Методы формообразования поверхностей.

Подавляющее большинство деталей машин можно представить как совокупность геометрических тел, образованных элементарными поверх­ностями: плоскостью, окружностью, сферой и т.д. Поверхности, получае­мые при обработке на станках, делятся на следующие виды: плоские (плоскости), поверхности вращения (цилиндр, конус, сфера), винтовые (витки резьб, червяков), линейчатые (поверхность дисковых кулачков, зу­бья прямозубых цилиндрических колес) и пространственные контурно-сложные (штампы, турбинные лопатки). Многие геометрические поверхности можно получить перемещением образующей ли­нии по направляющей линии. Для образования плоскости необходимо об­разующую прямую линию перемещать по прямой направляющей линии. Поверхности вращения получаются перемещением прямой образующей линии по направляющей - окружности. Винтовые поверхности могут быть получены движением образующей линии по винтовой направляющей ли­нии. При этом образующая линия равномерно вращается и одновременно перемещается в осевом направлении (1оборот ® 1 шаг). Для получения контурно-сложных линейчатых поверхностей прямолинейную образую­щую перемещают по криволинейной направляющей. Профиль направ­ляющей задается или математическим уравнением, или координатами опорных точек. Аналогично задаются и пространственно-сложные поверхности.

Существуют 4 метода получения образующих линий: копирования, обка­та, следа и касания (рис.1).

Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией. Например, при получении цилиндрической поверхности (рис.1, а) образующая линия 1 воспроизводится копированием прямолинейной кромки инструмента, а направляющая ли­ния 2 — вращением заготовки. Здесь необходимо одно формообразующее движение - вращение заготовки. Для снятия припуска и получения детали заданных размеров необходимо поперечное перемещение резца, но это движение (установочное) не является формообразующим.

На рис.1, б показан пример обработки зубьев цилиндрического колеса. Контур режущей кромки фрезы совпадает с профилем впадин и воспроиз­водит образующую линию. Направляющая линия получается при прямо­линейном движении заготовки вдоль своей оси. Здесь необходимы два формообразующих движения: вращение фрезы и прямолинейное переме­щение заготовки. Кроме того, для обработки последующих впадин заго­товка должна периодически поворачиваться на угол, соответствующий ша­гу зацепления. Такое движение называют делительным.

Метод огибания (обката) основан на том, что образующая линия возни­кает в форме огибающей ряда положений режущей кромки инструмента в результате его движений относительно заготовки.

Рис.1. Методы воспроизводства образующих линий

Режущая кромка отли­чается по форме от образующей линии и при различных положениях ин­струмента является касательной к ней. На рис.1, в показана схема обработ­ки зубьев цилиндрического колеса по методу огибания.

Режущая кромка инструмента имеет форму зуба зубчатой рейки. Если заготовке сообщить вращение и согласованное с ним прямолинейное пере­мещение рейки вдоль ее оси, то режущий контур инструмента в своем движении относительно заготовки будет иметь множество положений. Их огибающей явится обра­зующая зуба колеса. Направляющая линия по пре­дыдущему образуется в результате прямолинейного перемещения инстру­мента или заготовки вдоль оси колеса. Для рассматриваемого случая требу­ются три формообразующих движения: вращение заготовки, перемеще­ние инструмента вдоль своей оси, перемещение инструмента или заготовки вдоль оси зубча­того колеса.

Метод следа состоит в том, что образующая линия получается как след движения точки — вершины режущего инструмента. Например, при точе­нии образующая 1 (рис. 1, г) возникает как след точки А — вершины резца, а при сверлении (рис. 1, д) — как след сверла. Инструмент и заго­товка пере­мещаются относительно друг друга таким образом, что вершина А режу­щего инструмента все время касается образующей линии 1. В пер­вом слу­чае (рис. 1, г) направляющая линия получается в результате враще­ния заготовки, во втором случае (рис. 1, д) — при вращении сверла или за­готов­ки. В обоих случаях требуются два формообразующих движения.

Метод касания основан на том, что образующая линия 1 является каса­тельной к ряду геометрических вспомогательных линий 3, образованных реальной точкой движущейся режущей кромки инструмента (рис. 1, е).

Итак, образование различных поверхностей сводится к установлению таких формообразующих движений заготовки и инструмента, которые во­спроизводят образующие и направляющие линии.

Классификация движений.

Звенья, несущие заготовку и инструмент, называют рабочими или исполнительными. В процессе обработки они совершают согласованные дви­жения, называемые также рабочими или исполнительными. По назначе­нию исполнительные движения разделяют на формообразующие (обозначается буквой Ф), устано­вочные (У_ст) и делительные (Д). Установочные движения необходимы для того, чтобы при­вести инструмент и заготовку в положение, обеспечивающее снятие припу­ска и получение заданного размера. Установочное движение, при котором происходит резание, называют движением резания (см., напри­мер, рис. 1, d), а движение, при котором резания не происходит, назы­вают наладочным движением. Примером наладочного движения может служить перемещение стола сверлильного станка с заготов­кой после обработки одного отверстия в новое положение (на новую коор­динату) для сверления последующих отверстий в этой заготовке.

Делительное движение осуществляется для поворота установленной на станке заготовки на заданный угол. Предназначенные для этого меха­низмы представляют собой либо отдельную делительную головку, либо часть конструкции станка или приспособления. Деление может быть пре­рыви­стым и непрерывным. В первом случае (рис.1,6) оно совершается перио­дически. Заготовка поворачивается вокруг своей оси после окончания обра­ботки очередной впадины. Во втором случае делительное движение продол­жается в течение времени, которое необходимо для перемещения инстру­мента по заготовке (рис. 1, в). Данный метод применяют при обра­ботке зубчатых колес, шлицевых валов и т. п. деталей.

Рабочие движения являются формообразующими движениями (Ф). Рабочие движения инструмента и заготовки в процессе резания принято делить на главное движение (Ф_v) и движение подачи (Ф_S). Главным называют дви­жение, которое обеспечивает отделение стружки от заготовки с определен­ной скоростью резания. Движением подачи называют такое движение, ко­торое позволяет подвести под кромку инструмента новые участки заготов­ки и тем обеспечить снятие стружки со всей обрабатываемой по­верхности. Если для формообразования требуется одно движение, то оно будет главным (напри­мер, вращение заготовки, рис. 1, а). При необходимости двух формо­образующих движений одно будет главным, а другое — движением подачи (рис. 1, б, г, д, е). Если формообразующих движений больше двух, то одно из них будет главным (Ф_v), а остальные — движениями подачи (Ф_S1; Ф_S2). Указанные рабочие движения могут быть вращательными (В) и поступатель­ными (П); их могут совершать как заготовка (В_З; П_З), так и инструмент (В_И; П_И). В зависимости от метода обработки формообразующие движения бывают простыми или сложными. К простым относятся вращательное Ф(В) и поступательное Ф(П); к сложным – движения, траектория которых образуется несколькими взаимосвязанными движениями: Ф(В₁В₂); Ф(В₁П₂П₃). Запись нескольких движений в общих скобках условно означает их строгую зависимость друг от друга. Например, в токарных станках главное движение (вращательное) совер­шает заготовка Ф_V(В_З), движение подачи (прямолинейное) - инструмент (резец) Ф_V (П_И); при нарезании резьбы резцом - Ф_V(В_ЗП_И). На фрезерных станках, наоборот, главное (вращательное) движение полу­чает инструмент (фреза) Ф_V(В_И), а движение подачи (прямолинейное) - заготовка (стол) Ф_V(П_З). При обработке пространственно- сложных криволинейных поверхностей фасонными концевыми фрезами необходимы три движения: Ф_V(В_И), Ф_S1 (П_З1 П_И) и Ф_S2(П_З2 П_И).

Кроме рабочих движений для обработки деталей на станках необхо­димы вспомогательные движения (В_СП) и движения управления (У_ПР), которые в процессе резания не уча­ствуют. К их числу относятся движения, связанные с установкой и закре­плением за­готовки, подводом и отводом инструмента, включением и выключением приводов, а также движения, осуществляющие автоматиче­скую установку и снятие инструмента, его правку, транспортирование заго­товок, активный контроль размеров, реверсирование и др.