгание, протягивание, точение

Методы формообразования: непрерывные (а - следа, б - копирования, в - обката); дискретные (г - следа, д - копирования, е - обката). V - главное движение по образующей, обеспечивающее скорость резания материала; Sо - движение подачи по образующей; Sн - движение подачи по направляющей

сверление, и др.), а поскольку здесь снятие стружки осуществляется непрерывно по всей длине образующей, назовем эти методы непрерывными.

Во вторую группу входят методы, в которых образующая получается сочетанием двух движений (фрезерование, вихревое точение, шлифование периферией круга и др.). Учитывая, что образующая формируется в результате многократного дискретного отделения стружки от заготовки, назовем эту группу методов дискретными. Предлагаемая классификация методов формообразования поверхностей показана на рисунке.

На рисунке видно, что каждой из указанных групп (непрерывные и дискретные) соответствует три метода формообразования (метод следа, метод копирования и метод обката). При этом методы отличаются друг от друга исключительно спецификой формирования (реализации) направляющей ($н) и вполне укладываются в рамки общепринятой классификации [2, 3].

Различие групп заключается в том, что образующая для непрерывных методов (см. рисунок а, б и в) представляет собой одно непрерывное (главное -V) движение, а для дискретных (см. рисунок г, д и е) формируется как сочетание двух движений: вращения (V) и движения подачи (вспомогательное перемещение $о).

На основе такой классификации каждому из методов формообразования несложно подобрать соответствующий набор режущих инструментов, а также виды обработки.

Предлагаемая классификация позволяет для наиболее распространенных поверхностей (плоскость, цилиндр и шар) однозначно определить все возможные кинематические схемы формообразования поверхности, т.е. сочетания формообразующих движений и геометрических параметров режущей кромки инструмента, что является весьма важным при автоматизации проектирования технологических переходов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Комаров В.А. Математическое моделирование технологических операций механической обработки поверхностей деталей лезвийными инструментами: уч. пособие. МГАПИ, 1998. 33 с.

2. Металлорежущие станки / под ред. В.К. Тепинкичиева. М.: Машиностроение, 1973. 472 с.

3. Металлорежущие станки: уч. для машиностроительных втузов / под ред. В.Э. Пуша. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.

4. Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории: моногр. Киев: Растан, 2001.592 с.

5. Старостин В.Г., Лелюхин В.Е. Формализация проектирования процессов обработки резанием. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

6. Федотенок А.А. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.: Машиностроение. 1970. 403 с.