Основные движения при образовании поверхностей на станках

Категория:
Металлорежущие станки


Основные движения при образовании поверхностей на станках

Чтобы в процессе обработки на станках образовались поверхности требуемой формы и размеров и соответствующим образом расположенные относительно базы отсчета размеров, необходимо удалить припуск, имеющийся на этой поверхности.

Удаление припуска осуществляется различными режущими инструментами и абразивами, а также электрохимическими, электрическими и другими методами. К числу последних относятся, например ультразвуковая и электроискровая обработка. Ряд задач механической обработки, например получение фасонных отверстий в закаленных деталях, может быть успешно решен только на основе применения анодно-механической, электроискровой и ультразвуковой обработки, однако наибольшим распространением в настоящее время пользуются методы удаления припуска с помощью различных видов режущих инструментов и абразивов.

В процессе образования поверхности режущая кромка инструмента, имеющая форму производящей образующей линии, перемещается относительно обрабатываемой заготовки по направляющей линии, удаляя при этом имеющийся на заготовке припуск.

Режущая кромка, которая воспроизводит производящую образующую линию, может быть реальной или воображаемой. Реальную режущую кромку в форме производящей образующей линии имеют фасонные инструменты — резцы, фрезы, шлифовальные круги. При работе фасонным инструментом производящая образующая линия воспроизводится путем копирования реальной режущей кромки.

Рис. 1. Воспроизведение воображаемой режущей кромки:
а — как следа движения материальной точки; 6—как огибающей ряда последовательных положений материальной режущей кромки.

Воображаемая производящая режущая кромка получается либо как след движения материальной точки — вершины режущего инструмента, либо как огибающая ряда положений реальной режущей кромки, форма которой отличается от формы производящей образующей линии.

При воспроизведении воображаемой производящей режущей кромки в виде следа материальной точки режущий инструмент и обрабатываемая заготовка должны перемещаться относительно друг друга таким образом, чтобы вершина режущего инструмента оставалась касательной к производящей образующей линии.

При воспроизведении воображаемой производящей режущей кромки в форме огибающей ряда положений реальной режущей кромки режущий инструмент и обрабатываемая заготовка должны перемещаться относительно друг друга таким образом, чтобы реальная режущая кромка во всех положениях была касательной к производящей образующей линии.

Движения, необходимые для воспроизведения воображаемой производящей режущей кромки и относительного перемещения производящей режущей кромки и обрабатываемой заготовки по направляющей линии, называются профилирующими движениями.

Движение, в процессе которого происходит срезание припуска, называется движением резания или главным рабочим движением. Главное рабочее движение является либо вращательным, либо прямолинейным и сообщается либо заготовке, либо режущему инструменту, а в отдельных случаях заготовке и режущему инструменту одновременно.

Удаление припуска осуществляется постепенно. Движения, которые обеспечивают постепенное удаление припуска, называются движениями подачи.

Движения подачи также являются прямолинейными или вращательными и сообщаются как режущему инструменту, так и заготовке. В зависимости от метода обработки осуществляется одно или несколько движений подачи.

Скорости главного рабочего движения и движения подачи обозначаются буквами v и s.

Виды главных рабочих движений и движений подачи рассматриваются ниже применительно к различным методам образования поверхностей.

В процессе обработки заготовка и режущий инструмент, как правило, жестко связываются с теми или иными рабочими органами станка и вместе с ними перемещаются относительно друг друга при осуществлении главного рабочего движения, движений подачи и профилирующих движений. В большинстве случаев рабочие органы станка совершают прямолинейное или вращательное движение, либо перемещаются по дуге окружности. Направления перемещений рабочих органов и положение осей их вращения относительно этих направлений определяет положение образующей и направляющей линий, а соответственно и обработанной поверхности в пространстве. Таким образом, эти направления образуют ту систему координат, относительно которой режущий инструмент и обрабатываемая заготовка должны занимать определенное положение. Эта система координат может быть названа системой координат станка.

Профилирующие движения. Необходимая траектория профилирующих движений может быть получена различными методами. Если эта траектория представляет собой прямую линию или дугу окружности, то необходимое движение может быть получено путем придания соответствующей геометрической формы — прямолинейной или круговой — направляющим, по которым перемещается соответствующий рабочий орган вместе с режущим инструментом или заготовкой.

Метод получения движения по заданной траектории путем придания соответствующей геометрической формы направляющим поверхностям, по которым перемещаются рабочие органы, будем называть методом геометрического профилирования.

При использовании геометрических методов профилирования главное рабочее движение и движение подачи могут быть вместе с тем и профилирующими движениями, так как и те и другие движения являются либо прямолинейными, либо вращательными. Совмещение различных движений в большинстве случаев приводит к упрощению конструкции и кинематики станка.

Геометрические методы профилирования обычно обеспечивают более высокую точность, чем другие методы, при которых появляется ряд дополнительных источников погрешностей (рассматриваемых ниже).

Поскольку у большинства обрабатываемых поверхностей образующая и направляющая линии имеют форму прямой или окружности и могут быть воспроизведены методом геометрического профилирования, а сам метод обладает указанными преимуществами, то метод геометрического профилирования широко используется в современных металлорежущих станках.

Если траектория относительного движения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки является криволинейной, то она может быть получена путем сочетания двух или нескольких функционально связанных дуговых и прямолинейных перемещений рабочих органов или их подвижных элементов.

Для осуществления функциональной связи могут быть использованы копиры. При перемещении рабочего органа по прямолинейным направляющим в направлении оси X ролик, жестко связанный с рабочим органом, скользит по пазу копира и перемещает рабочий орган в направлении оси У. Траектория движения определяется формой копира.

При непосредственном перемещении рабочего органа с помощью копира на последний действуют значительные нагрузки, возникающие под влиянием сил резания или замыкающих сил. Для восприятия указанных нагрузок копир должен иметь достаточную ширину и высокую поверхностную твердость, которая достигается соответствующей термической обработкой. После термической обработки копир для обеспечения необходимой точности должен быть подвергнут сравнительно трудоемкой механической обработке.

Таким образом, затраты на изготовление копира становятся значительными; кроме того, благодаря действию больших нагрузок копир сравнительно быстро изнашивается и требует замены или восстановления точности. Высокая стоимость копира приводит к увеличению себестоимости обработки деталей при непосредственном использовании копира для перемещения рабочего органа.

Деформации звеньев, связывающих рабочий орган с копиром, и самого копира, возникающие в процессе работы под нагрузкой, приводят к снижению точности обработки.

Для устранения ряда из указанных недостатков в современных станках при профилировании по копиру применяются следящие системы управления. При перемещении рабочего органа по прямолинейным направляющим вместе с ним движется копировальный (измерительный) прибор, жестко связанный кронштейном с рабочим органом. Щуп копировального прибора находится в контакте с профилем копира. При перемещении рабочего органа копир воздействует на щуп копировального прибора и вызывает его смещение, вследствие чего копировальный прибор вырабатывает сигнал управления, поступающий по связи к управляемому приводу рабочего органа. Привод сообщает движение рабочему органу и копировальному прибору и перемещает их в направлении смещения щупа копировального прибора до тех пор, пока возникшее отклонение щупа не будет устранено. Этот процесс происходит непрерывно, обеспечивая относительное движение режущего инструмента по заданной траектории.

При следящих копировальных системах на копир действуют лишь незначительные нагрузки, возникающие под действием усилий прижимающих щуп копировального прибора. Вследствие этого отпадает необходимость термической и последующей механической обработки копира, а долговечность копира повышается. Все этр приводит к уменьшению затрат на копиры, а соответственно и к снижению себестоимости обработки. С применением следящей системы управления устраняется влияние деформаций звеньев, связывающих копир с рабочим органом, и самого копира на точность обработки, однако возникают ошибки, связанные с работой этой системы.

Рис. 2. Методы осуществления движения по заданной траектории.

Осуществление относительного перемещения режущего инструмента и заготовки по заданной траектории с помощью копира может быть названо методом профилирования по копиру.

Профилирование по копиру применяется не только при криволинейной траектории относительного движения, но в ряде случаев также при дуговой и прямолинейной траекториях. В последнем случае профилирование по копиру используется тогда, когда прямолинейная траектория располагается под углом к той или иной оси координат станка. В настоящее время профилирование по копиру при прямолинейной траектории находит все более широкое применение при автоматизации обработки ступенчатых поверхностей тел вращения, образующая которых представляет собой ряд взаимно перпендикулярных прямых линий.

Необходимая функциональная зависимость между перемещениями в направлении двух координат может быть в ряде случаев получена также благодаря наличию кинематической связи между приводами, осуществляющими перемещения в направлении каждой из координат. Привод, осуществляющий перемещение рабочего органа по прямолинейным направляющим, кинематически связан через звено настройки 5 с приводом 4, осуществляющим перемещение рабочего органа. Характер кинематической связи определяет форму траекторий в относительном движении. С помощью звена настройки можно изменять те или иные параметры траектории. Подобный метод обеспечения движения по заданной траектории называется методом кинематического профилирования.

Метод кинематического профилирования может быть использован только для перемещения по траектории, которая описывается алгебраическим уравнением. В практике этот метод находит преимущественное применение при траектории в форме винтовой линии, а также при прямолинейной траектории, расположенной под углом к той или иной из осей координат станка. В отдельных случаях этот метод может быть использован для получения траекторий более сложной формы.

Метод кинематического профилирования находит широкое применение при воспроизведении воображаемой производящей линии как огибающей ряда последовательных положений режущей кромки при обработке зубьев зубчатых колес.

В практике современного станкостроения для осуществления функционально связанных перемещений рабочих органов все более широкое применение находят системы управления с вычислительными устройствами или, как их принято называть, системы цифрового программного управления. Метод профилирования, при котором применяются указанные системы управления, может быть назван методом профилирования с использованием вычислительных устройств.

Рабочий орган, перемещающийся по направляющим, и рабочий орган имеют независимые управляемые приводы, которыми управляет вычислительное устройство.

Вычислительное устройство в том или ином виде получает информацию о форме траектории, вычисляет величины Перемещений рабочих органов, необходимые для получения заданной формы траектории, и подает по связям сигналы управления, которые вызывают перемещение рабочих органов на заданную величину. Сигналы следуют с большой частотой, и траектория практически является плавной линией.

Информация, необходимая для выработки вычислительным устройством сигналов управления, может быть представлена в различном виде. Значительным распространением пользуется метод фиксации информации, или программы работы станка, на перфокартах или перфолентах. На перфокартах и перфолентах информация фиксируется путем пробивки отверстий в соответствующих точках. Информация, зафиксированная на перфокарте или перфоленте, называемых также программоносителями, считывается читающим устройством и в виде соответствующих сигналов поступает к блокам вычислительного устройства.

В качестве программоносителя могут быть использованы магнитные ленты, киноленты и др. Программа может быть также зафиксирована установкой переключателей или штеккеров на пульте управления и другими способами.

Затраты на подготовку программы сравнительно невелики, что создает широкие перспективы внедрения данного метода профилирования для обработки контурно- и пространственно-сложных поверхностей даже в условиях единичного производства и для автоматизации обработки небольших партий деталей, на чем мы подробнее остановимся ниже.

Для перемещения режущей кромки относительно обрабатываемой детали по заданной траектории может быть использовано сочетание различных методов профилирования, например геометрическое и кинематическое профилирование, или профилирование по копиру и кинематическое профилирование. Примеры, иллюстрирующие сочетание различных методов профилирования, будут приведены ниже.

Функционально связанные перемещения могут осуществляться не только в прямоугольных, но и в полярных координатах.

Движения, необходимые для получения заданных размеров. Для получения в процессе обработки заданных размеров обработанной поверхности, а также размеров, определяющих положение обработанной поверхности относительно базы отсчета, обрабатываемая заготовка и режущий инструмент должны быть определенным образом ориентированы и координированы относительно друг друга в пространстве.

Под ориентацией мы понимаем достижение такого взаимного расположения обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, при котором обеспечивается параллельность или перпендикулярность обрабатываемой плоскости или оси обрабатываемой поверхности вращения тем или иным ранее обработанным или черным поверхностям, осевым линиям и т. п.

При координации достигается такое расположение соответствующих элементов режущей кромки инструмента относительно базы отсчета, при котором обеспечивается получение заданных размеров.

Поскольку положение образующей и направляющей линий задается в системе координат станка, то относительно этой системы должны быть ориентированы и координированы режущий инструмент и обрабатываемая заготовка.

Ориентация обрабатываемой заготовки и режущего инструмента может быть осуществлена относительно опорных поверхностей рабочих органов, на которые непосредственно опираются обрабатываемая заготовка и режущий инструмент, или приспособления, служащие для их закрепления, так как опорные поверхности, в свою очередь, ориентированы относительно осей координат станка. Приемы, которые применяются при ориентировании обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, рассматриваются в курсе технологии машиностроения. В ряде случаев для обеспечения необходимой ориентации обрабатываемой заготовки или режущего инструмента относительно осей координат станка приходится предусматривать дополнительные перемещения раоочих органов, в частности поворот их под углом относительно осей координат станка.

Координация режущего инструмента и обрабатываемой заготовки относительно друг друга, т. е. правильное расположение образующей и направляющей линий относительно базы отсчета, чем достигается получение заданных размеров, обеспечивается предварительной установкой режущего инструмента и заготовки в направлении осей координат станка и ограничением их взаимного перемещения в процессе обработки, т. е. ограничением рабочих ходов.

Перемещения, с помощью которых достигается предварительная установка режущего инструмента и заготовки в направлении осей координат станка, называются установочными перемещениями. В ряде случаев в качестве установочных перемещений могут быть использованы те же перемещения, которые осуществляются в процессе подачи или профилирования, в других случаях приходится вводить специальные установочные перемещения.

Таким образом, в наиболее общем случае для образования на металлорежущем станке обработанной поверхности того или иного вида и получения заданных размеров необходимо осуществить: главное рабочее движение, профилирующие движения, движения подачи и установочные перемещения. Характер основных движений, необходимых для получения обработанной поверхности заданной формы, и соответственно конструкция и компоновка рабочих органов станка будут меняться в зависимости от вида применяемого режущего инструмента и методов профилирования образующей и направляющей линий. Поэтому прежде всего необходимо рассмотреть методы профилирования образующей и направляющей линий, применяемых при образовании характерных видов поверхностей, обрабатываемых различными режущими инструментами.

Следует заметить, что различные методы профилирования не равноценны с точки зрения точности, производительности, экономичности; однако этот вопрос может быть рассмотрен только в последующих разделах.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум