Инструмент для обработки криволинейных поверхностей Советский патент 1987 года по МПК B23C5/10 

1135

Изобретение относится к машино- строению и может быть использовано при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы: всасывающих и нагнетательных полостей лопастей корабельных гребных винтов, камер сгорания двигателей, поверхностей летательных аппаратов, крупных лопаток турбин и компрессоров,

штампов, пресс-форм и др.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей инструмента для обработки криволинейных по- верхностей, увеличение .производитель- ности обработки и повышение качества обработанных поверхностей.

На фиг, 1 схематически по казан предлагаемый инструмент для обработки криволинейных поверхностей, у которого главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим образом: меньший первый у торца меньшего диаметра, а больший второй - у торца большего диаметра; на фиг,2 - индикатриса кривизны исходной инструментальной поверхности инструмента у его т-орда меньшего диаметра; на фиг, 3 - то же у торца большего диаметра; на фиг,4 - инструмент для обработки криволинейных поверхностей, у которого главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим образом: меньший второй у торца меньшего диаметра, а больший первый - у торца большего диаметра; на фиг,5 - индикатриса кривизны исходной инструментальной поверхности инструмента у ИГО торца меньшего диаметра; на фиг, 6 - то же, у торца большего диаметра.

Инструмент Для обраб.отки криволинейных поверхностей содержит рабочую часть 1 с режущими элeмeнтa JИ, напри- мер зубьями 2. Рабочая часть инструмента соединена с хвостовиком 3, Исходная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей выполнена в виде поверхности враще- кия с криволинейной образующей 4 переменной кривизны. Криволинейная образующая 4 в полярных координатах определена уравнением

R R ехрс ,

(1)

где R - текущее значение радиус-вектора криволинейной образующей 4 исходной инструментальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностей,мм;

Нд - радиус-вектор образующей 4 исходной инструментальной поверхности инструмента в некоторой заданой ее точке, мм;

с - коэффициент интенсивности изменения радиуса кривизны образующей 4 исходной инструментальной поверхности инструмента (с const - безразмерная величина);

- текущее значение аргумента, рад, .

Ориентация образующей 4 исходной I

инструментальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностней относительно оси 0 - 0„ его вращения увязана с диаметральны- ми размерами d и D у его торцов I и II соответственно. Ориентация образующей 4 исходной инструментальной поверхности относительно оси 0,,-Ои вращения инструмента может быть увязана с его диаметральными размерами у торцов двумя путями.

Образующая 4 исходной инструментальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностей может быть так расположена относительно оси OJ,-OM его вращения (фиг, 1), что главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим образом: меньший

CMMHl первый R у торца I меньшего

1мчс

диаметра, а больший второй R у торца большего диаметра II, Если координаты текущей точки исходной инструментальной поверхности заданы уравнениями вида

-

Хи(и YH(U Z,(U

(1

U

VM); VM);

Уц);

(2)

де X

и

и и

и

и 9

коордийаты текущей точки исходной инструментальной поверхности; криволинейные координаты на исходной инструментальной поверхности,

то главные нормальные радиусы кривизны R , , и R, исходной ииртрумен- тальной поверхности в произвольной ее точке можно вычислить как корни квадратного уравнения

(L,N, - M JR + (Е,Ы, +G,L, -2F«MjR + , - l 0. (З)

где E,, FU.G и Ly, NI,, Mj, - коэффициенты соответственно первой и второй основных квадратичных форм (первой и второй дифференциальных форм Гаусса) исходной инструментальной поверхности в соответствующей точке.

Если исходная инструментальная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2), так, что и ц и Vy - линии образуют на ней ортогональную сеть криволинейных координат, то уравнение (З) может быть упрощено и представлено в виде

(ЬцНц - Ы1)К1 + (N, + L, -2FuMjR F + 1 0. (4) Чтобы найти главные нормальные

кривизны R

С;мим1

1.U

и R

СдлинТ z.u

исходной инструментальной поверхности у ее торца I меньшего диаметра, необходимо на ее окружности диаметра d взять произвольную точку,вычислить в ней значения всех шести коэффициентов первой и второй основных квадратичных форм, подставить полученные величины в уравнение (з) или (если сеть U к V - линий на исходной инструментальной поверхности ортогональна) в уравнение (4), решая которое, найдем оба главных нормальных радиуса кривизны исходной инструментальной поверхности.

Чтобы найти главные нормальные

радиусы кривизны

СмаксТСмаке

Н...и Н,

где Cf, - угол между касательной к образующей 4 исходной инструментапь- 50 ной поверхности и осью вращения О ц-0 ц инструмента у его торца II (угол Lf I удобно показать как угол между нормалями к указанным прямым), Формула () однозначно вытекает из

I.U 2.U

исходной инструментальной поверхности у ее торца II большего диаметра необходимо на ее окружности диамет- ром D взять произвольную точку и про- 55 общеизвестной формулы Менье, записан- извести для нее все расчеты аналогич- ной для торца II, что очевидно, но рассмотренному случаю для торца I, Образующая 4 исходной .инструмен- Направлеиия главных нормальных се- тальной поверхности инструмента для кущих плоскостей С;,,ц и С.ц исход- обработки криволинейных поверхностей

ной инструментальной поверхности, в которых измеряются соответствующие ею главные нормальные радиусы кривизны, определяются отношением

dy,j dV,,

оба значения которого находятся как корни квадратного уравнения

(LJ, -M,Ej() + (L,G,

- ) 0.

dUu dV

dV,,

+ (M,G, - N,FJ (5)

Если исходная инструментальная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2), так, что Uy и Vy - линии образуют на ней ортогональную сеть криволинейных координат, то уравнение (5) может быть упрощено и представлено в виде

,(L(,F,-Mj(

dU,

dV,,

) (4-Nu)-i- + (М, - N.FJ 0.

ц (6)

Как в первом (5), так и во втором

(6) случаях направления главных нормальных секущих плоскостей С ц и С,;,, всегда взаимно ортогональны. Кроме того, применительно к инструменту рассматриваемой конструкции одна из

главных нормальных секущих плоскостей проходит через рассматриваемую точку на исходной инструментальной поверхности и ось вращения инструмента, а другая - через рассматриваемую точку на исходной инструментальной поверхности ортогонально образующей 4, проходящей через эту точку.

Наибольший диаметр D инструмента для обработки криволинейных поверхностей назначают равным максЗ

D 2R

2.U

cosq ,,

(7)

где Cf, - угол между касательной к образующей 4 исходной инструментапь- ной поверхности и осью вращения О ц-0 ц инструмента у его торца II (угол Lf I удобно показать как угол между нормалями к указанным прямым), Формула () однозначно вытекает из

общеизвестной формулы Менье, записан- ной для торца II, что очевидно, Образующая 4 исходной .инструмен- тальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностей

может быть так расположена относительно оси 0ц-0ц его вращения (фиг.4), что главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов,расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим обра М1ИМ1

зом: меньший второй R у торда I меньшего диаметра, а больший

смаке

первый R ц у торда большего диаметра II.

Най-ти главн;че нормальные радиусы

CWHH кривизны iu можно по

указанной методике определения главных нормальных радиусов кривизны мин7 макс

R

.u

и

R

г.и

Положения главных нормальных секущих плоскостей в сечениях I и II исходной инструментальной поверхности остаются неизменными.

Наименьший диаметр d инструмента для обработки криволинейных поверхностей назначают равным

.d .C03C,,(8) :

где Cfj - угол между касательной к .образующей исходной инструментальной поверхности и осью вращения инструмента у его торца I.

Формула (8) получается путем применения для торда I общеизвестной формулы Менье аналогично выводу уранения ( 7).

Как в первом (фиг,), так и во втором (фиг,4) случаях подход к профилированию инструмента для обработки криволинейных поверхностей следующий,

Для обрабатываемой детали, ограниченной сложной поверхностью, которая задана параметрическими уравнениями

Ч Xa(Un; Va);

,1 „ l-r, r .

л у

v

УЛи

где

7 -

X л

La. J

z(ul.

4

t

Zr

).

- координаты текущей точки на (ормбобразуемом отсеке сложной поверхности детали;

Ua, VQ - криволинейные координаты на формообразуемом отсеке сложной поверхности определяют диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны. Это можно сделать следую553786

щим образом. Значение нормального радиуса кривизны Ra формообразуемого отсека поверхности (9) детали в текущей ее точке в произвольном плоском нормальном сечении, положение которо §У1

10

15

20

25

30

35

40

го определяется отношением

dV

I

LqdU, о

может быть рассчитано по формуле

Eadu + 2F,dUo|dVa, + G, dvl К„ .-J-iял j

+ 2MadUadVq + NadV,

1 3 I,Q

где Ед, F ,G fl и L, M , N - коэффициенты соответственно первой и второй основных квадратичных форм (первой и второй диффренциальных форм Гаусса) формообразуемого отсека поверхности детали в соответствукяцей точке на ней.

Определяем по формуле (10) значения главных нормальных радиусов кривизны для разных точек поверхности детали в разных нормальных секущих плоскостях и из всех полученных значений выбираем наибольшее значение

R. и наименьшее Ra . Таким пу макс мин

тем можно установить диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны формообразуемого отсека поверхности детали от R „„ до R „„, .

Такой же диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны должен быть и на исходной инструментальной поверхности Только в этом случае появляется возможность при прочих равных условиях наиболее производительно и качественно формообразовать поверхность детали сложной формы. Поэтому радиусы кривизны образующей 4 исходной инструментальной поверхнос-. ти инструмента для обработки криволинейных поверхностей должны изменять5

0

мин

ся в диапазоне от R,. „„ R

Ml И Ч

«° .ма.с «о.«У инструмента для обработки криволинейных поверхностей (фиг,1) образующая 4 исходной инструментальной поверхности расположена относительно оси 0„-0(, вращения инструмен- Т-, г,

та так, что RU.MHM .ц «

Н

что Ru. WCKKCI

R „ . При

таком исполU. WCTKC i-U

нении инструмент обеспечивает не только заданный диапаздн изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверхности, но и при неизменных габаритах инструмента (в частности при неизменной его длине L) расширяет ее.Это видно из следующего,

В окрестности произвольной точки на гладкой регулярной исходной инструментальной поверхности, параметризованной, например, уравнениями вида (2), распределение нормальных радиусов кривизны определяется уравнением индикатрисы кривизны ( индикатрисы Дюпена)

2Mi

XY

J Y бГ

(11)

где X и Y - координаты текущей точки индикатрисы кривизны исходной инструментальной поверхности.

Если исходная инструментальная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2).

так, что и„ ч везде образуют на ней нальную сеть криволинейных то уравнение (11) может быщено и приведено к виду 1

Ч

2M,XY

N,Y

i

Радиус-вектор текущей точки индикатрисы кривизны исходной инструментальной поверхности равен квадратному корню из соответствующего нормаль ного радиуса кривизны поверхности в рассматриваемой на ней точке. Поэтому, если у торца I RU.IMH

Смин1 К,ц , то вследствие того,

СдлинТ „СминТ R .. всегда

ЧТО

больше R

диапа-

i,u - г.и

зон изменения главных нормальных радиусов кривизны при этом расширя ется Если у торца IT. R

и.макс

I j ,АЛ01КС1

2,U

ТО вследствие того, что

Смокс всегда больше Н ц

К

tmoKcl l,u

диапазон

изменения главных нормальных радиусов кривизны при этом также расширяется.

Расширение диапазона изменения главных нормальных радиусов крнвиз- ны исходной инструментальной поверхности позволяет увеличить степень конформности поверхности детали и исходной инструментальной поверхности в более широком диапазоне измене

0

5

0

5

0

5

ния главных нормальных радиусов кривизны формообразуемон поверхности. При этом расширяются технологические возможности инструмента, увеличивается его производительность обработки и повышается качество обработанных поверхностей,

У инструмента для обработки криволинейных поверхностей (фиг.4) образующая 4 исходной инструментальной поверхности расположена относительно оси Оц-Оц вращения инструменСминТ

5 та так, что R

R

R

CWOKC

U, мин

R При

т..и таком

исполU- макс .и нении инструмент обеспечивает заданный диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверхности и имеет уменьшенный наибольший диаметр D, что позволяет вести обработку деталей, ограниченных сложными поверхностями, в более труднодоступных местах, что расширяет технологические возможности инструмента,Профилирование инструментов для обработки криволинейных поверхностей предполагает широкое использование для этих целей современных быстродействуюгцих ЭВМ.

Пример, Инструмент может быть выполнен в виде фасонной фрезы, режущая часть которой изготовлена из твердого сплава ВК6М, Фреза имеет восемь зубьев. Передний угол О , задний угол 10 , Диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверхности фрезы выбран равным диапазону изменения главных нормальных радиусов кривизны формообразующего отсека сложной поверхности на обрабатываемой детали и составляет

СМИНЗ AlOkcl

RU О ;

100 мм.

Принимая- ц, 15 и используя формулу (О, находим, что

моисЗСминТ

(fi (In R,jy - In R

.ц

)/c, (13)

Принимаем с 2,5. По формуле (13)

Наибольший этом случае

получаем Ц| 52,77 диаметр инструмента в 55 ДЗ 199,24 200 мм.

Формула изобретения Инструмент для обработки криволинейных поверхностей по авт.св. 1271680, отличающийся

гическик. возможностей, увеличения производительности и качества обработанной поверхности, главные нормальные радиусы кривизны исходной поверхности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполll VfUl

нены: меньший первый R, у торца меньшего диаметра; больший .второй

R т , у торца большего диаметра;

САлин меньший второй Н у торца мень

больший первый

большего диаметра,

при этом наибольший диаметр инструмента определяется соотношением

Смаке

D 2R

2.U

COS Ц

а наименьший диаметр - соотношением

Смии d 3R cosq,

где - угол между касательной к образующей исходной поверхности и осью вращения инструмента у торца большего основания;

с| - угол между касательной к образующей исходной поверхности и осью вращения инструмента у торца меньшего основания.

cfJue.1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы. Цель изобретения - расширение технологических возможностей инструмента для обработки криволинейных поверхностей, увеличение производительности обработки и повьш1ение качества обработанных поверхностей путем расширения диапазона изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной образующей инструментальной поверхности. Инструмент содержит рабочую часть с режущими элементами, например зубьями. Рабочая часть инструмента соединена с хвост овиком. Исходная поверхность инструмента выполнена в виде поверхности вращения с криволинейной образующей переменной кривизны,определяемой уравнением в полярных координатах R Rg expc f, где R - текущее значение радиус- вектора криволинейной образующей, мм; Kg - радиус- вектор в некоторой заданной ее точке, мм; с - коэффициент интенсивности изменения радиуса кривизны образующей (с const); Ф - текущее значение аргумента, рад. Ориентация образующей исходной инструментальной поверхности увязана с диаметральными размерами d и D у его торцов, 6 ил. S СО ел СП со 00

ф(/а2

фиё.З

сриеЛ

дзие.5

(рие,6