Способы образования исходных инструментальных поверхностей

Исходные инструментальные поверхности И и обработанные поверхности Д деталей являются сопряженными поверхностями. Способы образования сопряженных поверхностей рассматриваются в теории механизмов и машин применительно к проектированию зубчатых передач. Один из способов образования сопряженных поверхностей зубьев зубчатых колес с линейным касанием заключается в том, что задается поверхность зубьев одного из колес передачи. Рассматривается движение этого колеса относительно второго колеса передачи. При этом движении заданная поверхность зубьев первого колеса занимает ряд последовательных положений, огибающая к которым принимается за сопряженную поверхность зубьев второго колеса. Аналогично определяются по первому способу исходные инструментальные поверхности И, сопряженные с обработанной поверхностью Д детали. Известными считаются обработанная поверхность Д детали и схема, обработки, т. е. движения, совершаемые инструментом и заготовкой в процессе формирования обработанной поверхности детали. Исходная инструментальная поверхность находится как огибающая к последовательным положениям обработанной поверхности Д, которые она занимает при движении (Д/И) детали относительно неподвижного инструмента. При образовании исходной поверхности И как огибающей обработанной поверхности Д наблюдается их взаимное касание по линии Е, называемой характеристикой.

Рассмотрим пример образования исходной инструментальной поверхности И по первому способу для круглой цилиндрической поверхности Д при ее обработке на зубофрезерном станке. Схема обработки включает вращение ωД заготовки вокруг ее оси (рис. 4.1, а), вращение ωИ инструмента вокруг своей оси и его поступательное движение подачи вдоль оси заготовки. Кроме этих движений на зубофрезерном станке осуществляются и другие движения, в частности движение радиальной подачи, в результате которого фреза устанавливается на требуемом расстоянии от оси детали. Но это установочное пере-

 

 


Способы образования исходных инструментальных поверхностей

 

 

мещение не учитывается, так как оно происходит не во время формирования обработанной поверхности детали. Как указано выше, при образовании исходных инструментальных поверхностей рассматриваются только те движения заготовки и инструмента, которые происходят тогда, когда формируется обработанная поверхность детали Д, и не учитываются установочные перемещения, движения врезания и другие движения, такие как движения деления заготовки, совершаемые не в процессе формирования обработанной поверхности детали. В рассматриваемом примере движение обработанной цилиндрической поверхности Д относительно неподвижного инструмента будет складываться из двух вращений и поступательного движения. Но при поступательном движении подачи поверхность Д скользит «сама по себе», поэтому это движение при определении огибающей можно не учитывать. Аналогично движение вращения заготовки вокруг своей оси приводит к скольжению круглой цилиндрической поверхности Д «самой по себе». Оно при определении исходной поверхности И также не учитывается. Таким образом, последовательные положения относительно неподвижного инструмента обработанная поверхность будет занимать в результате только ее вращения вокруг оси инструмента. Будем считать, что ось инструмента перпендикулярна к оси 01 заготовки. Тогда исходная инструментальная поверхность И как огибающая цилиндрической поверхности Д детали при ее движении относительно инструмента будет поверхностью тора. Она образуется вращением характеристики Е, являющейся окружностью, вокруг оси 02 инструмента.

При образовании исходных инструментальных поверхностей рассмотренным способом может иметь место такой случай, когда исходная инструментальная поверхность будет совпадать с обработанной поверхностью Д детали. В этом случае в процессе формообразования исходная инструментальная поверхность И и обработанная поверхность Д скользят друг по другу подобно поверхности гайки, скользящей по сопряженной поверхности винта. Превращая гайку в режущий инструмент путем образования стружечных отверстий и затылования зубьев на режущей части, получаем круглую плашку, предназначенную для нарезания резьбы.

Широкими возможностями обладает способ образования сопряженных поверхностей зубьев зубчатых колес с помощью общей производящей поверхности, форма которой выбирается и считается известной. Однако непосредственно применить этот способ к образованию исходной инструментальной поверхности невозможно, так как при обработке заданной детали известной является обработанная поверхность Д, а не вспомогательная производящая поверхность. Поэтому второй способ образования исходных инструментальных поверхностей включает нахождение вспомогательной производящей поверхности 7, а затем исходной поверхности И. Известными считаются обработанная поверхность детали Д и схема обработки, т. е. движения, совершаемые в процессе формообразования инструментом и заготовкой в выбранной системе координат хуz. Системе хуz сообщим некоторое движение. Рассмотрим движение поверхности Д относительно системы хуz. В результате этого движения поверхность Д будет занимать ряд последовательных положений, огибающую к которым можно принять за вспомогательную производящую поверхность 7. Производящая поверхность 7 и поверхность Д детали в любой момент времени, как правило, будут касаться друг друга по линии — характеристике Ег. Зная производящую поверхность 7, рассмотрим ее последовательные положения при движении системы хуz относительно неподвижного инструмента. Огибающая к этим последовательным положениям будет искомой исходной инструментальной поверхностью, сопряженной с поверхностью Д детали, т. е. соприкасающейся в процессе формообразования с поверхностью Д. Действительно, вспомогательная производящая поверхность 7 в процессе рассматриваемых движений соприкасается с поверхностью Д по характеристике Е1. В то же время она соприкасается с исходной поверхностью И по характеристике Е2, так как поверхность И находилась как огибающая поверхности T. Таким образом, на вспомогательной производящей поверхности располагаются две линии Е1 и Е2, пересекающиеся друг с другом в точке К, в которой наблюдается касание трех поверхностей Д, T и И. Итак, в процессе формообразования найденная поверхность И касается поверхности Д, а следовательно, может быть принята за исходную инструментальную поверхность И, которая имеет точечный контакт с поверхностью Д детали. В частном случае характеристики Е1 и Е2 совпадут друг с другом. В этом случае наблюдается линейный контакт поверхности Д детали и исходной инструментальной поверхности И. Характеристики Е1 и Е2, расположенные на поверхности T, могут не пересекать друг друга. Тогда в процессе формообразования поверхности Д и И не будут соприкасаться друг с другом и обработка заданной поверхности детали с помощью найденной исходной инструментальной поверхности И окажется невозможной. Принять такую поверхность за исходную поверхность И при проектировании режущего инструмента нельзя. При обработке круглой цилиндрической поверхности Д на зубофрезерном станке сообщим системе хуz (рис. 4.1, б) поступательное движение со скоростью v, параллельной оси инструмента. В результате поступательного движения со скоростью v поверхность Д в системе xyz займет ряд последовательных положений, огибающая к которым является производящей поверхностью T. Это будет плоскость, касающаяся поверхности Д, идущая параллельно оси инструмента. Оиа по характеристике Е1 касается круглого цилиндра Д. Характеристика Е1 является образующей цилиндра Д, проходящая через точку К перпендикулярно к плоскости чертежа. Движение плоскости T вместе с системой xyz относительно инструмента складывается из вращения вокруг оси инструмента и поступательного движения со скоростью v. Последнее движение можно не учитывать, так как оно сводится к скольжению плоскости T «самой по себе». Поэтому исходная инструментальная поверхность как огибающая последовательных положений плоскости T при ее вращении вокруг оси инструмента будет круглой цилиндрической поверхностью И. Соприкосновение исходного цилиндра И и плоскости T наблюдается по характеристике Е2. Линии Е1 и Е2, расположенные на плоскости T, пересекаются в точке К, в которой наблюдается контакт обработанной Д и исходной И поверхностей. Если изготовить инструмент в форме шлифовального круга, ограниченного исходной инструментальной поверхностью И, то по рассматриваемой схеме на зубофрезерном станке будет обработана заданная поверхность Д детали. Рассматриваемый случай соответствует работе вершинных кромок червячной фрезы, которые располагаются на круглой цилиндрической поверхности и обрабатывают часть профиля зуба зубчатого колеса, соответствующую окружности впадин.

Скорость v прямолинейно-поступательного движения можно направить под определенным углом к оси инструмента (рис. 4.1, в). Тогда вспомогательной производящей поверхностью будет плоскость Т, наклонная к оси инструмента. Она касается поверхности вдоль ее образующей и идет параллельно скорости v. Двигаясь вместе с системой xyz относительно инструмента, плоскость Т займет ряд последовательных положений. Огибающая к ним будет конической поверхностью И, которая может быть принята за исходную инструментальную поверхность. Этот случай соответствует работе вершинных режущих кромок конической червячной фрезы, предназначенной для обработки цилиндрических зубчатых колес. Если системе xyz сообщить прямолинейнопоступательное движение со скоростью v, идущей перпендикулярно к осям инструмента и детали, то вспомогательная производящая поверхность будет плоскостью Т, перпендикулярной к оси инструмента. Она будет касаться поверхности Д по ее образующей Е1, проходящей через точку К (рис.4.1, а). Плоскость T, двигаясь относительно инструмента, скользит «сама по себе». Поэтому исходная инструментальная поверхность И совпадает с поверхностью T. В процессе обработки наблюдается линейчатый контакт поверхности Д и поверхности И. Этот случай соответствует шлифованию круглой цилиндрической поверхности торцом круга. При образовании исходной инструментальной поверхности И системе xyz можно сообщать разнообразные движения. Считаем, что система xyz вращается вокруг оси, параллельной оси детали и пересекающейся с осью инструмента. Тогда вспомогательная производящая поверхность будет круглым цилиндром, а исходная инструментальная поверхность — поверхностью шара, соприкасающейся в точке с поверхностью Д. Третий способ образования исходных инструментальных поверхностей заключается в нахождении по первому способу исходной инструментальной поверхности И1 как огибающей поверхности Д детали при ее движении относительно инструмента. Поверхности И1 сообщается некоторое движение, при котором она занимает ряд последовательных положений. Огибающая к этим последовательным положениям поверхности И1 и может быть принята за исходную инструментальную поверхность И3. В процессе обработки поверхности И1 и Д касаются по характеристике Е1, а поверхности И1 и И3 — по Е2. Линии Е1 и Е2, расположенные на поверхности Иъ в общем случае пересекаются. В точке их пересечения К наблюдается контакт всех трех поверхностей Д, И1 и И3, и обработанная поверхность Д имеет точечный контакт с поверхностью И3. Может иметь место случай, когда линии Е1 и Е2 совпадут. Тогда обработанная поверхность Д имеет линейный контакт с исходной поверхностью.

Рассмотрим пример обработки круглой цилиндрической поверхности Д на зубофрезерном станке. Сообщим поверхности тора И1 (рис. 4.1, д) прямолинейно-поступательное движение под углом к оси инструмента. Тогда огибающей к последовательным положениям поверхности И1 будет сложная цилиндрическая поверхность И3, которая в любой момент времени имеет точечный контакт с обработанной поверхностью Д. Однако в отличие от предыдущих случаев точка контакта К в процессе обработки может изменять свое положение на профиле детали. Третий способ образования исходных инструментальных поверхностей при проектировании режущих инструментов используется редко. Его выбор, приводящий к удачным решениям, в значительной степени зависит от интуиции конструктора. Примером образования исходной инструментальной поверхности по третьему способу может служить обработка по методу обкатки конических прямозубых колес зуборезными головками, которые по конструкции напоминают дисковые фрезы и применяются в основном в массовом и крупносерийном производстве.

При точечном контакте практически всегда в оформлении обработанной поверхности Д участвует некоторая область сопряженной исходной инструментальной поверхности, расположенная в окрестности точки контакта К. Поэтому на обработанной поверхности могут образовываться соответствующие неровности. Величины этих неровностей зависят от скоростей движений, совершаемых заготовкой и инструментом. Они могут быть доведены до допустимых пределов за счет выбора соответствующих режимов обработки.

Таким образом, по выбранной схеме обработки могут быть образованы всевозможные исходные инструментальные поверхности и на их базе спроектированы разнообразные инструменты, предназначенные для обработки заданной поверхности детали. Определение исходных инструментальных поверхностей сводится к нахождению огибающих поверхностей. Поэтому теория огибающих семейства кривых и поверхностей занимает важное место в проектировании режущих инструментов.

 

 

Смотрите также