CC BY
54
Polikarpov Aleksey Nikolaevish, bachelor, polikarpov@ro. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hryachkova Valeriya Valerievna, candidate of technical sciences, docent, hryachko-vavv@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hryachkov Konstantin Yurjevish, engineer, khryachkovy@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.08
ПРИМЕНЕНИЕ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПРИ КОНТРОЛЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНОГО РЕЖУЩЕГО
ИНСТРУМЕНТА
А.Е. Виноградов
Рассмотрены общие принципы контроля инструмента в современном машиностроении. Сделан акцент на виртуальный координатно-измерительный комплекс, обеспечивающий контроль профиля режущего инструмента.
Ключевые слова: КИМ, режущий инструмент, 3D-моделирование.
В условиях современного развития машиностроения и обрабатывающей промышленности требования к точности изготовления режущего инструмента (РИ) постоянно повышаются. Это относится к основным компонентам, обеспечивающим совершенство выпускаемой продукции:
- точности изготовления угловых и линейных размеров;
- совершенству конструкции режущего инструмента;
- соответствию инструментального материала, условиям эксплуатации инструментов.
Все эти компоненты взаимосвязаны, но первый и второй наиболее ответственны и для их оценки необходим четвёртый фактор - точность измерения при контроле параметров инструментов. Соответственно, возрастают требования к точности измерений, осуществляемых относительно параметров режущей части инструмента.
На нынешнем этапе основным контрольным средством является координатно-измерительная машина (КИМ), оборудованная измерительной головкой с контактным наконечником (КН) или оптическим датчиком (ОД) (рис. 1).
а
б
Рис. 1. Измерительные наконечники, используемые совместно с КИМ: а - поворотные измерительные головки с контактным наконечником; б - оптический датчик
В основном широкое распространение получили КН, представляющие собой комплект щупов с наконечником разных диаметров и формы, из-за их относительной дешевизны и простоты использования. Конечно, необходимо учесть, что для работы с КИМ требуется пройти обучение и понимать не только процедуру контроля, но и её материальную сущность.
Стоит упомянуть, что ранее для контроля геометрических параметров применялись шаблоны и контрольные образцы, которые в настоящее время применяются крайне редко и являются признаком несовершенства, но никак не эффективности.
Рассмотрим последовательно использование средств измерения на деле. Применение КН разной длиной и радиусом контактной части для контроля РИ - проблематично.
Измерительные наконечники характеризуются следующими данными:
длина режущей части от 5,0 мм - щупы радиусом от 5,1 мм;
длина режущей части от 2,5 до 4,9 мм - щупы радиусом до 5,0 мм;
длина режущей части от 1,1 до 2,4 мм - щупы радиусом до 2,5 мм;
длина режущей части от 0,21 до 1 мм - щупы радиусом до 0,9 мм.
Принимая во внимание различные вариации параметров режущего инструмента, при контроле на координатно-измерительных машинах особым условием ставится непревышение радиуса сферы контактного наконечника над радиусом кривизны, контролируемой поверхности сложного профиля (Яе < Гкр). При соблюдении этого условия применяются контактные (тактильные) наконечники, изображённые схематически на рис. 2.
В случае, когда расстояние от верхней части режущей кромки до нижней точки кривой, образующей стружкоотводящую канавку, равно или менее 0,2 миллиметра, рекомендуется применение тактильных игл (рис. 3).
а б
Рис. 2. Схематическое отображение применения сферического КН
к поверхности сложнопрофильного инструмента: а - разрез сложнопрофильного РИ; б - схематичное изображение
применения КН при контроле
а б
Рис. 3. Схематическое изображение применения тактильной иглы к поверхности сложнопрофильного инструмента: а - разрез сложнопрофильного РИ (при <=0,2 мм); б - схематичное изображение применения тактильной
иглы при контроле
Для определения более точных данных контроля из технических соображений рекомендуется применять ОД. Использование ОД значительно упрощает процесс контроля, повышает производительность одной КИМ и выводит контроль на более простой для оператора КИМ-уровень.
83
Для понимания преимуществ ОД по сравнению с КН приведём достоинства и недостатки обоих измерительных головок (таблица).
Сравнение контактных наконечников и оптических датчиков
Тип датчика Преимущества Недостатки
Измерительные головки с контактным наконечником Простота использования; Дешевизна обслуживания; Простота технического исполнения. - погрешность от температуры и вибраций; - необходима смена наконечника для различных измерений
Оптические датчики Интуитивное сканирование; Повышенная точность; Полностью совместимы с различными узлами замены инструментов для измерений с несколькими датчиками; Меньшее время на настройку - дорогостоящее обслуживание (замена повреждённых частей, ремонт)
Всё вышеперечисленное является весьма дорогостоящим и занимает очень много места на производстве. Поэтому исследования, проводимые в области контроля режущего инструмента, всё чаще приходят к тому, чтобы виртуализировать все контролируемые процессы и перейти к использованию виртуального КИМ (рис. 4) который является на порядок дешевле и проще в использовании, чем привычные стенды КИМ.
а б
Рис. 4. Виртуальная модель сложнопрофильного режущего инструмента для проведения контроля: а - общий вид; б - фронтальный вид
При контроле режущей части кромки за контрольные параметры принимаются значения, установленные стандартами и рабочими чертежами. С внедрением виртуального контроля КИМ использованием исходного контура и плоскости, в которой проводятся измерительные процессы, заданные предварительно, становится возможным уменьшение времени на контроль и увеличение производственных возможностей за счёт предварительной проверки РИ.
Применение высокопроизводительных средств контроля и измерительной техники, учитывая современные тенденции, подталкивают производства и коммерческие предприятия к автоматизации производственных процессов, переходу к виртуализации контролирующих параметров инструмента и к общей модернизации производства.
Представленные возможности некоторых измерительных головок доказывают, что совершенствование КИМ ведется по пути развития точности и скорости измерений, внедрения новых систем виртуализации, реализации концепции открытой архитектуры в программном обеспечении, позволяющей импортировать файлы САПР и формировать программы линейных измерений, создавать единую мультисенсорную измерительную систему с простым и понятным оператору интерфейсом [3].
Список литературы
1. Протасьев В.Б., Истоцкий В.В. Проектирование фасонных инструментов, изготавливаемых с использованием шлифовально-заточных станков с ЧПУ. М.: ИНФРА-М. 2011. 128 с.
2. Зубарев Ю.М. Автоматизация координатных измерений в машиностроении / М.: Лань, 2014.
3. Координатно-измерительные машины и комплексы. / А.И. Пе-карш, С.И. Феоктистов, Д.Г. Колыханов, В.И. Шпрот // Наука и технологии в промышленности. 2011. №3. С. 36 - 47.
Виноградов Александр Евгеньевич, асп., imstulgu@pochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
APPLICA TION OF COORDINA TE MEASURING MA CHINES A T THE COMPLEX-
CUTTING TOOL CONTROL
A.E. Vinogradov
This article discusses the general principles of tool monitoring in modern engineering production. Much attention is given to the virtual coordinate-measuring system, providing the control of the cutting tool profile.
Key words: KIM, cutting tools, 3D-modeling.
85
Vinogradov Aleksandr Evgenyevich, postgraduate, imstulgu@pochta.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.833
ВЛИЯНИЯ ПЕРЕТОЧЕК И ГЕОМЕТРИИ ПЕРЕДНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СБОРНОЙ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ НА ПРОФИЛЬ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Н.Д. Феофилов, В.Н. Скрябин, И. А. Воробьев, Е.С. Янов
Рассмотрены вопросы, связанные с исследованиями процесса зубофрезерова-ния сборными червячными фрезами с различными передними углами как новыми, так и переточенными. Даны теоретические сведения об эвольвенте и ее построении. На основе теоретических и экспериментальных данных проведено исследование влияния переднего угла и переточек на профиль нарезанных зубчатых колес.
Ключевые слова: исследование, моделирование, сила резания, зубообработка, зубофрезерование, износ, червячная фреза.
Зубчатые венцы нарезают различными инструментами: червячными, модульными или пальцевыми фрезами, а также долбяками. Точность инструмента, его геометрия, режимы обработки и эксплуатации влияют на точность зубчатых колес.
При нарезании зубчатых колес червячными фрезами на их точность оказывает влияние отклонений формы производящей поверхности, которая определяет точность зацепления зубчатых пар в кинематике и динамике. Для обеспечения передних и задних углов резания режущая кромка должна быть расположена на номинальной винтовой поверхности, которая теоретически является производящей, однако, из-за технологических условий резания режущая кромка образуется как пересечение передних и задних поверхностей, которые являются не только теоретическими, но и технологическими обеспечивающие получение передних и задних углов.
Для нарезания зубьев колес использованы новые и переточенные сборные червячные фрезы на основе эвольвентного червяка класса точности А с передними углами уа = 0° и уа = 5°. Исследование влияния геометрических параметров инструмента и переточек на профиль зубчатого прямозубого колеса с модулем 2,75 мм, числом зубьев 112, коэффициентом смещения исходного контура х = 0 и углом профиля исходного контура а = 20° реализовано (рис. 1, а) при графоаналитическом варианте и изготовлении зубчатых колес. Построение торцового профиля зубьев колеса осуществлено в системе Компас-3D, а необходимые расчеты проведены в математическом пакете Mathcad.
