СПОСОБ ОБРАБОТКИ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТОЧЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК B23B1/00 B23B5/36 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке фасонных поверхностей заготовок на токарных станках с высокими требованиями к качеству поверхности.

В известном способе токарной обработки наружных сферических поверхностей по авторскому свидетельству 1094671, В23В 5/40, опубликованному в 1983 г, БИ №20, обработку ведут с поворотом резца вокруг заданной оси. Устройство содержит поперечный суппорт и поворотный механизм с резцедержкой и механизмом его перемещения, установленный на поперечном суппорте, причем механизм поворота выполнен в виде круговых направляющих, в которых с возможностью поворота установлен резцедержатель, свободный конец которого снабжен пальцем, взаимодействующим с механизмом его перемещения, установленным на продольном суппорте и выполненным в виде двух упругосоединенных частей. Такая конструкция устройства расширяет технологические возможности способа, так как ось поворота резца перпендикулярна плоскости траектории движения резца и проходит через центр обрабатываемой сферы. Однако при обработке сложнопрофильных поверхностей, отличных от сферических, точность обработки резко снижается. Кроме того, из-за изменения кинематического главного угла в плане φ в процессе обработки изменяется шероховатость обрабатываемой поверхности. Также использование устройства снижает полезный объем рабочего поля компоновки станка.

В известном способе обработки фасонных поверхностей точением по патенту РФ №2266175 В23В 1/00, опубликованному в 2005 г., БИ №35, принятом авторами за прототип, как наиболее близкий по своей технической сущности и достигаемому эффекту, способ включает стабилизацию температуры в зоне резания, причем стабилизацию температуры осуществляют путем изменения кинематического главного угла φ в плане путем поворота резца вокруг оси, проходящей через центр радиусного участка при его вершине. Кроме того, резец поворачивают вместе с верхним суппортом станка.

Известный способ по сравнению с типовыми технологическими процессами позволяет значительно повысить производительность процесса за счет изменения кинематического главного угла в плане φ и стабилизации температуры в зоне обработки.

Существенным недостатком способа является большая тепловая инерционность объекта, что ограничивает быстродействие системы управления и снижает качество обработки поверхности. Кроме того, при изменении кинематического главного угла в плане φ в процессе управления качество обработанной поверхности ухудшается.

Задачей изобретения является снижение шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки и создание одинаковой ее величины по всей поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе обработки фасонных поверхностей точением с поворотом резца вокруг оси ось поворота резца перемещают по траектории, образуемой перпендикулярами равной длины, опущенными из центра поворота на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема обработки фасонных поверхностей на заготовке; на фиг.2 - кинематика движения резцедержки с резцом.

Способ обработки осуществляется следующим образом: в исходном положении на станине установки 1 слева расположена передняя бабка 2 со шпинделем, в патроне 3 которого закреплена заготовка 7. По направляющим станины 1 перемещается продольный суппорт 4, по направляющим которого перемещается поперечный суппорт 5. Резцедержка 6 с закрепленным резцом 8 установлена на оси С, расположенной на поперечном суппорте 5, и поворачивается вокруг этой оси. Движение продольному суппорту 4 и поперечному суппорту 5 передается двигателями 9, 10 соответственно. Поворотное движение резцедержке 6 передается двигателем 11. Двигатели 9, 10, 11 управляются системой программного управления 12.

Система координат детали 7 обозначается X_∂0_∂Z_∂, система координат центра поворота резцедержки 6 - X_p0_pZ_p. Вершина резца 8 находится в точке М и имеет координаты Z_кц и Х_кц в системе координат центра поворота резцедержки 6. Центр поворота резцедержки 6 находится в точке С (0_p). Кривая ММ' - требуемый профиль обрабатываемой поверхности заготовки 7. Кривая СС' - траектория движения центра поворота резцедержки 6.

В процессе обработки резцедержку 6 поворачивают вокруг центра С пропорционально углу наклона касательной профиля детали к продольной оси 0_∂Z_∂ в заданной точке обработки. Синхронно с этим осуществляют ее линейные перемещения вдоль координатных осей таким образом, чтобы вершина резца 8 оставалась всегда на контуре обрабатываемой заготовки 7 и двигалась с заданной постоянной контурной скоростью.

Для обработки заготовки 7, установленной в патроне 3 шпинделя передней бабки 2 на станине 1, в систему управления 12 вводятся: значения контурной скорости обработки, геометрические параметры профиля детали - кривая ММ', положение вершины резца 8 в системе координат резцедержки 6 - Z_кц и Х_кц. Основываясь на этих данных, система управления рассчитывает траекторию движения резцедержки 6 - кривая СС', скорость движения резцедержки 6 по линейным координатам, углы поворота и угловую скорость резцедержки 6. В процессе обработки заготовки система управления 12 подает сигналы двигателям 9, 10, 11, которые передают движение продольному суппорту 4, поперечному суппорту 5 и резцедержке 6 соответственно. В результате сложного движения резцедержки 6 по траектории СС' вершина резца 8 будет двигаться по траектории ММ'.

Как правило, на участках с разным углом наклона профиля припуск неодинаковый. При использовании способа прототипа это приводит к изменению температуры в зоне обработки. На изменение температуры система реагирует изменением кинематического главного угла в плане. Изменение угла в свою очередь приводит к изменению шероховатости поверхности вдоль обрабатываемого контура. В предлагаемом способе величина главного угла в плане не зависит от температуры в зоне резания и припуска, а следовательно, остается постоянной, что приводит к постоянной шероховатости на всем контуре обрабатываемой поверхности.

Пример выполнения способа

Обрабатывалась партия заготовок из 10 штук. Заготовки имели цилиндрическую и коническую поверхности. Цилиндрическая поверхность длиной 50 мм и диаметром 88,2 мм была сопряжена с конической поверхностью длиной 40 мм, углом наклона образующей конуса к оси детали - 145°. Обработка заготовок осуществлялась на токарном станке с ЧПУ.

Материал заготовок - сталь 30Г.

Инструмент: резец со сменной пластиной. Пластина имеет трехгранную форму, с углом при вершине 60°. Материал пластины - сплав Т30К4.

Геометрические параметры резца:

- главный угол в плане - 75°;

- вспомогательный угол в плане - 45°;

- задний угол - 8°;

- передний угол - 15°;

- форма передней поверхности - плоская с фаской;

- ширина фаски вдоль главного режущего лезвия - 0,3 мм;

- радиус скругления режущей части кромки - 0,03 мм;

- радиус вершины резца - 1 мм.

Режимы резания:

- скорость резания - 200 м/мин;

- подача - 0,11 мм/об.

Величина снимаемого припуска - 0,4 мм.

Полученные детали имели шероховатость на цилиндрической поверхности в среднем Ra=1,6 мкм. На конической поверхности шероховатость изменялась в среднем от Ra=1,6 мкм до Ra=1,8 мкм.

Таким образом, шероховатость в заявляемом способе более стабильна и меньше, чем в прототипе.

Способ включает поворот резца вокруг оси. Для снижения шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки и создания одинаковой ее величины по всей поверхности ось поворота резца перемещают по траектории, образуемой перпендикулярами равной длины, опущенными из центра поворота на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца. 2 ил.

Способ обработки фасонных поверхностей точением, включающий поворот резца вокруг оси, отличающийся тем, что ось поворота резца перемещают по траектории, образуемой перпендикулярами равной длины, опущенными из центра поворота на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца.