ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ТРЕХМЕРНОГО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ДЕРЕВОРЕЖУЩИХ ФРЕЗ С ВИНТОВЫМИ СТРУЖЕЧНЫМИ КАНАВКАМИ

 

Шамарина Е.В., Мелехов В.И., Кремлева Л.В.

(АГТУ, г.Архангельск, РФ)

 

Definition of a profile of mills with screw flutes for a shaving for cutting of a tree and a profile of the tool for their manufacturing by means of CAD-systems.

 

Современное направление развития проектирования режущего инструмента связано с созданием систем автоматизированного проектирования, позволяющих с помощью современных вычислительных средств комплексно решать вопросы, возникающие на всех этапах проектирования и изготовления инструментов, на базе лучших решений, полученных в результате целенаправленного поиска.

Необходимость использования инструментов со сложными рабочими, в частности винтовыми, поверхностями диктуется и конструктивными особенностями инструмента, и обеспечением более высоких эксплуатационных показателей, позволяющих повысить производительность обработки, снизить динамические нагрузки на станок и увеличить тем самым точность обработки, улучшить условия резания, повысить качество обрабатываемой поверхности, обеспечить транспортировку стружки из зоны резания и т.д.

Инструменты с винтовыми стружечными канавками, прежде всего это фрезы и сверла, широко используются в деревообработке. Проектирование таких инструментов является одним из наиболее сложных вопросов инструментального производства. Это обстоятельство объясняется тем, что однозначного соответствия между профилем производящего инструмента (инструмента второго порядка) и профилем стружечной канавки, получаемой на режущем инструменте, не существует. В связи с этим при изготовлении таких инструментов возникают погрешности из-за отличий между расчетными параметрами установки инструмента второго порядка.

Вопросам проектирования режущего инструмента с винтовыми стружечными канавками посвящено большое количество научных работ. Разработаны обобщенные методики и алгоритмы проектирования и расчета винтовых канавок, состав и содержание которых определяется типом решаемой задачи (прямая или обратная), формой исходной (инструментальной) поверхности и расчетной схемой, положенной в основу определения профиля, которая использует одно из свойств сопряженных поверхностей. Изменение одного из перечисленных факторов вызывает необходимость разработки своей методики, которые требуют больших затрат.

К настоящему времени не разработаны с необходимой полнотой методы проектирования режущей части фасонных дереворежущих фрез, имеющих винтовые канавки. Перечень факторов, учитываемых при проектировании, не является полным, т.к. не включает число зубьев инструмента. Использование компьютерной техники для проектирования инструмента предполагает полную формализацию и разработку численных аналитических методов решения прямой и обратной задачи профилирования инструмента и создание на их основе автоматизированных методов определения профиля стружечных канавок и профиля инструмента второго порядка для их обработки.

Прямая задача профилирования инструмента представляет собой определение профиля инструмента второго порядка по известному профилю торцевого сечения (рабочей геометрии инструмента). Обратная задача – это определение рабочей геометрии инструмента в торцевом сечении по известному профилю инструмента второго порядка.

Рассмотрим основные этапы решения прямой задачи профилирования инструмента на примере проектирования режущей части концевых фрез с использованием системы T-FLEX CAD 10.

1 этап. Создание инструментальной поверхности инструмента. Инструментальной поверхностью является цилиндрическая поверхность вращения (рис.1).

2 этап. Построение профиля торцевого сечения канавки в плоскости, перпендикулярной оси фрезы. Профиль торцевого сечения примем состоящим из трех участков: 1) участок, образованный прямой линией (AB) со стороны передней поверхности; 2) участок, образованный дугой окружности со стороны задней поверхности (CD); 3) участок сопряжения дугой (BC) (рис.2).

			Рисунок 2-Профиль торцевого сечения фрезы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Профиль канавки задан параметрами: D – диаметр фрезы, z – число зубьев, h=(D-d)/2 – высота зуба, γ – передний угол, α – задний угол, r – радиус скругления дна канавки, радиус спинки зуба и др.

Для упрощения проектирования и модификации геометрии всем параметрам объекта назначаются имена переменных (рис.3).

3 этап. Формирование винтовой (кинематической) поверхности, образующей которой является торцевое сечение, а направляющей – винтовая линия с необходимыми параметрами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для этого профиль торцевого сечения фрезы перемещается по направляющей винтовой линии, основным параметром которой является угол наклона канавки ω (рис.4).

4 этап. Определение профиля фрезы второго порядка и параметров ее установки. Для определения профиля рабочей фрезы (фрезы второго порядка) используется графоаналитический метод профилирования, разработанный Воробьевым В.М., и основанный на построении кривых поверхности канавки в сечениях, перпендикулярных к оси оправки фрезы.

Сначала проводятся плоскости, перпендикулярные к оси оправки фрезы второго порядка (рис.5). Затем строятся линии сечения винтовой канавки плоскостями, перпендикулярными к оси оправки фрезы (рис.6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из центра фрезы проводятся радиусы окружностей, касательных к соответствующим линиям сечений. Построенные окружности параметризуются путем введения переменных (рис.7). По этим радиусам строится теоретический профиль фрезы второго порядка (рис.8).

С целью упрощения конструирования и изготовления профиль рабочей фрезы должен состоять из двух прямолинейных участков, образующих переднюю поверхность. Поэтому, полученные криволинейные контуры рабочей фрезы оформляют в виде прямолинейных участков, внося небольшую погрешность в форму передней поверхности заготовки (рис.9).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наконец, производится проверка профиля фрезы второго порядка на условия корректного формообразования.

Для определения фактического профиля заготовки и величины искажения при обработке полученной рабочей фрезой выполняется обратное построение и корректировка полученных данных (рис.10). По результатам проверки профиля, при необходимости, в геометрию профиля торцевого сечения вносятся соответствующие коррективы.

Таким образом, в результате выполненного исследования сделан вывод о том, что применение компьютерных средств трехмерного геометрического моделирования позволяет успешно решать задачи моделирования дереворежущего инструмента, что повышает точность и достоверность полученных результатов.