Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Radzevich, S.P. Monograph - 2001

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.02.2023
Размер:
24.47 Mб
Скачать

440

8. Синтез наивыгоднейшего формообразования поверхностей деталей

Радиус-векторы r з и rд должны быть отнесены к общей системе координат.

Интегрируя dvп b п dFд, по поверхности Д , получим выражение для вычисления объема снятого припуска:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

д

 

r

д

 

 

v

 

b

п

dF

д

 

 

b

п

 

 

 

 

dU

dV .

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

U

д

V

д д

 

( Д)

 

 

 

 

 

( Д)

 

 

 

 

 

д

 

Текущие значения криволинейных координат Uд и Vд в процессе обработки переменны во времени t и определяются соотношениями:

U д U д w; t ; (8.7)

Vд Vд w; t ,

где w – некоторая новая переменная.

Якобиан преобразования (7) равен (Корн Г., Корн Т., 1974):

 

 

 

 

 

 

 

 

U д

 

 

U д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

д

 

 

w

 

 

 

t

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассматривается только область, в которой знак якобиана J д

постоянен.

 

Получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

 

 

 

r

д

 

 

 

r

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(8.8)

P

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

dU

dV .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

п

 

U

д

 

V

 

 

 

д

 

 

 

д д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где w1 t и w2 t – предельные значения переменной w вдоль координатной линии t Const , соответствующие границам обрабатываемого участка поверхности Д детали (рис. 8.2).

При определении производительности съема припуска Pс по формуле (8) предполагается,

что на поверхности Д детали остаточный детерминированный регулярный микрорельеф (остаточные гребешки) не образуется, площадь его поверхности не учитывается, а материал припуска в объеме гребешков удаляется.

Производительность съема припуска может быть расчитана другим способом. Для этого рассмотрим поверхность резания – поверхность, по которой происходит отделение стружки.

Радиус-вектор r р поверхности резания мо-

жет быть найден из функции формообразования (Решетов Д.Н., Портман В.Т., 1986) путем подстановки вместо зависящих от времени переменных соответствующих им выражений. В результате получаем уравнение производительности съема припуска в одном из двух вариантов.

Первый вариант: при полном воспроизведении исходной инструментальной поверхности И при превращении исходного инструменталь-

Д

dFд

dw

dU д

dt

Семействоt Const

dVд

Семейство w Const

Yд

Zд Xд

Рис. 8.2. К определению производительности формообразования.

8.2. Производительность формообразования поверхностей деталей

441

ного тела в работоспособный инструмент (например, шлифовальные круги, многозубые лезвийные инструменты типа шеверов с небольшим шагом расположения режущих кромок и др.)

r р r р Uи; Vи; T ,

(8.9)

где T – фиксированный момент времени t .

Второй вариант: при дискретном воспроизведении исходной инструментальной поверхности И при превращении ИИТ в работоспособный инструмент (например, фрезы различных конструкций и др.)

 

 

r р r р

 

 

U р; t ,

 

 

 

 

(8.10)

где U р – координата вдоль лезвия применяемого режущего инструмента.

Векторный элемент площади dF р поверхности резания равен:

 

 

 

 

 

r

р

 

 

 

 

r

р

 

 

 

 

 

 

 

dF

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dU

р

dV

р

U

 

 

 

V

 

 

 

 

 

р

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для первого (9) и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

р

 

 

r

р

 

 

 

 

 

dF

р

 

 

 

 

 

 

 

dU

р

dt

 

U

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для второго (10) вариантов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перемещаясь в толще материала заготовки,

векторный элемент площади dF р охватывает объем, равный

удаляемому в единицу времени объему припуска

 

dvп ω dF р , где ω скорость перемещения элемента

dF р относительно обрабатываемой детали. Скорость ω находится дифференцированием по времени вектора rд , а именно: ω rд . С учетом изложенного находим, что:

Pс t

 

rд dF р

 

 

rд

dF р .

(8.11)

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Fр)

(Fр)

 

 

 

 

 

 

Для случая обработки детали многолезвийным инструментом формула (11) преобразуется к виду:

N*

rд.i dF р.i

N*

 

 

rд dF р.i ,

Pс t

 

 

i 1(

 

р.i )

i 1(

 

р.i )

t

F

F

где N* – число режущих кромок инструмента, одновременно участвующих в резании;

Fр.i – площадь поверхности резания, образуемая i м лезвием инструмента.

8.2.2.2.Производительность формообразования Pф определяется интенсивностью увеличения формообразованной площади номинальной поверхности Дн в процессе обработки детали. В качестве показателя

производительности формообразования принимают среднюю производительность ~ , равную

Pф

~

 

F

д

 

P

 

,

 

 

ф

 

t

 

 

442 8. Синтез наивыгоднейшего формообразования поверхностей деталей

где Fд – площадь поверхности Д детали, формообразованная на станке за время t .

Другим показателем эффективности обработки детали служит мгновенная производительность формооб-

разования, расчитываемая по формуле:

 

 

 

 

(8.12)

 

 

P

dFд t

.

 

 

 

 

ф

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

Если Fд t at , где a Const , то

Pф Pф a . Выражение для определения производительности формо-

образования в общем случае многокоординатной обработки сложной поверхности детали можно найти, если учитывать изменение Fд t во времени.

Исходя из уравнения rд rд U д; Vд

 

поверхности Д детали площадь

 

 

 

Fд ее участка расчитывается по

формуле:

 

 

 

 

dFд

 

, где dFд – векторный элемент площади, определяемый по формуле (5).

Fд

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль

 

dFд

 

 

элементарного вектора dFд , определяющий элемент площади поверхности Д детали, ра-

 

 

вен (см. выше, с. 42, формула (1.27)):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rд

 

 

rд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF

 

 

 

 

 

dU

dV

E

 

 

 

G

 

F

2 dU

dV .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

U

д

 

 

V

 

д

д

 

д

 

д

 

д

д

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Текущие значения криволинейных координат Uд

и Vд

определяются из соотношений (7). Тогда исходя

из (12), для расчета площади обработанной поверхности Д детали справедлива формула:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(8.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EдGд Fд2

 

J д

 

dt dw .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

F

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив (13) в формулу (12), получим зависимость для вычисления величины мгновенной производительности формообразования:

w2 t

(8.14) Pф EдGд Fд2 J д dw ,

w1 t

где w1 t и w2 t – предельные значения переменной w вдоль координатной линии t Const (см. рис. 8.2).

Пример 8.1. Требуется расчитать производительность формообразования при шлифовании плоских криволинейных контуров цилиндрическим шлифовальным кругом (рис. 8.3). Перечень звеньев формообразующей системы шлифовального станка и их движений представлен в табл. 8.1 (Решетов Д.Н., Порт-

ман В.Т., 1986).

Модель формообразующей системы шлифовального станка имеет вид:

(8.15)

r

д

A2 Y

A1 X A6

r

и

,

 

 

и

и

 

 

где rи – радиус-вектор текущей точки исходной инструментальной поверхности И шлифовального круга;

 

 

Zд

 

Z1

 

 

 

 

Yи

 

 

 

O

 

O1

Yд

 

 

 

 

 

X

д

X

 

 

Y

 

и

Z2 , Z4

Z3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y2

 

 

 

 

O2

Y4

 

 

Zи

X1

X2

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

X3

O3,O4

Y3

 

 

 

 

 

 

 

 

X4

И

(8.16)

rи A6 A3 Zи A1 Rи e4 Rи cos

Rи sin

Zи 1 T ,

 

Рис. 8.3. Обработка криволинейного контура на кон-

 

 

 

 

 

турношлифовальном станке (Решетов Д.Н.,

– полярный угол на исходной инструментальной поверхности И

шли-

Портман В.Т., 1986).

 

фовального круга;

 

 

 

 

 

8.2. Производительность формообразования поверхностей деталей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

443

Rи

 

– радиус шлифовального круга;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zи

 

– координата вдоль оси шлифовального круга ( 0 Zи Bи );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bи

 

– ширина шлифовального круга.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знак “–” при X и Y в формуле (15) означает, что фактически перемещение совершает система координат Si 1 , а не система Si .

 

 

 

 

 

 

 

Формообразующая система контурно-шлифовального станка

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.1.

Система

 

Звено формообразующей

 

Перемешение относительно предыдущего звена

 

 

 

 

 

 

 

координат

 

системы

 

описание

 

 

 

 

 

 

оператор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

0

 

 

 

X Y Z

 

Обрабатываемая деталь со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

Исходное звено (условно неподвижно)

 

 

 

E 0

0

 

 

 

 

д

д д

столом

 

 

 

 

 

 

0

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формообразующее поступательное

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X Y Z

 

Поперечные салазки

перемещение вдоль оси Y на величину

Y

Trans (Y , Y ) 0

1

0

Yи

 

 

1

1 1

 

д

и

 

 

 

д

и

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

(перемещение стола относительно станины)

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формообразующее поступательное

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

Xи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

2

Y Z

2

Станина

перемещение вдоль оси X на величину

X

Trans (X

д

, X ) 0

1

0

0

 

 

 

2

 

1

и

 

 

 

 

и

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

(перемещение салазок относительно станины)

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

sin

0

 

0

X Y Z

 

 

Формообразующее поворотное движение

 

Rot (Z

 

 

 

 

 

 

cos

0

 

 

 

Шпиндель

 

2

, ) sin

 

0

 

3

3

3

вокруг оси Z2

на угол

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В функциональной системе шлифовального станка имеются:

скрытая связь ;

кинематическая (функциональная) связь Yд Yд Xд ;

связь огибания rX rZ r 0 .

Таким образом, dYд cot 0 . dXд

Следовательно, уравнение обработанной поверхности Д после выполнения преобразований (15) с учетом (16) и уравнений связи примет вид

r

д

R cos

X

д

 

 

R sin Y

X

Z

 

1 T ;

 

 

arctan Y

X

д

.

(8.17)

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

и

 

д

 

д

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

Необходимые производные вектора r0 (см. (17) и др.) по координатам Xи

и Yи равны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

rд

 

 

Rи

 

 

 

 

rд

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Y

 

;

 

 

0

;

 

 

1 Yд

 

 

,

 

 

(8.18)

 

 

 

X

 

 

 

д

 

 

 

и

 

 

 

Z

 

 

 

 

д

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

и

 

 

1

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где д – радиус кривизны криволинейного контура Yд Yд Xд , соответствующий моменту времени t .

Вформуле (18) знак “+” берется при обработке вогнутого участка поверхности Д детали, а знак “–” – при обработке выпуклого.

Ввыражении (17) переменная Xд и, следовательно, Yд представляют собой функции времени t . Преобразование (7) в рассматри-

ваемом случае имеет вид: Zд Z и

Xд SX t , где SX – подача вдоль оси

Xд . Якобиан этого преобразования равен J SX .

Подставив найденные зависимости в (14), получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2

 

r

 

 

r

 

 

B

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

и

 

Pф t

 

Z

 

X

SXdZд

SX

1

 

д

1

Yд

dZд

SX SY

 

1

 

д

Bи ,

 

Z

 

 

д

 

 

д

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

444 8. Синтез наивыгоднейшего формообразования поверхностей деталей

где SY – подача инструмента вдоль оси Yд .

Таким образом, производительность контурной обработки зависит от радиуса кривизны траектории перемещения оси вращения шлифовального круга. Нетрудно видеть, что множитель при Bи есть скорость перемещения точки шлифовального круга вдоль профиля обра-

батываемой детали. В частном случае, при обработке плоскости, для которой кривизна контура равна нулю, получим Pф BиS , где

S S

2

S

2

. При этом формообразуемая плоскость располагается под некоторым углом к оси X

д

, величина которого определяется

 

X

Y

 

 

 

отношением

 

SX

.

 

 

 

 

 

 

SY

 

 

8.2.2.3. Производительность съема стружки. Для расчета производительности удаления операционного припуска Pс неоходимы векторные уравнения поверхности заготовки и обработанной поверхности детали,

записанные в общей системе координат.

В качестве показателей производительности съема стружки может быть использована средняя производительность съема стружки

~

 

V

P

 

с

,

 

с

 

t

 

 

(здесь Vс – объем стружки, снятый за время t ) и мгновенная производительность съема стружки:

 

P

dVс

.

 

 

 

с

dt

 

 

Элемент объема определяется по формуле

 

 

 

(8.19)

dvс b dF ,

где dF – векторный элемент площади;

b – вектор толщины припуска, определяемый как разность двух векторов

 

b r з rд ,

гдеr з

– радиус-вектор текущей точки поверхности З заготовки;

rд

– радиус-вектор текущей точки поверхности Д детали (помним, что rд и r з записаны в одних и тех

 

же криволинейных координатах Uд и Vд ).

Интегрируя (19) по поверхности S , получаем выражене для объема срезанной стружки

 

 

 

 

r

д

 

r

д

 

 

V

 

b d F

b

 

 

 

dU

dV .

 

 

 

 

с

 

 

U

д

V

д д

 

(S)

 

(S)

 

 

 

д

 

По аналогии с вычислением площади поверхности по формулам (13), выражаем Uд и Vд через новые

переменные w и t , где t – текущее значение времени обработки поверхности.

Тогда по аналогии с (14) получим выражение для расчета мгновенной производительности съема операционного припуска:

 

 

w

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

 

r

д

 

r

д

 

 

 

 

P

 

b

 

 

 

 

J

 

dw ,

 

 

 

 

 

 

с

 

 

U

д

 

V

 

д

 

 

 

 

 

 

 

w

t

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где w1 t и w2 t – предельные значения переменной w

на координатной линии t Const , соответствующее

границам контура обрабатываемой поверхности Д детали;

8.2. Производительность формообразования поверхностей деталей

445

J д – якобиан преобразования (см. выше, с. 440).

Производительность срезания стружки Pс также может быть расчитана другим способом. Радиус-вектор r рез поверхности резания может быть найден из функции формообразования rи Aи,l rl

 

l

 

 

 

(здесь

Aи,l Aij,1,l

i

) путем подстановки вместо зависящих от времени t

переменных q j соответствующих

 

i 1

 

 

 

выражений q j q j t . В результате получим уравнение поверхности резания в одном из двух вариантов:

– при формообразовании исходной инструментальной поверхностью инструмента:

r рез r рез Uи, Vи , T ,

(8.20)

где Uи и Vи – криволинейные координаты исходной инструментальной поверхности;

T– фиксированный момент времени t .

при формообразовании отдельной режущей кромкой инструмента:

r рез r рез U р, t ,

(8.21)

где U р – координата вдоль режущей кромки инструмента.

Векторный элемент площади dS рез поверхности резания Р равен:

– при формообразовании исходной инструментальной поверхностью (20):

 

r рез

 

r рез

dS рез

 

 

 

 

dUиdVи ;

U

 

V

 

и

 

 

 

 

 

и

 

– при формообразовании отдельной режущей кромкой инструмента (21):

 

r рез

 

r рез

dS рез

 

 

 

dU рdt .

U р

t

 

 

 

 

 

 

 

 

Элемент площади, перемещаясь в толще материала срезаемого припуска, охватывает в единицу времени объем dvс w dS рез , где w – скорость перемещения элемента dS рез относительно обрабатываемой детали.

Она определяется дифференцированием по времени t вектора rд :

l

r

д

 

d q j

 

w rд

 

 

 

.

 

 

d t

j 1 q j

 

Отсюда производительность срезания стружки равна:

Pс t

rд d S рез .

(8.22)

 

(S)

 

Для случаев обработки деталей многолезвийным инструментом формула (22) преобразуеся к виду:

Pс t

N р.к

rд(n) d S(резn) ,

 

 

n 1

(S(резn) )

446

8. Синтез наивыгоднейшего формообразования поверхностей деталей

где N р.к – число режущих кромок, одновременно участвующих в срезании припуска;

S(резn) – поверхность резания, образованная n -й режущей кромкой.

8.2.3. Критические значения подач инструмента. Обработка сложных поверхностей деталей на многокоординатных станках с ЧПУ производится с двумя подачами: с подачей SВ инструмента вдоль строки фор-

мообразования и с подачей SП поперек строки прохода инструмента по поверхности детали для осуществления обработки очередной строки формообразования. Расчет критических значений подач SВ и SП производится исходя из условия достижения требуемой точности обработки, определяемой допуском h на величину

результирующей погрешности формообразования h . Во внима-

ние при этом принимаются как постоянные, так и переменные параметры процесса обработки: текущие значения параметров локальной топологии поверхностей Д и И , их локальная ориента-

ция, направление мгновенного относительного движения формообразования. Если обработка производится лезвийным инструментом, учитываются особенности реализуемого в этом случае дискретного формообразования поверхности Д детали.

Следует обратить внимание на то, что подача SВ (как и подача SП ) и движения подач, осуществляемые механизмами стан-

ка с ЧПУ, являются разными величинами. В первом случае имеются ввиду величины подач, с которыми по поверхности детали перемещается точка касания поверхности Д и исходной ин-

струментальной поверхности. Во втором случае рассматриваются скорости движения отдельных элементов конструкции станка. Величины одних подач достаточно просто могут быть расчитаны по известным значениям других и наоборот.

Среди факторов, функцией которых является производительность формообразования, величина подачи SП на строку

прохода, как правило, оказывает превалирующее влияние на значение Pф .

Точное определение допустимой ширины строки формооб-

Ou

Ru.П

hП

R

 

 

SП

.П

 

O

Рис. 8.4 Схема к расчету величины критической подачи SП .

разования (критической величины подачи SП ) представляет собой трудоемкую и сложную геометрическую

задачу, связанную с необходимостью выполнения в большом объеме громоздких вычислений. Существенно упростить вывод необходимых зависимостей можно путем такого упрощения задачи, при котором точность полученного результата будет приемлемой. Считаем, что справедливо:

Допущение 8.1. В пределах длины и ширины одной формообразованной ячейки (т.е. в пределах дуги длиной SВ и SП ) на обработанной поверхности детали кривизны нормальных сечений поверхностей Д и И в направлениях, совпадающих с направлениеми отсчета подач SВ и SП , постоянны, а их кручение принимается равным нулю.

Принятое допущение уместно, поскольку в соответствующих плоских нормальных сечениях длина и ширина строки формообразования много меньше величин измеренных в точке K нормальных радиусов кривиз-

ны Rд.В , Rд.П и Rи.В , Rи.П поверхностей Д и И ( SВ Rд.В ; SВ Rи.В и SП Rд.П ; SП Rи.П ).

Принятие допущения 8.1 приводит к тому, что реальная поверхность формообразованной ячейки на поверхности детали заменяется фрагментом поверхности тора, размеры, положение и ориентация которого относительно детали определяются параметрами формообразования поверхности Д в текущей точке K . Таким

образом предполагается возможность рассмотрения в текущий момент времени процесса формообразования поверхности Д детали в двух нормальных секущих плоскостях.

С учетом допущения 8.1 критическое значение величины подачи SП определяется так (рис. 8.4.).

 

 

 

 

8.2. Производительность формообразования поверхностей деталей

447

Мгновенное значение ширины строки формообразования измеряется в направлении подачи S П

и равно

длине дуги SП 2Rд.П . По теореме косинусов (см. рис. 8.4) имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arccos

Rд.П Rд.П Rи.П hП Rд.П 0,5 h

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд.П Rи.П Rд.П hП

 

 

 

 

 

Следовательно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

Rд.П Rд.П Rи.П hП Rд.П 0,5 hП

 

 

 

S

П

arccos

.

(8.23)

 

 

 

 

д.П

 

 

 

Rд.П Rи.П Rд.П hП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формула (23) допускает упрощение, вытекающее из того, что SП Rд.П . В этом случае выполняется

соотношение SП AB SП , с учетом которого (см. рис. 8.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд.П Rд.П Rи.П hП Rд.П 0,5

 

2

 

S

П

2R

1

 

hП .

(8.24)

 

 

 

д.П

 

 

Rд.П Rи.П Rд.П hП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подача SП может быть также определена по обобщенной формуле, применимой к формообразованию не только выпуклых, но и вогнутых участков поверхности Д :

 

 

 

 

Rд.П Rи.П

2

Rд.П hП sgn Rд.П

2

2

 

 

 

2R

 

 

 

Rи.П

 

 

S

П

arccos

 

 

,

(8.25)

 

 

 

 

 

 

д.П

 

2 Rд.П Rи.П Rд.П hП sgn Rд.П

 

 

 

 

 

 

в которую подставляются алгебраические значения радиусов кривизны Rд.П и Rи.П , а именно: эти радиусы

кривизны берутся каждый со своим знаком – со знаком “+” для выпуклых и со знаком “–” для вогнутых участков поверхностей Д и И .

Если пренебречь членами второго порядка малости, а именно, величиной hП2 , то зависимость (25) упрощается и может быть записана так:

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2R

 

Rд.П Rи.П Rи.П hП sgn Rд.П

 

 

.

(8.26)

S

 

arccos

 

 

П

Rд.П Rи.П Rд.П hП sgn Rд.П

 

 

д.П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В соответствие с формулой Эйлера

Rд.П

 

 

 

R1.дR2.д

 

 

;

 

(8.27)

 

R

sin

2 R

cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.д

 

2.д

 

 

 

 

 

Rи.П

 

 

 

 

R1.иR2.и

cos2 .

(8.28)

R

sin 2

R

 

1.и

 

 

 

2.и

 

 

 

 

 

На основании (27) и (28) формула (23) представима в виде:

 

 

2R

arccos

Rд.П ( ) Rд.П ( ) Rи.П ( ; ) hП Rд.П ( ) 0,5 hП

 

 

S

П

.

(8.29)

 

 

д.П

 

Rд.П ( ) Rи.П ( ; ) Rд.П ( ) hП

 

 

 

 

 

 

В случае обработи сложных поверхностей деталей лезвийным инструментом вдоль каждой строки формообразования образуется волнистость, высота которой ограничивает критическое значение подачи S В

448

8. Синтез наивыгоднейшего формообразования поверхностей деталей

вдоль строки прохода инструмента по поверхности Д детали. В продольном направлении каждой строки

формообразования ее профиль на прямолинейных участках формируется семействами удлиненных циклоид (семейством трохоид), на выпуклых участках – семейством удлиненных эпициклоид (семейством эпитрохоид), а на вогнутых – семейством удлиненных гипоциклоид (семейством гипотрохоид).

Если ограничиться рассмотрением наиболее распространенного вида обработки сложных поверхностей деталей фасонными фрезами, то, принимая во внимание соотношение линейной скорости точек режущих кромок инструмента от его вращательного движения и их скорости от движения подачи вдоль строки формообразования, любую из трохоидальных кривых в пределах одной формообразованной ячейки на Д с приемлемой

точностью можно заменить дугой окружности соответствующего радиуса Rи.В . На этом основании аналогич-

но (23), (24), (25) и (29) можно зависать, что величина подачи SВ от параметров процесса многокоординатного формообразования зависит так:

(8.30)

(8.31)

(8.32)

(8.33)

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

 

 

Rд.В Rд.В Rи.В hВ Rд.В 0,5 hВ

;

 

 

 

 

 

 

S

В

 

arccos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д.В

 

 

 

 

Rд.В Rи.В Rд.В hВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

S

В

2R

 

1

 

Rд.В Rд.В Rи.В hВ Rд.В 0,5 hВ

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д.В

 

 

 

Rд.В Rи.В Rд.В hВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд.В Rи.В

2

Rд.В hВ sgn Rд.В

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

 

 

Rи.В

;

 

 

 

S

В

 

arccos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д.В

 

 

 

 

 

2 Rд.В Rи.В Rд.В hВ sgn Rд.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

( ) arccos

Rд.В( ) Rд.В( ) Rи.В( ; ) hВ Rд.В( ) 0,5 hВ

 

S

В

 

 

 

.

 

 

 

 

 

д.В

 

 

 

 

 

 

 

Rд.В( ) Rи.В ( ; ) Rд.В ( )

hВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пренебрегая величиной hВ2 как величиной второго порядка малости, из (32) нетрудно получить, что:

 

 

 

 

2

 

 

2R

 

Rд.В Rи.В Rи.В hВ sgn Rд.В

.

S

В

arccos

 

 

д.В

 

Rд.В Rи.В Rд.В hВ sgn Rд.В

 

 

 

 

Зависимости (30), (31), (32) и (33) записаны по аналогии с формулами (23), (24), (25), (26) и (29).

Расчитывая величины критических подач SВ и SП , следует помнить, что всегда имеют место погреш-

ности положения инструмента относительно детали, в том числе и его смещения вдоль контактной нормали.

8.2.4. Мгновенная производительность формообразования. Для расчета производительности формо-

образования справедлива зависимость (1). Если в (1) подставить значения критических подач SП (23) и SВ

(30) либо эквивалентные им зависимости (24), (29) и (31), (33), получим в развернутом виде зависимость для расчета мгновенной производительности формообразования:

 

 

 

P

4R

R

arccos

Rд.П Rд.П Rи.П hП Rд.П 0,5 hП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

д.П д.В

 

 

 

 

 

Rд.П Rи.П Rд.П hП

 

 

 

 

 

 

 

 

(8.34)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд.В Rи.В hВ Rд.В 0,5 hВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arccos

Rд.В

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд.В Rи.В Rд.В hВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

h

 

sgn R

 

 

 

 

 

R

 

h

 

sgn R

 

 

 

 

 

 

R2

R

П

 

R2

R

 

В

 

P

4R

R

arccos

д.П

д.П

 

и.П

 

 

д.П

 

 

arccos

д.В

д.В

и.В

 

 

д.В

 

 

sin .

Rд.П

Rи.П Rд.П hП sgn Rд.П

Rд.В Rи.В Rд.В hВ sgn Rд.В

ф

д.П

д.В

 

 

 

(8.35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.3. Производительность формообразования как функция конформности

449

поверхности детали и исходной инструментальной поверхности

 

Допуск h на точность формообразования распределяется на две части. В пределах его части hП c h находится составляющая hП результирующей погрешности h формообразования (hП hП ), а в пределах части hВ 1 c h – составляющая hВ погрешности h , т.е. hВ hВ . Здесь c – некоторая фиксированная для текущей точки K величина (0 c 1 ).

Вид функции (35) производительности формообразования Pф существенно проще аналитического опи-

сания приведенных затрат на изготовление детали, а использование ее в качестве аналитически описанного критерия эффективности механической обработи обеспечивает получение практически того же результата. Поэтому при выборе критерия эффективности обработки сложных поверхностей деталей на многокоординатных станках с ЧПУ предпочтение следует отдавать производительности формообразования, представленной, например, в виде (35).

Дальнейшее упрощение аналитического описания критерия эффективности обработки возможно путем введения в рассмотрение его геометрических аналогов. Таким аналогом может служить любая функция из установленного (см. выше, гл. 4) класса (4.76) функций конформности, в частности, индикатриса конформно-

сти Indconf ( Д / И) поверхности детали и исходной инструментальной поверхности (4.83). Такая замена фор-

мы аналитического представления критерия эффективности обработки возможна на том основании, что структура функции (35) производительности формообразования соответствует структуре функций конформности. Но, как было установлено (см. выше, гл. 4), все функции конформности имеют экстремумы при одних и тех же значениях входных параметров.

8.3. Производительность формообразования как функция конформности поверхности детали и исходной инструментальной поверхности

Как следует из формулы (1), производительность формообразования Pф прямо зависит от величины подачи SВ инструмента вдоль и SП поперек строки формообразования. Поэтому чем больше значения подач SВ и SП , тем выше производительность формообразования Pф .

Для заданной поверхности детали управлять величинами подач SВ и SП можно за счет изменения по-

ложения и ориентации инструмента относительно детали, а также путем управляемого изменения по программе от системы ЧПУ станком формы и параметров исходной инструментальной поверхности.

Один и тот же локальный участок поверхности детали может быть формообразован локальными участками исходной инструментальной поверхности различной формы. Локальное формообразование возможно в следующих случаях1.

~

~

 

 

 

 

 

1. Выпуклый локальный участок поверхности Д ( Gд 0 ;

Mд 0 ):

~

 

 

 

~

1.1. выпуклым локальным участком исходной инструментальной поверхности И

 

0

;

( Gи

 

Mи 0 );

1.2. выпукло-вогнутым локальным участком исходной инструментальной поверхности

И

 

~

( Gи 0 ).

1.3. вогнутым локальным участком исходной инструментальной поверхности И

~

 

 

 

~

( Gи

0 , Mи 0 );

2. Выпукло-вогнутый локальный участок поверхности Д

~

 

 

 

 

 

( Gд 0 ):

~

 

 

 

~

2.1. выпуклым локальным участком исходной инструментальной поверхности И

 

0

;

( Gи

 

Mи 0 );

2.2. выпукло-вогнутым локальным участком исходной инструментальной поверхности

И

 

~

( Gи 0 ).

~

~

 

 

 

 

 

3. Вогнутый локальный участок поверхности Д ( Gд 0 , Mд 0 ):

~

 

 

 

~

3.1. выпуклым локальным участком исходной инструментальной поверхности И

 

0 ;

( Gи

 

Mи 0 ).

Чем принципиально отличаются один от другого, например, случаи 1.1, 1.2 и 1.3?

Рассмотрим произвольное плоское нормальное сечение поверхности детали (рис. 8.5). В точке K линия сечения поверхности Д имеет некоторый радиус кривизны Rд . Если поверхность Д обрабатывать ин-

1Это необходимые, но не достаточные условия.