CC BY
12
УДК 621.9.01
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИПЕРБОЛОИДНЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ Чевычелов Сергей Александрович, к.т.н., доцент Чевычелов Иван Николаевич, студент Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия
В статье дается определение гиперболоидных инструментов. Сформулирована задача по необходимости установления совокупного влияния геометрических параметров гиперболоидного инструмента и кинематических параметров процесса обработки на точность формирования профиля номинальной поверхности.
Работа выполнена на основании государственного задания Минобрнау-ки, проект №2125.
В процессе проектирования сборных инструментов установка сменных многогранных пластин (СМП) на корпусе инструмента с обеспечением главного угла в плане фк, а также угла наклона главной режущей кромки Лк приводит к искажению профиля производящей поверхности. Куц В.В. отмечает что, в зоне контакта это может приводить как к увеличению искажения номинальной поверхности, так и в ряде случаев к его уменьшению [1]. Аналогичные выводы делаются и в ряде работ других авторов с решением частных задач по проектированию сборных режущих инструментов [12, 13, 14, 15, 16, 23, 25]. На основе проведенного анализа методов формообразования поверхностей металлорежущими инструментами установлено, что развитие методов формообразования происходит в сторону усложнения кинематики процесса формообразования, обусловленное соответствующими кинематическими возможностями новейшего современного оборудования [3, 6, 7, 11].
Производящая поверхность в процессе формообразования должна обеспечивать формирование номинальной поверхности. В геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами для задания профиля поверхности в каноническом виде используют его дискретное представление множеством точек с предварительно рассчитанными в каждой из них координатами, профильным углом, радиусом кривизны и длинной дуги профиля [2, 5, 10, 17, 18, 26].
Кривизна производящей поверхности фрезы напрямую определяется видом производящей лилии и является функцией параметра инструмента (угол Я) и параметра станка (угол ().
Использование при установке на инструменте производящих линий угла Я не зависимо от вида производящей линии приводит к уменьшению радиуса кривизны производящей поверхности (табл. 1). При этом если для выпуклых и вогнутых производящих линий знак радиуса кривизны сохраняется, то для прямолинейной производящей линии с ре ^го наличие угла
Я приводит к формированию производящей поверхности с отрицательной кривизной [4, 19, 20, 21, 22].
Таблица 1. Влияние углов Я и £ на кривизну производящей ре и обрабаты-_ваемой р£ поверхностей_
Вид производящей линии Влияние на кривизну поверхности
производящей Р, = F(Ä) обработанной РЕ = F(0
Выпуклая ре >0 ЯТ^ ре i ~(Ре Т) при ре <R
Вогнутая Ре <0 ЯТ=> ~(Ре i) (T^p£i
Прямолинейная ре ^го ЯТ^ ~(ре i) Ре i при Я ф 0
Использование при установке на станке производящей поверхности угла (, в случае положительной кривизны (р£ >0) и при условии, что радиус кривизны образующей производящей поверхности меньше радиуса инструмента ре <Я, приводит к увеличению радиуса кривизны обработанной поверхности (табл. 1).
В случае отрицательной кривизны образующей производящей поверхности, реализуемой вогнутыми производящими линиями, а также прямолинейными, расположенными под углом Я, использование угла ( приводит к уменьшению радиуса кривизны обработанной поверхности р£ X.
При обработке сборными фрезами поверхностей детали, образующая которых представляет собой выпуклый участок (совокупность участков) кривой второго порядка задача формообразования решается путем аппроксимации отдельных участков отрезками: прямой - для пластины с прямолинейной режущей кромкой; выпуклой дугой окружности для круглой пластины [10].
При этом для формирования профиля с необходимой высотой остаточных слоев ) требуется большое количество СМП, а, следовательно, увеличивается диаметр фрезы, снижается подача на зуб т.к. каждая режущая кромка СМП участвует в формообразовании только одной точкой.
В случае обработки вогнутого участка профиля (рЕ <0) более целесообразно использовать пластины с радиусной режущей кромкой при этом, чем ближе радиус режущей кромки к радиусу кривизны профиля, тем благоприятнее условия формообразования. При рЕ>0 наиболее эффективно использовать инструмент, образующая производящей поверхности которого представляет собой кривую второго порядка, при этом рЕ = —ре. Аналогичного результата для процесса фрезерования можно добиться при помощи определенной ориентации СМП на корпусе фрезы. Задавая СМП с прямолинейной режущей кромкой угол Я, получим образующую поверх-
ности детали, представляющую собой кривую второго порядка с радиусом кривизны ркр [7, 12, 13, 14, 16].
При этом проведенные исследования показывают [24], что уменьшение угла при вершине СМП £° ведет к снижению коэффициента запаса прочности (КЗП.) (рис. 1). Т.е. для увеличения прочности режущие кромки СМП необходимо выполнять с ре > 0.
Кзп.
3,5 - 1
3
2,5 2
1,5
180, е
О
Рис. 1. Зависимость коэффициента запаса прочности от формы СМП (угла
при вершине £°).
Таким образом, при фрезеровании выпуклых поверхностей по критерию прочности целесообразно использовать СМП с ре >0, а с точки зрения формообразования - СМП ре <0. Рациональным решением представляется использование СМП с прямолинейной режущей кромкой, расположенной под углом Я, как обладающие достаточно высоким коэффициентом запаса прочности (рис. 1) и формирующими производящую поверхность с ре <0. При этом производящая поверхность инструмента будет представлять собой участок (совокупность участков) гиперболоида вращения.
На основании вышеизложенного среди многообразия инструментов, используемых для обработки выпуклых поверхностей, гиперболоидные инструменты можно выделить в отдельную группу, т.к. они имеют свои особенности проектирования.
Под гиперболоидным инструментом условимся понимать инструмент, производящая поверхность которого представляет собой участок или совокупность участков гиперболоида вращения.
Гиперболоидная фреза - фреза, оснащенная режущими элементами с прямолинейными режущими кромками, расположенными на прямолинейных образующих гиперболоида вращения.
Гиперболоидный абразивный круг - абразивный круг, правка которого осуществляется по прямолинейным образующим гиперболоида вращения.
Таким образом, возникает необходимость в установлении совокупного влияния геометрических параметров сборного фасонного инструмента и кинематических параметров процесса обработки на точность формирования профиля номинальной поверхности. К параметрам инструмента относятся углы Хк и фк, к кинематическим параметрам относятся углы установки инструмента относительно образующей ~ф и относительно направляющей ( номинальной поверхности. С точки зрения проектирования режущих инструментов параметры установки производящих линий Хк и фк влияют на форму и размеры производящей поверхности, а параметры установки производящей поверхности ~ф и ( влияют на форму и размеры обработанной поверхности. При этом станок должен обеспечивать как установку инструмента под фиксированными углами ~ф и (, так и возможность их изменения в процессе обработки.
Список литературы
1. Емельянов, С.Г. Математическое моделирование сборных фасонных фрез [Текст]: монография/ С.Г Емельянов, В.В. Куц, Курск. гос. техн. ун-т, Курск, 2008. -254 с.
2. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. САПР гиперболических фрез для репрофилиро-вания рельсов // Вестник машиностроения - 2007. - №12. - С. 62-64.
3. Емельянов С.Г., Чевычелов С. А. Исследование методов восстановления геометрического профиля рабочей поверхности головки железнодорожных рельсов посредством механической обработки // Сб. трудов МНТК «Технологические системы в машиностроении». - Тула: ТулГУ. - 2002. - С. 157-159.
4. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Моделирование погрешности профиля, формируемого гиперболическими фрезами // Вестник машиностроения - 2008. - № 1. - С. 3840.
5. Чевычелов С.А. Определение параметров гиперболического профиля головки рельсов // Известия Юго-Западного государственного университета - 2010. -№ 4 (33). -С. 72-75.
6. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Анализ способов формирования профиля головки железнодорожных рельсов // Известия Юго-Западного государственного университета - 2011. - № 1 (34). - С. 86-93.
7. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Способ формирования профиля головки рельсов профильными фрезами, оснащенными сменными многогранными пластинами, и фрезы для профильной обработки рельсов // Патент № RUS 2291929. Опубликован: 20.01.2007. Бюл. №2
8. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Абразивный круг для обработки головки рельсов // Патент № RUS 90800. Опубликован: 20.01.2010. Бюл. №2
9. Чевычелов С.А., Емельянов С.Г. Поезд для шлифования рабочей поверхности головки обоих рельсов // Патент № RUS 101044. Опубликован: 10.01.2011. Бюл. №1
10. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Повышение качества обработанной поверхности путем выбора рациональной схемы формообразования // Проблемы машиностроения и автоматизации - 2004. - № 3. - С. 86-88.
11. Емельянов С.Г., Чевычелов С. А., Чистяков П.П. Разработка САПР гиперболо-идных фрез для обработки эвольвентных профилей // Справочник. Инженерный журнал с приложением - 2014. - № 4 (205). - С. 42-46.
12. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Использование гиперболических фрез для предварительной обработки рельсов // Сб. трудов III МНТК «Современные инструмен-
тальные системы, информационные технологии и инновации» - Курск: КурскГТУ. -2005. - С. 16-20.
13. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Способ предварительного фрезерования профиля головки рельсов и фрезы для предварительной обработки профиля головки рельсов // Патент № RUS 2291928. Опубликован: 20.01.2007. Бюл. №2
14. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Способ предварительного фрезерования профиля головки рельсов и фреза для предварительной обработки профиля головки рельсов // Патент № RUS 2380471. Опубликован: 27.01.2010. Бюл. №3
15. Чевычелов С.А., Емельянов С.Г. Поезд для обработки рабочей поверхности головки обоих рельсов // Патент № RUS 99785. Опубликован: 27.11.2010. Бюл. №37
16. Емельянов С.Г., Чевычелов С. А. Фреза для профильной обработки рельсов (варианты) // Патент № RUS 100441. Опубликован: 20.12.2010. Бюл. №41
17. Емельянов С.Г., Чевычелов С. А. Железнодорожный рельс, способ обработки гиперболических рельсов и фреза для реализации способа // Патент № RUS 2420624. Опубликован: 10.06.2011. Бюл. №16
18. Чевычелов С. А. Влияние схемы формообразования на шероховатость получаемой поверхности // Автоматизация. Современные технологии - 2004. - № 12. - С. 6.
19. Чевычелов С. А. Анализ результатов процесса проектирования гиперболических фрез // Вестник машиностроения - 2007. - № 12. - С. 64.
20. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А., Бобрышев Д.А. Влияние начального радиуса сборных гиперболических фрез на параметры точности корпуса инструмента // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты) - 2011. - № 2. - С. 27-29.
21. Емельянов С.Г., Чевычелов С. А. Анализ влияния начального радиуса гиперболической фрезы на ее выходные параметры // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Машиностроение. Приборостроение - 2006. - № 2. - С. 36-41.
22. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А., Бобрышев Д.А. Влияние угла поворота сборных гиперболических фрез относительно оси симметрии рельса на параметры точности корпуса инструмента // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии - 2011. - № 3-4. - С. 9.
23. Емельянов С.Г., Чевычелов С.А. Методика проектирования гиперболических фрез для репрофилирования старогодных рельсов // Известия Тульского государственного университета. Серия: Технологическая системотехника - 2005. - № 4. - С. 32-35.
24. Артамонов Е.В. Расчет и проектирование сменных режущих пластин и сборных инструментов / Е.В. Артамонов, Т.Е. Помигалов, М.Х. Утешев - Тюмень: ТюмГНГУ, 2011.
25. Исаев А.В., Гречишников В.А. Применение режущих пластин с прямолинейной кромкой для обработки криволинейных участков профиля // СТИН - 2010. - № 1. - С. 26-30.
26. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография / Курск. гос. техн. ун-т. Курск - 1997 - 391 с.
