Инструмент для обработки криволинейных поверхностей

 

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 радиусвектора криволинейной образующей, мм; Kg - радиусвектор 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1355378 А 2

< 11 4 В 23 С 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1271680 (21) 4056575/31-08 (22) 14.04.86 (46) 30,11.87. Бюл. У 44 (71) Днепродэержинский индустриальный институт им. М.И.Арсеничева (72) С.П.Радзевич (53) 621.914.22 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1271680, кл. В 23 С 5/10, 1984. (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы. Цель изобретения — расширение технологических воэможностей инструмента для обработки криволинейных поверхностей, увеличение производительности обработки и повьппение 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 хвостовиком, Исходная поверхность инструмента выполнена в виде поверхности вращения с криволинейной образующей переменной кривизны,определяемой уравнением в полярных координатах В = В ехрс Р, где R — - текущее значение радиус-вектора криволинейной образующей, мм; R — радиусвектор в некоторой заданной ее точке, мм; с — коэффициент интенсивности изменения радиуса кривизны образующей (с = const); т — текущее значение аргумента, рад, Ориентация образующей исходной инструментальной поверхности увязана с диаметральными размерами d u D у его торцов, 6 ил.

1355378

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы: всасывающих и нагнетательных полостей ло5 пастей корабельных гребных винтов, камер сгорания двигателей, поверхностей летательных айпаратов, крупных лопаток турбин и компрессоров, штампов, пресс-форм и др.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей инструмента для обработки криволинейных поверхностей, увеличение .производитель- 5 ности обработки и повышение качества обработанных поверхностей.

25

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый инструмент для обработ- 20 ки 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 по- 30 верхности инструмента у его торца 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 40 меньшего диаметра, а больший первый— у торца большего диаметра; на фиг.5— индикатриса кривизны исходной инструментальной поверхности инструмента у .".го торца меньшего диаметра; на 4б фиг. 6 — то же, у торца большего диаметра, Инструмент Для обработки криволинейных поверхностей содержит рабочую часть 1 с режущими элементами, напри- 5О мер зубьями 2. Рабочая часть инструмента соединена с хвостовиком Э. Исходная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей выполнена в виде поверхности вращения с криволинейной образующей 4 переменной кривизны, Криволинейная образующая 4 в полярных координатах оп" ределена уравнением

В = В, ехрс9, у торца большего диаметра II Если координаты текущей точки исходной инструментальной поверхности заданы уравнениями вида

Х и у и

2 и. (2) где Хи, Уи, Еи — координаты текущей точки исходной инструментальной поверхности; — криволинейные координаты на исходu„» v„ где К вЂ” текущее значение радиус-век- тора криволинейной образующей 4 исходной инструментальной поверхности йнструмента для обработки криволинейных поверхностей,мм;

К, — радиус-вектор образующей 4 исходной инструментальной поверхности инструмента в некоторой эаданой ее точке, мм; с — коэффициент интенсивности изменения радиуса кривизны образующей

4 исходной инструментальной поверхности инструмента (с = const, — безразмерная величина);

Р— текущее значение аргумента, P °

Ориентация образующей 4 исходной .

I инструментальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностей относительно оси 0„ - 0 его вращения увязана с диаметральными размерами d u D у его торцов Х 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 0и-0 „ его вращения (фиг.1), что главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим образом: меньший (мич1 первый В, ц у торца Х меньшего (макс) диаметра, а больший второй В „ з 135537 ной инструментальной поверхности, то главные нормальные радиусы кривизны R,„ и В „ исходной инструментальной поверхности в произвольной ее точке можно вычислить как корни квадратного уравнения (L,Í„- М „)В „+ (E,И„+б„Ь„2Е ц М ц ) В ц + Е ц б„— Р „= 0 у (3 ) Чтобы найти главные нормальные

,м ич1 радиусы кривизны В,„ мин1 и В 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

40 квадратичных форм, подставить полученные величины в уравнение (3) или (если сеть U è V линий на исходной инструментальной поверхности ортогональна) в уравнение (4), решая которое, найдем оба главных нормаль45 ных радиуса кривизны исходной инструментальной поверхности.

Чтобы найти главные нормальные

Гмакс1

50 радиусы кривизны В,„ и В исходной инструментальной поверхности у ее торца.II большего диаметра необходимо на ее окружности диаметpoM D взять произвольную точку и про 55 извести для нее все расчеты аналогично рассмотренному случаю для торца Х.

Направления главных нормальных секущих плоскостей С„ц и С ц исходде E„, F>вбц и L„ Nэ Ми фициенты соответственно первой и второй основных квадратичных форм

15 (первой и второй дифференциальных форм Гаусса) исходной инструментальной поверхности в соответствующей точке.

Если исходная инструментальная

20 поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2), так, что Uö и Ч„ - линии образуют на ней ортогональную сеть криволинейных координат, то уравнение (3) может быть упрощено и представлено в виде (L N М „) В „+ („+ — 2> „М„)„— Г„+ 1 = О, (4) ной инструментальной поверхности, в которых измеряются соответствующие ею главные нормальные радиусы кривизdU ны, определяются отношением — — "Il оба значения которого находятся как корни квадратного уравнения (К М К )("" ) + (В

11 Е„) ----"- + (N„G„— И„У„)

О, (5)

Если исходная инструментальная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2), так, что U„ и Чо — линии образуют на ней ортогональную сеть криволинейных координат, то уравнение (5) может быть упрощено и представлено в виде дц dU (L F -М )(- — — ) + (L -N )---- +

dV dV

Ц и

+ (̄— Л„Г„) = О. (6) Как в первом (5), так и во втором (6) случаях направления главных нормальных секущих плоскостей С „„ и Cq„ 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 инструмен" та, 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 (мекс3

D = 2В „соя<,, (7) где Ц, — угол между касательной к образующей 4 исходной инструментальной поверхности и осью вращения

О -0 ц инструмента у его торца II (угол q удобно показать как угол между нормалями к укаэанным прямым).

Формула (7) однозначно вытекает иэ общеизвестной формулы Менье, записанной для торца II что очевидно.

Образующая 4 исходной .инструментальной поверхности инструмента для обработки криволинейных поверхностей

135537 у тор10

3 метра II, Найчи главн:;е мин7 кривизны К нормальные радиусы (ма кс7 и R, можно по .u

25

45 может быть так расположена относи= тельно оси О„-Оц его вращения (фиг.4), что главные нормальные радиусы кривизны исходной инструментальной поверхности у ее торцов,расположенные в осевой плоскости инструмента, выполнены следующим обра мнн1 . зом: меньший второй К ца I меньшего диаметра, а больший

f макс,l первый К,ц у торца большего диаукаэанной методике определения главных нормальных радиусов кривизны (мин7 (макс7

R и К 2 ц . Положения глав4,и ных нормальных секущих плоскостей в сечениях 1 и II исходной инструментальной поверхности остаются неизменными.

Наименьший диаметр d инструмента для обработки криволинейных поверхностей назначают равным

ГМ 1н7

d = 2R 2 „соз(,, (8) 30 где Ц, — угол между касательной к .образующей исходной инструментальной поверхности H осью Оц-Оц вращения инструмента у его торца

Формула (8) получается путем при35 менения для -,орца 1 общеизвестной формулы Менье аналогично выводу уравнения (7).

Как в первом (фиг,l), так и во втором (фиг,.;) случаях подход к профилированию инструмента для обработки криволинейных поверхностей следующий, Для обрабатываемой детали, ограниченной сложной поверхностью, которая задана параметрическими уравнениями х = х (и ; г );

V, = Y>(U,; Ч );

z> = z>(u>Ä v>)Ä где Х, Y, К вЂ” координаты текущей точки на формообразуемом отсеке сложной поверхности детаЛи;

V — криволинейные координаты на формообразуемом отсеке сложной поверхности, определяют диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны. Это можно сделать следую8 е щим образом. Значение нормального радиуса кривизны К формообразуемого отсека поверхности (9) детали в текущей ее точке в произвольном плоском нормальном сечении, положение котороы+

ro определяется отношением —с17 может быть рассчитано по формуле

2 2

Я 117 + гГ 117д 1Ч + С. аЧ г

Э

L dU) + 2М dU)dV) + il дну (1О) где К, 1,6 и Ь, И, 11 — коэффициенты соответственно первой и второй основных квадратичных форм (первой и второй диффренциальных форм Гаусса) формообразуемого отсека поверхности детали в соответствующей 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 R . Таким пу) макс мин тем можно установить диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны формообразуемого отсека поверхности детали от К „„„до К. макс

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 изменяться в диапазоне от R = В

U,мин ) ° мин до R — R

" макс ) макс

У инструмента для обработки криволинейных поверхностей (фиг,1) обPB3 +BR 4 HCXOPHOA HHCTPQMeHTBJIh ной поверхности расположена относительно оси Оц-Оц вращения инструмен ммн1 та так, что Бц „„„,„= R„„ a макс 1

" макс

В ц = К „. При таком исполнении инструмент обеспечивает не только заданный диапазрн изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверх7 1355378 8 ь„ — — — Х +

Еи

2Ми

25 ности, но и при неизменных габаритах инструмента (в частности при неизменной em длине L) расширяет ее.Это видно иэ 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) где Х и Y — - координаты текущей точки индикатрисы кривизны исходной инструментальной понерхности.

Если исходная инструментальная поверхность инструмента для обработки криволинейных поверхностей параметризована уравнениями (2). так, что U и Ч вЂ” линии везде образуют на ней ортогональную сеть криволинейных координат, то уравнение (11) может быть упрощено и приведено к виду г,г

L„X + 2M„XY + 1J„Y = I, (12) Радиус-вектор текущей точки индикатрисы кривизны исходной инструментальной поверхности равен квадратному корню из соответствующего нормаль- 35 ного радиуса кривизны поверхности в рассматриваемой на ней точке. Поэтому, если у торца I Ru. (мика

= R „, . то вследствие того, что> (м и 1 (мин)

R R „, диапа<,и 2.0 зон изменения главных нормальных радиусов кривизны при этом расширяется. (макс1

Е -ли У тоРца II Ru „„с г,ц 45

iмокс3 то вследствие того, что R« (MQKC J всегда больше R ц, диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны при этом также расширя- 50 ется, Расширение диапазона изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверхности позволяет увеличить степень конформности поверхности детали и исходной инструментальной поверхности н более широком диапазоне изменения главных нормальных радиусов кривизны формообразуемой поверхности.

При этом расширяются технологические возможности инструмента, увеличивается его производительность обработки и повышается качество обработанных поверхностей.

У ииструмента для обработки криволинейных поверхностей (фиг ° 4) образующая 4 исходной инструментальной поверхности расположена относительно оси 0„-0 ц вращения инструмен(мин ) та так, что Ru „„= R (макс1

R R . При таком испол0 макс м 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, н более труднодоступных местах, что расширяет технологические возможности инструмента. Профилирование инструментов для обработки криволинейных нонерхностей предполагает широкое использование для этих целей современных быстродействующих

ЭВМ, Пример. Инструмент может быть выполнен в виде фасонной фрезы, режущая часть которой изготовлена иэ твердого сплава ВК6М, Фреэа имео ет восемь зубьев. Передний угол 0 о задний угол 10 . Диапазон изменения главных нормальных радиусов кривизны исходной инструментальной поверхности фреэы выбран равным диапазону изменения главных нормальных радиусов кривизны формообразующего отсека сложной поверхности на обрабатываемой детали и состанляет (мин7 (ма кс1

В 10 мм R IOO мм.

Принимая- (, = 15 и используя формулу {1), находим, что (мокс 3 (мин)

{1n В „- 1n R ц )/с. (13)

Принимаем с = 2,5. По формуле. (13) получаем q = 52,77 . Наибольший диаметр инструмента в этом случае

J3 = l99,24 = 200 мм.

Формула и з о б р е т е н и я

Инструмент для обработки криволи" нейных поверхностей по авт.сн, У 1271680, отличающийся

13553 тем, что, с целью расширений технологических воэможностей, увеличения производительности и качества обработанной поверхности, главные нормальные радиусы кривизны исходной поверх5 ности у ее торцов, расположенные в осевой плоскости инструмента, выполГмин7 иены: меньший пеРвый R н У тоР- 1О больший первый шего диаметра; макс 1,Ч у торца большего диаметра, ца меньшего диаметра; больший, второй

Гмакс1

В,,„ у торца большего диаметра; гмин 1 меньший второй В „ у торца мень15

78 1О при этом наибольший диаметр инструмента определяется соотношением мокс) соз,, а наименьший диаметр — соотношением (мин 1

d = В „сов(, где С(, — 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, 1355378

Составитель В.Золотов

Техред Л.Сердюкова

Редактор С,Лисина

Корректор В.Гирняк

Заказ 5743/12 Тираж 970 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óêãîðoä, ул.Проектная, 4