способ обработки фасонных поверхностей точением

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 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 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 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 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.