|
|
|
В.В. Возный канд. техн. наук., С.Ф.Студенец, В.Е. Мельник, В.В. Мельниченко, А.А.Микищенко
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ЭФФЕКТА ПОДРЕЗАНИЯ ПРИ ФОРМООБРАЗОВАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИМПЛАНТАТОВ КОЛЕННОГО СУСТАВА
Рассмотрены вопросы, связанные со взаимным расположением инструмента и обрабатываемой детали и изменением их расположения в процессе формообразования поверхности. Установлены закономерности изменения их взаимного расположения и величина подрезания. Для обеспечения точности обработки предложены эффективные способы устранения подрезания. Ключевые слова: формообразование поверхностей, смещение, поворот, подрезание, спираль Архимеда, бедренный элемент, эндопротез коленного сустава.
Розглянуто питання, пов'язані зі взаємним розташуванням інструменту і оброблюваної деталі та зміною їх розташування у процесі формоутворення поверхні. Встановлено закономірності зміни їх взаємного розташування і величину підрізання. Для забезпечення точності оброблення запропоновано ефективні способи усунення підрізання. Ключові слова: формоутворення поверхонь, зсув, поворот, підрізання, спіраль Архімеда, стегновий елемент, ендопротез колінного суглоба.
Questions, related to the mutual location of instrument and work part and change of their location in the process of formmaking of surface, are considered. Descriptions of change of their mutual location and size of paring are set. For providing of exactness of treatment the possible methods of removal of paring are offered. Key words: formmaking of surfaces, displacement, turn, paring, spiral of Archimedes, femoral element, endoprosthesis of knee-joint.
Введение. При формообразовании поверхностей сложнопрофильных элементов имплантатов коленного сустава одним из основных факторов, влияющих на точность обработки, является взаимное расположение, как в начальный момент, так и в процессе обработки инструмента и детали. Следует отметить, что изменение расположения инструмента (взаимное смещение и поворот осей) относительно обрабатываемой детали существенно влияет на точность и качество обрабатываемой поверхности. Так, при формообразовании поверхности бедренного элемента имплантатов коленного сустава инструментом со сферической формой рабочей части в процессе обработки по спирали Архимеда изменяется угол между нормалями к спирали и образующей фасонной части инструмента (рис. 1). Изменение угла между нормалями имеет обратную функциональную зависимость от радиуса вектора спирали Архимеда определяемого по формуле [1].
где α – угол поворота спирали Архимеда. т – переменная величина определяющая количество производимых расчетов в модели. Изменяется в пределах от 0 до 70. Методика.
Как следует из рис. 1 в разных точках спирали Архимеда углы между нормалями к спирали Архимеда и фасонной рабочей частью инструмента (МР и ОР отрезки соответственно) различные и чем дальше от центра спирали взята точка (больше радиус-вектор), тем угол между нормалями меньше. В результате расчета зависимости изменения угла между нормалями от радиуса-вектора получили график его распределения (рис. 2). Изменение угла между нормалями влечет за собой эффект подрезания (рис. 3)
Как следует из рис. 4. в результате изменения положения инструмента относительно заготовки происходит формообразовании бедренной поверхности элементов имплантатов коленного сустава с искажением формы (рис. 4), максимальное значение которой h = 0,3 – 0,5 мм. Это может быть допустимо при предварительном снятии материала. В случае чистовой обработки величина подрезания приведет к выбраковке детали.
Обсуждение результатов. Основными способами устранения подрезания являются доворот стола с установленной на нем заготовкой на угол, равный углу в данной точке между нормалями (рис. 5, а), смещение центра спирали по осям x и y (рис. 5, б, в), перерасчет уравнения спирали с учетом величины подрезания (рис. 5, г).
Как следует из рис. 5 три из четырех способов (рис. 5, а‑в) можно реализовать непосредственно на станке с ЧПУ введя поправочные коэффициенты. Применение способа, изображенного на рис 5, г требует перерасчета уравнения спирали Архимеда и соответственно корректировки всей программы перемещения инструмента. С нашей точки зрения, наиболее простой способ предупреждения и устранения возможного подрезания является доворот стола с установленной на нем заготовкой на угол равный углу, в данной точке между нормалями, к спирали и инструменту (рис. 5, а).
Выводы. Расчет изменения угла между нормалями от радиуса-вектора по поверхности дает возможность не только оценить качественные, но и количественные характеристики подрезания в процессе формообразования. На стадии чернового формообразования обрабатываемой поверхности подрезанием можно пренебречь, поскольку его величина на порядок меньше чем снимаемый припуск. Наиболее простой способ предупреждения и устранения возможного подрезания является доворот стола с установленной на нем заготовкой на угол равный углу, в данной точке между нормалями, к спирали и инструменту.
Литература.
Поступила 24.05.11
а. б. Рис. 1. Построение спирали Архимеда и нормали к кривой [2; 3]: а.‑Принцип геометрического построения спирали Архимеда; б.‑Построение нормали к спирали Архимеда
Рис. 2. Зависимость изменения угла между нормалями α от величины радиуса-вектора r
а. б. Рис. 3. Положение инструмента относительно центра спирали Архимеда: а. положение фрезы относительно обрабатываемой поверхности; б. Геометрическое определение подрезания детали
Рис. 4. – Искажение спирали Архимеда на величину подрезания
а. б.
в. г. Рис. 5 Способы устранения подрезания: а. - доворот стола с установленной на нем заготовкой на угол равный углу, в данной точке между нормалями, к спирали и инструменту; б. - смещение центра спирали по оси x; в. - смещение центра спирали по оси y; г. - перерасчет уравнения спирали с учетом величины подрезания
|
|
© kneejoint |