Модульне 3d-моделювання інструментів, процесу зняття припуску та формоутворення при фрезеруванні кулачків зі схрещеними осями інструмента та деталі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модульне 3d-моделювання інструментів, процесу зняття припуску та формоутворення при фрезеруванні кулачків зі схрещеними осями інструмента та деталі

Олена Слєднікова

Актуальність теми дослідження. Забезпечення високих показників точності та якості кулачків розподільних валів та текстильних машин при забезпеченні високої продуктивності їх обробки є актуальним завданням у машинобудуванні.

Постановка проблеми. Висока точність оброблених поверхонь кулачків розподільних валів та текстильних машин забезпечить правильну роботу вузлів та збільшить ресурс експлуатації.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У відомих способах фрезерування при обробці кулачків глибина різання різна, подача по контуру нерівномірна, що знижує продуктивність обробки та точність обробленої деталі.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Спосіб фрезерування кулачків розподільних валів та текстильних машин орієнтованим інструментом, який забезпечує високі показники точності та продуктивності обробки не розроблено.

Постановка завдання. Розробка нового способу фрезерування кулачків розподільних валів та текстильних машин зі схрещеними осями інструмента та деталі, що забезпечить підвищення точності оброблених поверхонь та продуктивність обробки.

Виклад основного матеріалу. Розроблено новий спосіб фрезерування кулачків розподільних валів, де обробка ведеться інструментом, висота якого менша довжини кулачка. Фрезерування кулачків розподільного валу виконується за один установ фрезою зі схрещеними осями її та деталі. При обробці кулачків забезпечується стабілізація зняття припуску та подачі по контуру, що підвищує точність та продуктивність обробки.

Висновки відповідно до статті. Запропонований новий спосіб фрезерування кулачків розподільних валів та текстильних машин зі схрещеними осями інструмента та деталі. Запропонована методика фрезерування криволінійних поверхонь на верстатах із ЧПК може бути застосована для процесів фрезерування різноманітних циліндричних поверхонь складного профілю зі схрещеними осями інструмента і деталі.

Ключові слова: фрезерування; модульне тривимірне геометричне моделювання; орієнтований інструмент; формоутворення; розподільний вал; кулачок текстильної машини.

Актуальність теми дослідження. Постійно підвищуються вимоги до точності та продуктивності обробки різноманітних циліндричних поверхонь складного профілю, які широко застосовуються в машинобудуванні, автомобілебудуванні, тракторобудуванні, суднобудуванні та інших галузях промисловості, зокрема, при виробництві устаткування для легкої промисловості. Розробка більш ефективних універсальних способів фрезерування деталей дозволить отримати високу продуктивність їх обробки при забезпеченні необхідної точності.

Постановка проблеми. Фрезерування є продуктивним способом обробки кулачків розподільних валів та текстильних машин тощо. Для забезпечення необхідної точності обробки циліндричних поверхонь складного профілю актуальним є вдосконалення наявних та розробка нових способів обробки зі схрещеними осями фрези і деталі.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У статті [1] розглянуто спосіб обробки деталі двома торцевими фрезами. У роботах [2; 3] наведені дослідження процесів фрезерування тіл обертання.

У роботі [4] проведені дослідження фрезерування деталей набором дискових фрез, недоліком є складність виготовлення інструменту.

На вітчизняних підприємствах [5] обробка кулачків відбувається на верстатах із ЧПК. При обробці кулачка деталь обертається, а інструмент здійснює зворотнопоступальний рух у горизонтальній площині, забезпечуючи обкатку профілю.

Відома фірма Junker (Німеччина) [6; 7] виконує обробку розподільних валів вузьким шліфувальним кругом 1, висота якого менша довжини опорних шийок (рис. 1). При обробці кулачків інструмент здійснює зворотно-поступальний рух у площині, яка проходить через вісь обертання інструмента 1 та деталі 2. Положення шліфувального круга 4, 5 при повороті кулачка 6, 7 зображено на рис. 2. Подача по контуру та глибина різання при цьому змінюються за координатою обробки, що зменшує продуктивність обробки та точність обробленої поверхні.

У роботах [8; 9] проведені дослідження процесу формоутворення при шліфуванні колінчастих та розподільних валів.

У статті [10] запропоновано спосіб обробки ступінчастого вала орієнтованою фрезою. При цьому чорнова обробка здійснюється торцевою поверхнею фрези та периферією зуба, а чистове фрезерування - периферією.

При використанні фрез, що оснащені пластинками з надтвердого матеріалу на основі кубічного нітриду бору [11; 12], забезпечується висока стійкість різального інструменту при чистовій обробці.

Дослідженню процесу обробки ступінчастих валів присвячені роботи [13-17].

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. При обробці кулачка під час обертання розподільного вала точка контакту інструмента з деталлю виходить із площини, яка проходить через осі обертання фрези та деталі, це приводить до зміни глибини врізання. Глибини врізання при цьому завжди більше величини припуску, що знімається. Це є причиною нерівномірності зняття припуску, знижує продуктивність і точність обробки.

Мета статті. Метою статті є дослідження процесу фрезерування кулачків розподільних валів та текстильних машин, розробка модульного 3D-моделювання. На базі аналізу модульного 3D-моделювання, створення нового способу фрезерування розподільного вала за один установ орієнтованим інструментом, який забезпечить стабілізацію зняття припуску та подачі по контуру.

Виклад основного матеріалу. Схема процесу фрезерування розподільного вала 2 повернутим на кут в інструментом 1, представлена на рис. 3, а. Обробка кулачків розподільного вала відбувається за один установ. На рис. 3, б зображено переріз А-А, при чистовій обробці зрізання всього припуску і відбувається периферією фрези, вісь повороту фрези знаходиться в точці А для забезпечення роботи всієї периферії фрези.

фрезерування вал кулачок

Рис. 3. Схема фрезерування розподільного вала зі схрещеними осями інструмента та деталі

При обертанні розподільного вала 1 на кут 0def (рис. 4, а, б) точка контакту 3 фрези 2 з кулачком розподільного вала 1 переміщується за рахунок синхронних вертикального і поперечного рухів інструмента Sinst, вона завжди перебуває в горизонтальній площині, яка проходить через вісь обертання фрези та центр кривизни деталі, це забезпечує постійну глибину різання та подачу по контуру.

Нерівномірне обертання розподільного вала при фрезеруванні кулачка стабілізує зняття припуску та подачу по контуру (рис. 5, б) в порівнянні з методом обробки з рівномірним обертанням (рис. 5, а).

Рис. 5. Подача по контуру

Це дозволить при фрезеруванні поверхонь на верстатах із ЧПК враховувати тільки форму деталі, виключаючи вплив радіуса інструмента і його знос на точність формоутворення. Завдяки чому підвищується продуктивність і якість обробки.

Модульну 3D-модель поверхні фрези описуємо циліндричним інструментальним модулем:

де fjj - радіус-вектор інструментальної поверхні фрези; - циліндричний інструментальний модуль формоутворення фрези; Є 4 - радіус-вектор початку координат [18]; Zif(k) - k-та осьова координата інструментальної поверхні фрези, 0if - кут повороту інструмента навколо осі OinstZinst, Rif(k) - k-тий радіус інструментальної поверхні фрези.

Інструментальний циліндричний модуль формоутворення фрези описується добутком однокоординатних матриць:

де М1, М2, М3, М4, М5, М6 - однокоординатні матриці, що описують переміщення вздовж осей Xinst, Yinst, Zinst та повороти навколо них OinstXinst, OinstYinst, OinstZinst, відповідно [19].

Номінальна поверхня оброблюваної деталі описується добутком радіус-вектора інструментальної поверхні фрези, модуля орієнтації та модуля формоутворення:

де в - кут нахилу фрези відносно вісі OinstYinst; Xct, Yct - міжосьова відстань фрези і деталі у вертикальній та горизонтальній площині відповідно; 0Df - кут повороту деталі; Zct - подача, яка описує рух деталі вздовж осі OdetZdet відносно фрези.

При обробці кулачка координати Xct, Yct змінюються і залежать від кутової координати повороту кулачка, при обробці ділянки кулачка, центр якої збігається з віссю розподільного вала Xct дорівнює нулю, а Yct не змінюється.

Для визначення профілю обробленої поверхні деталі використовується умова контакту профілів інструмента і деталі в різні моменти часу [20, 21].

Для визначення лінії контакту 1 (рис. 6, 7) кулачка 3 та різальної кромки фрези 2 використовується методика, що наведена в роботі [21]. На рис. 6, 7: k - k-та координата периферії різальної кромки фрези, kmou та hm - початкова та кінцева координати заокруглення різальної кромки фрези відповідно.

Рис. 6. Лінія контакту різальної кромки фрези та кулачка розподільного вала при обробці ділянки кулачка, центр якої збігається з центром кулачка

Рис. 7. Лінія контакту різальної кромки фрези та кулачка розподільного вала при обробці ділянки кулачка найбільшого радіуса

На рисунках 8, а, 9, а зображені лінії: 1 - перетину зовнішнього циліндру заготовки і фрези; 2 - перетину фрези і торця заготовки; 3 - контакту.

Плями контакту розподільного вала з фрезою 4 при обробці кулачка 5 зображені на рисунках 8, б, 9, б, які обмежені лініями перетину 1, 2, 3 орієнтованої фрези і торця заготовки.

Рис. 8. Пляма контакту фрези й кулача розподільного вала при обробці ділянки кулачка, центр якої збігається з центром кулачка

Рис. 9. Пляма контакту фрези й кулача розподільного вала при обробці ділянки кулачка найбільшого радіуса

3D модель поверхні кулачка розподільного вала (рис. 10) утворена рухом лінії контакту по еквідистанті до поверхні кулачка.

Рис. 10. 3D модель поверхні кулачка розподільного вала

За методикою, наведеною в роботі [10], отримані графіки залежності величини відхилення від круглості 5 при фрезеруванні ділянки кулачка, центр якої збігається з центром кулачка (рис. 11, а, 12, а) та при обробці ділянки кулачка найбільшого радіуса (рис. 11, б, 12, б) від частоти обертання інструменту (Оіш (рис. 11, а, б), діаметра фрези

Рис. 11. Залежність відхилення від круглості 5 кулачка від частоти обертання (Оіш

Рис. 12. Залежність відхилення від круглості 5 кулачка від діаметра фрези Djnst

Висновки відповідно до статті

Запропоновано новий спосіб фрезерування кулачків розподільних валів та текстильних машин на базі трьох уніфікованих модулів: інструментального, орієнтації та формоутворення. Цей спосіб забезпечує стабілізацію глибини різання та подачі по контуру. У цьому способі фреза дотикається до деталі по нормалі, а оскільки дотична до поверхонь завжди вертикальна, додаткові деформації та напруження не виникають. Також покращує умови обробки, підвищує точність та якість обробленої деталі незмінна швидкість різання. Запропонована в статті методика фрезерування кулачків розподільних валів на верстатах із ЧПК виключає вплив радіуса фрези і її знос на точність формоутворення оброблюваної криволінійної поверхні, враховує тільки форму деталі. Ця методика може бути застосована також при обробці колінчастих валів і інших циліндричних поверхонь складного профілю при обробці орієнтованим інструментом.

Список використаних джерел

Полетаев В. А., Волков Д. И. Особенности стружкообразования при фрезеровании и фрезоточении тел вращения. Инженерный журнал. 2001. № 7. С. 18-21.

Этин А. О. Кинематический анализ методов обработки металлов резанием. Москва: Машиностроение, 1964. 324 с.

Полетаев В. А. Конструктивные особенности приводов подач станков для кругового фрезерования. Инженерный журнал. 2001. № 8. С. 63-64.

Грязев М. В., Степаненко А. В. Перспективные технологии обработки поверхностей вращения фрезерованием. Известия ТулГУ. Серия Технические науки. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 130-136.

Шлифовальные станки завод «Харверст». Харьковский станкостроительный завод «Харверст». Харьков, 20 с. URL: www.harverst.com.ua.

Шлифование распределительных валов кругами из кубического нитрида бора. Проспект фирмы «Junker maschinen» на станки «JUCAM1000», «JUCAM 3000», «JUCAM 5000», «JUCAM 6000». Erwin Junker. Maschinen fabric Gmbh, JunkerstraЯe 2. 77787 Nordrash. Germany, 2006. 8 с.

CBN crankshaft grinding. Prospect firm «Junker maschinen» on machines «JUCRANK 1000», «JUCRANK 3000», «JUCRANK 5000», «JUCRANK 6S/L/XL». Erwin Junker. Maschinen fabric Gmbh, JunkerstraЯe 2. 77787 Nordrash. Germany, 2012. 12 p.

Кальченко В. І., Кальченко Д. В. Модульне 3D-моделювання інструментів, процесу зняття припуску та формоутворення при шліфуванні зі схрещеними осями колінчастого вала і круга. Резание и инструмент в технологических системах. 2014. Вып. 84. С. 107-114.

Кальченко В. І., Кальченко Д. В., Слєднікова О. С. Модульне 3D-моделювання інструментів, процесу зняття припуску та формоутворення при шліфуванні зі схрещеними осями розподільчого вала і круга. Резание и инструмент в технологических системах. 2015. Вып. 85. С. 98-106.

Кальченко В. В., Сіра Н. М., Кальченко Д. В., Аксьонова О. О. Дослідження процесу фрезерування циліндричних поверхонь зі схрещеними осями інструмента та вала. Технічні науки та технології. 2018. № 4 (14). С. 18-27.

Клименко С. А., Петруша И. А., Копейкина М. Ю., Мельнийчук Ю. А., Муковоз В. С. Разработка ПСТМ на основе КНБ для оснащения высокоэффективных режущих инструментов. Резание и инструмент в технологических системах. 2011. Вып. 79. С. 93-101.

Клименко С. А., Копейкина М. Ю., Клименко С. А., Манохин А. С. Концепция повышения работоспособности режущих инструментов из поликристаллических композитов на основе кубического нитрида бора. Інформаційні технології в освіті, науці та виробництві. 2016. Вип. 2(13). С. 108-114.

Кальченко В. І., Кальченко В. В., Сіра Н. М. Модульне 3D-моделювання інструментів, процесів зняття припуску та формоутворення при шліфуванні зі схрещеними осями циліндричного та ступінчастого вала і ельборового круга. Резание и инструмент в технологических системах. 2016. Вып. 86. С. 36-48.

Кальченко В. І., Кальченко Д. В. Модульне 3D-моделювання інструментів, процесу зняття припуску та формоутворення при шліфуванні зі схрещеними осями ступінчастого вала і круга. Вісник Чернігівського державного технологічного університету. Серія «Технічні науки»: науковий збірник. 2013. № 3 (67). С. 68-77.

Кальченко В. И., Погиба Н. Н., Кальченко Д. В. Определение составляющих силы резания при глубинном шлифовании поверхностей вращения ориентированным эльборовым кругом. Сверхтвердые материалы: научно-теоретический журнал. 2012. № 2 (196). С. 58-73.

Kalchenko V., Yeroshenko A., Boyko S., Sira N. Determination of cutting forces in grinding with crossed axes of tool and workpiece. ActaMechanica et Automatica. 2017. Vol. 11, No. 1 (39). Р. 58-63.

Кальченко В. І., Кологойда А. В., Кужельний Я. В., Морочко В. В. Однопрохідне дово- дочне шліфування зі схрещеними осями круга та циліндричної деталі. Технічні науки та технології. 2018. № 4 (14). С. 9-17.

Грабченко А. И., Кальченко В. И., Кальченко В. В. Шлифование со скрещивающимися осями инструмента и детали: монография. Чернигов: ЧДТУ, 2009. 256 с.

Решетов Д. Н., Портман В. Т. Точность металлорежущих станков. Москва: Машиностроение, 1996. 336 с.

Родин П. Р. Основы формообразования поверхностей резанием. Киев: Вища школа, 1977. 192 с.

Кальченко В. И., Погиба Н. Н., Кальченко Д. В. Повышение производительности и точности шлифования со скрещивающимися осями эльборового круга и ступенчатого валика. Резание и инструмент в технологических системах. 2011. Вып. 80. С. 131-140.

Размещено на Allbest.ru