Математическое моделирование технологических операций механической обработки поверхностей деталей лезвийными инструментами (Учебное пособите по курсу: математическое моделирование технологических опер (стр. 2 из 5)

Инструмент в процессе обработки детали содержит несколько движений и каждое из них имеет свое конкретное назначение.

Срезание припуска с номинальной поверхности детали осуществляется слоями. Движения инструмента, при котором одна режущая кромка срезает один слой - называют движением резания или главным движением. Движение резания, где каждая последующая поверхность смещена относительно предыдущей, называется подачей. При выборе закона формирующих движений инструмента стремятся к тому, чтобы эти движения были наиболее простыми. Простые, легко осуществимые станком движения состоят из элементарных -прямолинейных и вращательных. Поэтому можно составить возможные принципиальные кинематические схемы, основанные на сочетании таких элементарных движений.

Сущность того или другого метода обработки определяется соотношением скоростей, осуществляемых при движении, и не зависит от того сообщается ли им движение резания и подачи инструмента или детали. Например, если при строгании движение резания сообщают резцу, то это соответствует обработке на поперечно - строгальном станке, а если детали то на продольно - строгальном станке. При сверлении на сверлильном станке вращательное движение резания совершает сверло, а на револьверном станке - деталь. Соответственно движение подачи может совершить как инструмент, так и деталь. Таким образом, для срезания припуска и формообразования поверхности детали инструмент должен совершать движения резания и подачи. Однако при обработке детали кроме этих движений инструмент осуществляет дополнительно несколько так называемых транспортных движений: подход к детали и отход от неё; холостые, обратные движения; переход от одной элементарной поверхности к другой и т.д. Эти последние не влияют на условия срезания припуска и формообразования детали, но влияют на производительность операций.

1.2. Методы формообразования поверхностей.

а) Метод копирования.

Этот метод состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей обрабатываемой поверхности детали (рис 3). Направляющая линия 2 воспроизводится перемещением заготовки

относительно инструмента. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определённого размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей детали на различных металлорежущих станках.

б) Метод следов.

Этот метод состоит в том, что образующая линия 1 является проекцией (следом) траектории движения точки (вершины) режущей кромки инструмента или траектории результирующего движения резания на плоскость вектора Ds(пр), а направляющая линия 2 проекцией (следом) этой же траектории на плоскости вектора Dг (рис 4). Оба движения резания формообразующие.

в) Метод касания.

Образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента (рис 5), а направляющая линия 2 поверхности касательная к ряду геометрических вспомогательных линий - траекториям точек режущей кромки инструмента. здесь формообразующим является только движение подачи. г) Метод обкатки (огибания).

.Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки (рис 6).

2. Определение новых способов механической обработки из принцнпиалыю - возможных и выбор наиболее эффективных с помощью ЭВМ.

2.1. Метод систематического определения новых эффективных

способов механической обработки.

Любой процесс обработки поверхности детали инструментом определяет кинематическая схема резания или формообразования. Уже в 40-х годах в работе Грановского Г.И. была дана классификация схем резания. Было установлено, что получение заданной геометрической формы поверхности возможно путем различных сочетаний вращательной и поступательных движений изделия и инструмента. Движения, сообщаемые механизмом станка, как инструменту, так и детали могут быть выражены принципиальными кинематическими схемами резания. В соответствии с принятой принципиальной кинематической схемой резания режущие элементы инструмента в процессе резания перемещаются относительного рабочего движения со скоростями, предопределяемыми кинематическим соотношением: инструмент изделия. На этом основании обработанные поверхности имеют своими образующими траектории относительного рабочего движения. Вследствие этого внешние, очертания контура обработанных поверхностей выражают характер последних на всем их протяжении или соответствующих отдельных участках. Отсюда следует, что с изменением принципиальной кинетической схемы резания и кинематического соотношения инструмент - изделие изменяются характер траектории и величина скорости относительно рабочего движения и одновременно с этим также и очертания образуемого им контура обрабатываемого изделия На основании изложенного Грановским Г.И. был предложен метод систематизации возможных схем обработки, данный в виде схем характеристических движений, которые были построены на основе двух элементарных движений, прямолинейного и вращательного.

Позднее в работе Коновалова Е.Г. был проведен анализ всех 8 групп кинематических схем резания таблицы, разработанной Грановским Г.И. Было установлено, что различие принципиальных кинематических схем резания основано на движениях обрабатываемой детали и инструмента. Разнообразные сочетания движений детали и инструмента образуют ту или иную схему или группы схем. Общность всех схем заключается в движении детали и инструмента. Так например, любое прямолинейное пространственное движение можно представить в виде движений по трем взаимно-перпендикулярным осям. Коноваловым Е.Г. было сделано заключение, что простые движения входящие в состав элементарных кинематических схем резания, по существу своему представляют часть сложного движения, входящего в .общую универсальную схему, в которой обрабатываемая деталь имеет в своей системе координат (ХоУоZо) три вращения и три поступательных движения вокруг и вдоль осей. Режущий инструмент также имеет в своей системе координат {Х2Y2Z2) аналогичные движения. Любая кинематическая схема резания, представляет собой лишь частный случай такой универсальной схемы. Используя выдвинутые положения, представим универсальную кинематическую схему формообразования в виде, изображенном на рис. 7. Предложенная схема несколько отличается от универсальной схемы Коновалова Е.Г. Однако, она ни в коей мере не теряет универсальности в результате следующих соображений, а именно. Любая кинематическая схема может .определить траекторию

относительного движения точки тела при движении двух систем вдоль существующих движений, поэтому наиболее сложная траектория движения может быть определена шестью степенями свободы или шестью движениями твердого тела в пространстве. Кроме того, два любых вращения в системах (ХоУоZо) и (Х2Y2Z2) при формообразовании по схеме Коновалова Е.Г. будут определять один относительный поворот систем в пространстве, величина которого зависит только от соотношения движений. Поэтому целесообразно два движения заменить одним, имеющим любую пространственную ориентировку по отношению к какой-либо временно неподвижной системе ХоУоZo. Аналогично следует поступить с прямолинейным движением.

Остановимся более подробно на построении общей кинематической схемы (рис 7.). Так как многообразие способов обработки достигается за счет комбинации движений, сообщаемых инструменту и заготовке, изменения величин скоростей, составляющих движений, и их взаимного расположения и направления, то универсальная кинематическая схема построена по следующему принципу. В схеме предусмотрена вспомогательная неподвижная прямоугольная система координат ХУZ с основными плоскостями R,V,H. Зафиксирована система координат детали ХоУоZо параллельная система ХУZ и удаленная от ее центра по оси ОY на произвольную величину радиуса г (движения вращения А), зависящую от размеров детали, определяющих положение теоретических точек обрабатываемой поверхности при принятой схеме базирования детали, контактирующих с режущей кромкой инструмента в точке О в исходной момент формообразования. При этом система координат ХоУоZо является исходной временно неподвижной системой, так как в основной ее плоскости R предусмотрено существование вращательного движения А, осуществляемого вокруг оси ОХ.

Временно неподвижные или подвижные системы координат Х1Y1Z1 и Х2У2Z2 Из них, система координат Х2У2Z2 является исходной системой координат инструмента. Она параллельна системе X1Y1Z1 и удалена от ее центра - контактной точки О по оси O1Х1 на произвольную величину радиуса К (движения вращения Б), зависящую от конструкций инструмента, и определяющую положение точки режущей кромки, контактирующей с теоретической поверхность детали в исходный момент формообразования. Промежуточная система координат детали и инструмента, зависящее от величин пространственных углов поворота системы X1Y1Z1 относительно ХУZ.

Таким образом, в универсальной кинематической схеме все разнообразие вариантов формообразования поверхностей при принятых схемах базирования деталей в системе ХоУоZо определяется шестью относительными движениями систем координат детали и инструмента, а именно:

а) равномерными вращениями подвижных систем координат по стрелкам А и Б при любом направлении вращения .

б) тремя равномерными поступательными движениями в направлении стрелок В,F,D в подвижной системе координат Х1У1Z1 при изменении направления каждого движения в противоположные стороны.