СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ШИРИНЫ МНОГОЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Российский патент 1995 года по МПК B23Q15/00 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке плоских поверхностей деталей на фрезерных станках с ЧПУ.

Известен способ управления процессом многолезвийной обработки, в котором инструмент перемещают вдоль продольной оси заготовки с постоянной подачей [1].

Недостатком известного способа является снижение точности при обработке заготовок переменной ширины. Это объясняется тем, что изменение ширины приводит к изменению угла контакта инструмента и заготовки, а значит и количества лезвий инструмента, одновременно находящихся в резании, в результате чего становится переменным значение суммарной силы резания. Следовательно, будет непостоянной величина относиельных упругих отжатий инструмента и заготовки, определяющая показатели точности обработки.

Наиболее близким по сущности к изобретению является способ управления процессом многолезвийной обработки заготовок переменной ширины [2], который включает определение текущего положения инструмента и его перемещение с подачей, обратно пропорциональной ширине заготовки. Это позволяет стабилизировать величину суммарной силы резания при изменении количества лезвий инструмента, одновременно находящихся в резании.

Однако обеспечение стабилизации силы резания таким образом приводит к снижению производительности процесса обработки, так как на участках большей ширины подача должна быть уменьшена. Следовательно, время обработки заготовки в целом будет увеличено.

Указанный недостаток устраняется в заявляемом способе управления процессом многолезвийной обработки заготовок переменной ширины.

Для этого инструмент перемещают по траектории, обеспечивающей постоянство угла контакта инструмента и заготовки и следовательно количества лезвий инструмента, одновременно находящихся в резании.

Требуемую траекторию рассчитывают по формуле:
Y_i = f(х_i) - R (cos β_i + tg α˙sin β_i), (1) где f(х_i) - текущее значение функции, описывающей контур заготовки (для симметричной заготовки - половина ее ширины), мм;
х_i - текущее положение центра инструмента относительно продольной оси заготовки, мм;
R - радиус инструмента, мм;
tg α= (B_maх - B_min)/L, где B_maх, B_min - максимальное и минимальное значения функции f(х) на длине заготовки L, мм;
β_i=180^°-arctgK₁/K₂-arcsin2·f(x_i)/R
K₁ = 1 + tgα ^. sin Ψ - cos Ψ
K₂ = sin Ψ + tg α (1+ cosΨ ), где Ψ - угол контакта инструмента и заготовки, постоянство которого обеспечивается при управлении
Ψ = arcsin (R/B_maх) (2)
Для обеспечения максимальной производительности обработки подачу инструмента в направлении продольной оси заготовки назначают постоянной, а ее величину принимают максимально возможной для заданной шероховатости обработанной поверхности. Скорость в направлении, перпендикулярном продольной подачи, выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую траекторию движения.

Обеспечение постоянного угла контакта инструмента и заготовки за счет перемещения инструмента по траектории, рассчитываемой по формуле (1), позволяет повысить производительность процесса обработки. Время обработки t₁ в способе, принятом за прототип, складывается из времени Δt обработки элементарных участков длиной Δх:
Δt = Δх/S_хi,
t₁=L (1/S_xi)
В заявляемом способе управления время обработки t₂ определяется временем перемещения инструмента вдоль продольной оси заготовки:
t₂ = L/S_x, причем S_x= maх (S_xi).

Следовательно, можно заключить, что t₁ > t₂.

Способ управления процессом многолезвийной обработки деталей переменной ширины реализуется следующим образом.

Исходя из заданных условий (радиус инструмента и максимальная ширины заготовки) согласно выражению (2), рассчитывают угол контакта Ψ постоянство значения которого необходимо обеспечить при управлении.

Определяют текущее положение х_i центра инструмента относительно продольной оси заготовки и соответствующее значение f (х_i). При этом в расчете не рассматриваются участки врезания и выхода инструмента из резания, так как заявляемый способ предназначен для стабилизации установившегося процесса обработки. В этом случае максимальная координата смещения центра инструмента х_maх определится как
х_maх = L+х₀ - R, где х₀ - расстояние от начального положения центра инструмента, совпадающего с началом осей координат, до левого края заготовки:
х₀ = R/сos (Ψ/2).

По выражению (1) рассчитывают величину перемещения в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки У_i предварительно вычислив значение β_i.
Осуществляют перемещение инструмента, при этом значение продольной подачи S_x выбирается максимально возможным (в зависимости от материала режущей части лезвий) для обеспечения заданной шероховатости обработанной поверхности. Значение поперечной подачи S_у определяется так, чтобы была реализована требуемая траектория:
S_y = Δу/Δ t = (у_i - у_i-1)S_х/ Δх, где Δх, Δу - приращение траектории в направлении подач S_х, S_у, мм;
Δ t - время, необходимое для перемещения инструмента на величину Δх, мин.

П р и м е р. Заготовка длиной L = 110 мм, имеющая трапецеидальный контур, боковые стороны которого описываются функциями у₁ = -0,1х+43 и у₂ = -у_1, обрабатывалась торцовой фрезой (R=50 мм). В начальный момент времени центр инструмента располагается в точке, совпадающей с началом осей координат. Материал режущей части лезвий - твердый сплав, требуемая шероховатость обработанной поверхности R_а = 1,6 мкм.

Рассчитывают величину угла контакта инструмента и заготовки, постоянство которого необходимо обеспечить при управлении. Для радиуса инструмента R = 50 мм и максимальной ширины заготовки B_maх = 40 мм (B_maх= -0,1 30+43) его значение составит:
Ψ = 2 arcsin (40/50) = 106 ^. 2602^o.

Определяют значения х_o и х_maх:
х_o = 50 ^. cos (106 ^. 2602/2) = 30 мм,
х_maх = 110+30-50 = 90 мм.

Величину у_i смещения центра инструмента в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, определяют через шаг приращения координаты х, равный 1 мм ( Δх = 1 мм).

Подача в направлении оси OХ для требуемой величины шероховатости (R_а = 1,6 мкм) материала режущей части лезвий - твердый сплав составляет S_х = 0,5 мм/об.

Подачу в направлении оси OY для принятого шага Δх = 1 мм рассчитывают по формуле:
S_у = (у_i - у_i-1) ^. 0,5 мм/об.

В таблице приведены значения смещения центра инструмента у_i в направлении, перпендикулярном подаче S_х, и соответствующие величины подачи S_у для некоторых точек обрабатываемой заготовки.

На чертеже показаны положения инструмента относительно продольной оси заготовки в начале управления процессом многолезвийной обработки заготовки переменной ширины и при смещении его центра на величину Х_maх. На схеме приняты следующие обозначения: O_oХ, O_oY - продольная и поперечная оси заготовки; AFCD - контур заготовки; у = f(х) - функция, описывающая боковую сторону контура заготовки; L - длина заготовки; R - радиус многолезвийного инструмента. 1,2,3 - положение режущих лезвий инструмента; Ψ - угол контакта инструмента в заготовки, постоянство которого обеспечивается при управлении; х_o - расстояние от начального положения центра инструмента, совпадающего с началом осей координат, до левого края заготовки; х_i - текущее положение центра инструмента относительно оси ОХ; У_i - текущее значение величины смещения центра инструмента в направлении оси OY; О_oО_maх - траектория движения центра многолезвийного инструмента.

Применение заявляемого способа позволяет сократить время обработки деталей переменной ширины за счет использования максимально возможной подачи в направлении продольной оси заготовки. Кроме того, перемещение инструмента по траектории, обеспечивающей постоянство угла контакта, дает возможность обеспечить равномерность процесса резания, что способствует повышению его устойчивости.

Использование: обработка плоских поверхностей заготовок на фрезерных станках с ЧПУ. Сущность изобретения: способ включает определение текущего положения инструмента, вычисление его подачи и перемещение в направлении продольной оси заготовки по траектории, обеспечивающей постоянство угла контакта инструмента и заготовки. Требуемую траекторию рассчитывают по приведенной в описании формуле. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ШИРИНЫ МНОГОЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, включающий перемещение инструмента вдоль заготовки с подачей, определяемой в зависимости от текущего положения инструмента, отличающийся тем, что перемещение инструмента вдоль заготовки осуществляют по траектории, обеспечивающей постоянство угла контакта инструмента и заготовки.