Токарная обработка стали - это последовательное снятие металлических слоев с заготовки для получения изделия с заранее определенными параметрами. Происходит на токарных станках, в оснащение которых входят различные виды сверл, резцов и ряд других специнструментов.
Для высокоточных операций точения, когда выполняется наружная и внутренняя токарная обработка стали, могут быть использованы резцы с неперетачиваемыми пластинами круглой формы:
- твердосплавными по ГОСТ19069-80, 19070-80, 19071-80;
- минералокерамическими по ГОСТ250003-81;
- из композита ТУ 2-035-808-81.
Применение подобной пластины для токарного станка при обработки высокопрочных материалов, делает оптимальным, высокая стойкость двух режущих кромок пластины с углом заострения 90 градусов, а их расположение по периметру круга оснований пластины увеличивает ресурс режущего инструмента. Как геометрическое тело, режущие пластины этого типа представляют прямой круговой цилиндр, поэтому радиуса r (рис. 1) задний a и отрицательный y передний углы резца образуются наклоном опорной поверхности гнезда под пластину в державке резца.
Рис. 1. Формирование траектории перемещения центра круглой пластины радиуса r при программировании обработки дуги радиуса R.
Вследствие неперпендикулярности оси пластины основной плоскости, ее режущие кромки – окружности в основаниях прямого кругового цилиндра, проектируются на основную плоскость как эллипс. Точное формирование профиля заготовки теоретически будет обеспечено, если управляющая программа создаст траекторию и токарный инструмент по металлу будет перемещаться с учетом эллиптичности проекции круглой пластины на основную плоскость.
Известен широкий круг способов высокоточной токарной обработки фасонных поверхностей различного типа. Так, например, известен способ, в котором для формообразования торцевой поверхности предлагается теоретически точную кромку фасонного резца – эллипса, корректировать в фиксированных точках. Данный способ может повысить точность формообразования торцевых, а также цилиндрических поверхностей в период, когда идет токарная обработка стали, за счет коррекции геометрии режущей кромки фасонного инструмента, однако для режущих пластин стандартной формы он не применим.
Кроме того, известен способ формообразования поверхностей, в котором величина коррекции траектории перемещения инструмента зависит от типа обрабатываемой поверхности и радиуса закругления при вершине резца. В известном способе, для компенсации погрешности обработки конических поверхностей, то как перемещается токарный инструмент по металлу, рассчитывают для соответствующей формообразующей точки радиусной части режущей пластины, в зависимости от угла конусности.
Однако, известный способ не дает возможность учитывать погрешность обработки при динамически изменяющемся радиусе кривизны формообразующей части режущей пластины.
Известный технологам-программистам способ при котором токарная обработка на станках с чпу производится с «коррекцией на радиус» дает возможность программировать траекторию перемещения инструмента с постоянным технологическим смещением относительно одной образующей или группы образующих контура обрабатываемой детали. Вместе с тем, данный способ не дает возможность корректировать погрешность, возникающую, когда перемещается режущий инструмент для токарных станков и сформировать программную траекторию с величиной смещения, функционально зависимой от координат точек контакта образующей и режущей кромки пластины.
Целью данной работы является расчет параметрической функции, определяющей траекторию перемещения инструмента с учетом эллиптичности проекции круглой пластины на основную плоскость. Расчет параметрической функции выполняем для наиболее обобщенного варианта траектории перемещения - обработке наружной тороидальной поверхности радиуса R (рис. 1), с координатами центра Zo , Xo , резец проходной отогнутый на угол ф, с круглой режущей пластиной радиуса r и углами, образованными наклоном оси пластины: передним y и задним a. Проекцией пластины на основную плоскость и параллельную ей координатную плоскость токарного станка Zd, Xd будет эллипс, повернутый на угол ф, с полуосями большей r и меньшей r * cos(y). Крепление пластины – прихватом. Необходимо получить функцию траектории перемещения центра эллипса (рис. 2) из условия его касания дуги радиуса R при каждом значении t - угла поворота вокруг центра дуги точки касания, в направлении подачи.
Рис. 2. Определение смещения центра круглой пластины для резцовZ(t), X(t) относительно дуги радиуса R, при изменяющемся угловом параметре t.
Траектория перемещения центра пластины получена в виде параметрического уравнения. Станки с ЧПУ, как правило, имеют только линейный интерполятор и круговой, аппроксимирующий дугу окружности хордами постоянной длины - F * tо, где F - текущее значение подачи; tо - такт работы ЭВМ.
Известны различные методы решения задачи линейно - круговой аппроксимации траектории перемещения инструмента, заданной как функция действительного аргумента.
САП ТЕХТРАН дает возможность сплайн – аппроксимации дугами окружностей по точкам функционально заданной траектории. В работе Уткина Б.М. “Линейная аппроксимация точечно-заданных контуров” предлагается способ линейной аппроксимации по усредненной величине угла наклона нормали к отрезкам, соединяющим точки траектории перемещения.
Язык макропрограммирования системы ЧПУ FMS-3000 представляет собой расширение языка программирования управляющих программ и имеет операторы, свойственные языку высокого уровня. Такая особенность дает возможность пользователю самостоятельно разрабатывать интерполяционные подпрограммы, формирующие траектории определенные различными функциями.
В работе Лещенко А.И. “Формообразование поверхностей переменной кривизны, заданных аналитически, при линейно-круговом интерполяторе СЧПУ” предлагается программный алгоритм расчета с погрешностью, не превышающей величину поля допуска, линейно-круговой интерполяции траектории перемещения, заданной аналитической функцией. Реализующая алгоритм программа, формирует текстовый файл с форматом данных - начальная точка дуги, конечная точка дуги, центр дуги, радиус.
Выводы. Сменные резцы для токарного станка имеют стандартное радиусное закругление (0.2 - 1.2) мм при вершине режущей кромки, однако для радиусов таких размеров отклонение от круглости проекции формообразующей кромки на основную плоскость составляет настолько малый процент ширины поля допуска, что учитывать эту погрешность не имеет смысла. В теории проектирования режущего инструмента получили развитие теоретические вопросы коррекции искажения проекции формообразующей радиусной части пластины на основную плоскость. В данном случае не ставиться задача, получить формулу для определения откорректированной траектории, когда выполняется обработка разными резцами на токарном станке. Такая зависимость была бы слишком многофакторной и не пригодной для создания параметрической подпрограммы УЧПУ станка. Вместе с тем, принципы построения формулы дают возможность ее применения для различных резцов с радиусной режущей кромкой.
Примером эффективности применения способа может служить токарная обработка подпятника сферического из отбеленного чугуна СПХН49 (HRC 36…43), для которой оптимальными по стойкости оказался резец проходной отогнутый (ф=30 градусов) с отрицательным передним углом y = 8 градусов, образованным наклоном круглой пластины (r = 6.35 мм) из оксидно - карбидной керамики.
Если обработку программировать с траекторией перемещения центра пластины по эквидистанте, т.е. радиусом R + r, то вследствие эллипсности проекции режущей кромки на основную плоскость возникает погрешность формы обрабатываемой поверхности с максимальным значением 0.124 мм, выходящим за пределы поля допуска. Руководствуясь принципами формирования траектории перемещения инструмента, положенными в основу данного способа, удалось достичь точности изготовления детали – подпятника сферического, в пределах 6 - 7 кв., при увеличении вдвое площади пятна контакта с сопрягаемой деталью.
Токарная обработка стали предлагаемым способом дает повышение эффективности и точности токарной обработки. Указанная цель достигается способом, при котором токарная обработка на станках с чпу выполняется при условии перемещения центра стандартной режущей пластины по траектории, рассчитанной по формуле. На данный способ получен патент.
The way of turning processing can be applied by cutting on machine tools with NC for precision operations of cutting of outside and internal surfaces by cutters with plates of the round form. The offered way, as against known, enables to form a trajectory of moving of the tool in view of size of displacement of the centre of a plate depending on coordinates of points of contact of a forming detail and cutting side of a plate.
Рис. 4. Формирование траектории, когда выполняется токарная обработка торцевых поверхностей