Исследование формообразования кабошонов из янтаря на кинематической модели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование формообразования кабошонов из янтаря на кинематической модели

Б.П. Борисов, М.В. Смирнова, К.С. Новиков, А.О. Балашов

Аннотации

На основе анализа существующих теорий формообразования сложнопрофильных поверхностей разработаны теоретические подходы, кинематическая модель и методика исследований, которые позволяют сравнить достоинства и недостатки существующих специализированных станков по обработке кабошонов и предложить усовершенствованную кинематическую структуру данных станков.

Ключевые слова: формообразование, исследования, янтарь, кабошон, погрешности формы, кинематическая модель, кинематическая структура

ТНЕ RESEARCH OF PROCESS FORMATION OF THE FORM OF CABOCHONS FROM AMBER ON THE KINEMATIC MODEL

B.P. Borisov, M.V. Smirnova, K.S. Novikov, A.O. Balashov

Theoretical approaches, kinematic model and procedure of the studies are developed on the basis of analysis of the existing theories of forming complex-profile surfaces. These developments make possible to compare the advantages and disadvantages in the existing special-purpose machine tools on grinding of cabochons and to propose the improved kinematic structure of data of machine tools.

Кабошон представляет собой тело, ограниченное базовой плоскостью и поверхностью, имеющей, как правило, сложный профиль. Профильная поверхность кабошона разнообразна, номенклатура профильной поверхности кабошона достаточно широка [1].

Если профильная поверхность представляет собой сочетание отдельных участков, плавно переходящих друг в друга, и эти участки являются участками геометрически правильных объемных тел (шар, цилиндр, тороид и т.п.), то можно говорить об идеальной геометрической форме профильной поверхности. Назовем такие кабошоны «идеальными» (рис.1).

Рис.1. «Идеальный» кабошон

Рис.2. Асимметричный кабошон со смещенной вершиной

Пересечение профильной поверхности с базовой плоскостью представляет собой некоторую линию, которую назовем базовым профилем кабошона. Наиболее тиражируемым называется кабошон, базовым профилем которого является овал.

Овал симметричен относительно оси вращения. Однако с художественно-эстетической точки зрения наибольший интерес представляют кабошоны асимметричной формы (рис.2). Это наиболее сложная форма кабошона, когда геометрический центр смещен относительно оси вращения на некоторую величину ДК.

Следует отметить, что существующее оборудование позволяет получить идеальную профильную поверхность кабошонов лишь весьма ограниченной номенклатуры. В большинстве случаев наблюдаются погрешности формы (см. рис. 1,2), что удорожает производство кабошонов или даже приводит к неустранимому браку. Это требует исследований данных погрешностей профильных поверхностей кабошонов и предложений по их устранению. кабошон станок сложнопрофильный

Ранее нами были представлены исследования на графопостроителях, с помощью которых, задаваясь базовым профилем кабошона, были построены соответствующие профили копиров [2], что позволило повысить точность базовых профилей кабошонов. Используя аналогичные подходы, нами была разработана плоская кинематическая модель (рис.3). Данное устройство состоит из следующих деталей: 1 - основание; 2 - сменное лекало; 3 - эталон базового профиля кабошона; 4 - вычерка; 5 - планка (имитация качающегося корпуса), 6 - штатив с линейкой, по которому перемещается карандаш.

Рис.3. Плоская кинематическая модель и полученные на ней вычерки

Принцип работы кинематической модели заключается в следующем. На основании 1 с помощью штифтов и винтов монтируется сменное лекало 2, имитирующее упорный ролик. Заготовка для вычерки 4 в виде диска (например, из плотной бумаги, ватмана) устанавливается на верхнюю ось планки 5. На эту же ось монтируется копир, который неподвижно связан с заготовкой вычерки 4 (например, путем наклеивания). При этом оси заготовки 4 и копира 3 совмещены. Оператор поворачивает копир 3 на шаговый угол и одновременно прижимает его к наружной поверхности лекала. При этом заготовка вычерки также поворачивается на этот же шаговый угол и занимает конкретное положение относительно внутренней поверхности лекала. Далее острозаточенным карандашом, прижимая его к внутренней поверхности лекала, проводят линию на заготовке. Поворачивая копир на следующий шаговый угол, повторяют данную операцию. Таким образом, имеем на вычерке множество кривых линий. Проводя огибающую, получаем искомый профиль кабошона, выполненный в масштабе.

С помощью данной модели, задаваясь уже вычерченным профилем копира, строили соответствующие профильные кривые в заданных сечениях по высоте профильной поверхности. Эти кривые оцифровывались на компьютере, и далее воссоздавалась объемная модель профильной поверхности кабошона. На ее основе проводилась оценка возникающих погрешностей формы.

В результате исследований на кинематической модели были выявлены погрешности, которые являются общими для любой формы кабошона. Наиболее характерные из них это запилы на вершине кабошона в виде плоских площадок (восьмерки, трилистники), а также плоские участки на боковой поверхности. Эти погрешности относительно размеров кабошона невелики, однако они оказывают существенное воздействие на эстетическое восприятие и требуют дополнительных технологических операций по их устранению.

Анализ погрешностей, возникающих при обработке кабошонов, позволяет классифицировать их следующим образом:

- погрешности, связанные с равномерностью припуска на заготовке;

- погрешности, связанные с точностью наклейки заготовки на оправку;

- погрешности базирования оправки в установочно-зажимных элементах станка;

- погрешности, связанные с точностью и жесткостью самого станка;

- погрешности, связанные с особенностями формообразования и методами получения производящих линий.

Если первые четыре типа погрешностей могут быть устранены или уменьшены традиционными методами, то погрешности, связанные с формообразованием, требуют изменения самих методов получения производящих линий.

Задача дальнейших исследований состоит в выяснении закономерностей образования именно этих погрешностей и модернизации кинематической структуры специализированных станков.

Для обработки кабошонов используются станки, которые называются кабошонерками. Имеется несколько конструкций подобных станков, которые отличаются по кинематической структуре, методам получения производящих линий и реализуемым на них способа формообразования [3,4].

В результате анализа формообразования и исследований на кинематической модели предложена новая кинематическая структура специализированного станка для обработки кабошонов, которая обеспечивает повышенную точность и уменьшение погрешностей (рис.4).

Согласно данной кинематической структуре заготовка обрабатывается торцом алмазного круга. Образующая и направляющая линии получаются методом касания. Принципиальным отличием предложенной схемы является способ задания траектории формообразующего движения подачи. Здесь движение подачи представляет собой сочетание поворота и поступательного движения каретки - Фs₂ (В₄П₅).

Рис.4. Модернизированный специализированный станок для обработки кабошонов

К достоинствам схемы можно отнести: применение простого устройства задания производящих линий (копиры и упоры); применение одного и того же плоского круга, работающего торцевой поверхностью для всех типоразмеров кабошонов; простоту расчета и изготовле-ния копира; универсальность - возможность обработки изделий с широкой номенклатурой базовых профилей; повышенную точность геометрических параметров кабошонов.

Схема легко поддается автоматизации за счет введения механизированного при-вода движений В₂ и В₄.

Таким образом, в результате работы достигнуто следующее:

1) выявлены закономерности формообразования типовых базовых профилей и некоторые характерные погрешности профильной поверхности кабошонов;

2) предложена методика, разработана и изготовлена кинематическая модель для исследования погрешностей;

3) на основе анализа кинематических структур действующих станков разработана кинематическая структура кабошонерки, которая обеспечивает расширенные технологические возможности станка и повышенную точность.

Список литературы

1. Борисов Б.П. Формообразование кабошонов из янтаря / Б.П. Борисов, М.В. Жданова // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении: международная научно-техническая конференция (20-23 июня): сборник докладов / КГТУ. - Калининград, 2006. - С. 66-71.

2. Борисов Б.П. Графоаналитические исследования профиля копиров для производства кабошонов из янтаря / Б.П. Борисов, Ю.Ф. Правдин, М.В. Жданова, А.И. Бахтин // Детали машин и трибология: международный сборник научных трудов / КГТУ. - Калининград, 2005. - С. 38-48.

3. Борисов Б.П. Кинематическая структура полуавтомата для обработки кабошонов из янтаря / Б.П. Борисов, Ю.Ф. Правдин, В.В. Алешкевич // Автоматизация технологических процессов / КГТУ. - Калининград, 2002. -

С. 89 - 93.

4. Борисов Б.П. Кинематическая структура полуавтомата для обработки кабошонов из янтаря /Б.П. Борисов, Ю.Ф. Правдин, В.В. Алешкевич // Автоматизация технологических процессов: сборник научных трудов. - Калининград: КГТУ, 2002.- С.94-100.

Размещено на Allbest.ru