Юликов М.И. и др. Проектирование и производство режущего инструмента

Подождите немного. Документ загружается.

Исходные данные:

кинематическая схема операции и вид инструмента,

схема срезания npunt/ска и тип инструмента,

схема конструкции, инструментальный материал,

геометрические параметры режущего клина,

число переточек, съем при переточках и подгруппа инструмента

3-я подгруппа

Определение

производящей

поверхности

Выбор формы и

разнеров чистовых

(калибрующих) зубьев

•^Hem „ , X. Нет

1-я подгруппа 1-я подгруппа

Да

Выбор формы а

размеров профилирующих

участков режущих

кромок

Да

Выбор формы ь

размеров

непрофилирующих

кромок

Механизм

регулирования

Выбор формы и

размеров зубьев с

учетом обеспечения

их постоянного профиля

Нет

Выбор формы и

размеров зубьев

переменного профиля

с расчетом задних

поверхностей

3-я подгруппа

Выбор формы и

размеров чистовых

(калибрующих) зубьев

Выбор формы и

размеров черновых

зубьев

Выбор формы и

размеров черновых

зубьев

Определение

числа

зубьев

Определение

размеров рабочей

части резца

Определение

высотных размеров

зубьев и длин рабочей

части инструмента

Определение

размеров стружечного

пространства и числа

зубьев

Определение

диаметральных размеров

и длин рабочей части

инструмента

Определение

размеров стружечного

пространства и числа

зубьев

Определение

диаметральных размеров

и длин рабочей части

инструмента

Рис. 2.28. Последовательность определения параметров в характеристик рабочей части инструмента

Следует учесть, что для многозубого инструмента 2-й под-

группы, у которого зубья выполняют роль черновых и чистовых,

выбор их параметров усложняется. Однако главным условием

все же остается обеспечение правильного формообразования и ка-

чества обработанной поверхности детали.

В процессе выполнения этого пункта расчета решается задача

обеспечения необходимого числа переточек инструмента 1-й и 2-й

подгрупп при соблюдении условий формообразования. Поэтому

возникает необходимость введения механизма регулирования

размеров рабочей части инструмента. Для нерегулируемых кон-

струкций 2-й подгруппы необходимо рассчитывать форму и раз-

меры задних поверхностей исходя из получения после переточки

режущей кромки на новой производящей поверхности, приемле-

мой для правильного процесса формообразования.

После определения размеров калибрующей части необходимо

перейти к определению размеров режущей (черновой) части для

инструмента 3-й подгруппы. Исходными данными являются при-

нятая схема срезания припуска и ее параметры. Далее можно

определить остальные габаритные размеры рабочей части инстру-

мента этой подгруппы.

Определение наружного диаметра мерного инструмента. Для

инструмента, обрабатывающего отверстия, наружный диаметр ре-

жущей части определяется следующим образом. Для нового ин-

струмента номинальное значение наружного диаметра равно но-

минальному значению диаметра обрабатываемого отверстия D„ =

= D

. Верхнее отклонение наружного диаметра [ВО] = А —

— р'тах- Нижнее отклонение [НО] = Д — р'

тах

— N— / = р'

щ,

где Л — допуск на обрабатываемое отверстие; N — допуск на изго-

товление инструмента; / — допуск на износ инструмента; р^,

Р'тт — соответственно максимальная и минимальная величина

разбивки отверстия.

Диаметр предельно изношенного инструмента D„

•= D

—

— Pmin-

Аналогично определяются размеры и допуски на диаметраль-

ные размеры калибрующей части метчика. При назначении допу-

ска на внутренний диаметр D

учитывается, что он не должен

принимать участия в работе. Поэтому верхнее отклонение можно

было бы расположить по номиналу. Однако для стандартных мет-

чиков дано некоторое его превышение над номиналом с целью

получения большей гарантии, что заусенцы после сверла будут

срезаны и резьбовой калибр свободно сможет войти в отверстие

гайки. Это превышение установлено одинаковым для метчиков

всех степеней точности и равно приблизительно половине зазора

между профилями резьбы болта и гайки или D

= &

+ 0,55Р

где D

— наибольший внутренний диаметр резьбы метчика; d

—

номинальный внутренний диаметр резьбы; Р

— шаг резьбы.

При расчете круглой протяжки для обработки отверстия при-

нято за номинальное значение диаметра калибрующих зубьев

принимать не номинальное значение диаметра отверстия, а его

верхнее значение (наибольшее с учетом разбивки при протягива-

нии), В этом случае наружный диаметр круглой протяжки, равный

диаметру калибрующих зубьев, определяется так: d

— d

max

— р',

где р" — величина разбивки отверстия при протягивании.

Определение наружного диаметра немерного инструмента. Для

иемерного инструмента имеются определенные ограничения при

выборе наружного диаметра D В частности, такие ограничения

могут быть связаны со станком, обрабатываемой деталью, выпол-

няемой операцией, числом переточек и т. д. Несмотря на это, за-

дача выбора D ограничена определенными значениями.

У цилиндрических и торцовых фрез изменение наружного

диаметра не влияет на изменение процесса формообразования.

Восстановление параметров установки инструмента осущест-

вляется с помощью механизмов стайка.

Для цилиндричесхих фрез наружный диаметр выбирается с уче-

том прочности и жесткости инструмента и оправки (для насадного

инструмента). В этом случае D — d + 2 (m + И

), где D — на-

ружный диаметр; d — диаметр посадочного отверстия; т — тол-

щина тела (корпуса); И

— высота зуба.

Размеры d и т определяются из условия прочности и жесткости

оправки и инструмента; Н

— из условия прочности и обеспече-

ния необходимого числа переточек зуба. Расчет наружного диа-

метра для фрез с зубьями четырех типовых форм дан в работе [12 ].

При выборе наружного диаметра торцовых фрез пользуются

зависимостью D — (1,4-=-1,8) В, где В — ширина фрезерования.

В случае ограничений по мощности и жесткости фрезерного

станка определяют значение P

и N

по соответствующим форму-

лам из теории резания металлов [21 j или с помощью соответствую-

щих практических рекомендаций. Диаметры торцовых фрез в за-

висимости от мощности электродвигателя станка приведены ниже.

Мощность, кВт ... . До 3,5 3,5- -5,5 5,5 -7.5 7,5—12

Диаметр торцовых фрез, мм 100 ! 60 200 250—315

Иногда бывает выгоднее нарушить последнюю зависимость,

применив фрезу меньшего диаметра (при заданном В), и вести

обработку в несколько проходов по ширине. Экономическую целе-

сообразность этого варианта обработки необходимо проверять по

следующей формуле:

0,5D

M4-J3[I 4-(i/M)]

где Д7* — разница в продолжительности обработки сравниваемых

фрез; М = DlDi — отношение диаметра фрезы, обрабатывающей

изделие за один проход, к диаметру фрезы, обрабатывающей за

несколько проходов; В — ширина детали, мм; /. длина детали,

— минутная подача при работе фрезой меньшего диаметра;

— минутная подача холостого хода. Если ДГ^О, предпочте-

ние отдается фрезе меньшего диаметра.

При назначении номинального делительного диаметра зубо-

резных долбяхов и дисковых шеверов этот диаметр выбирают как

можно большим.

Долбяк большего диаметра (делительного, а следовательно, и

наружного) обеспечивает получение увеличенных высот эволь-

вентных участков профиля зуба нарезаемого колеса и позволяет

брать большую коррекцию, т. е. большее число переточек. При

этом качество обработанной поверхности улучшается.

Шевер дисковый большего делительного диаметра также имеет

преимущества: обеспечивает требуемую высоту рабочих участков

зубьев обрабатываемых колес, уменьшает передаточное число меж-

ду шевером и колесом, что приводит к уменьшению разницы ско-

рости резания на выступах и впадинах зуба шевера и выравнива-

нию износа лезвий.

Однако следует учесть, что наибольшие значения делительных

диаметров долбяков и шеверов могут ограничиваться станком,

а также условиями их изготовления. Например, числа зубьев

долбяка из условия шлифования (потери размеров корундового

круга вследствие его осыпания) не должны превышать при т =

= 0,1ч-0,9 мм — 120 зубьев, при т == 1—=—12 мм — 76 зубьев.

Для долбяков, обрабатывающих колеса внутреннего зацепле-

ния, дополнительно имеются ограничения на выбор чисел зубьев

из условий отсутствия среза головки и ножки зубьев колеса.

Определение числа зубьев инструмента. Выбор числа зубьев

инструмента зависит от ряда факторов: 1) диаметра инструмента;

2) объема стружечных канавок; 3) размеров деталей механизма

крепления и регулирования (для сборных конструкций); 4) огра-

ничивающих условий, накладываемых на процесс резания: по-

стоянства суммарного сечения среза, ограничения по усилию реза-

ния и мощности и др.

В настоящее время задача по обоснованию выбора количества

зубьев, как комплексная вариационная задача, не может быть

решена до конца, так как многие зависимости отсутствуют. Однако

частично эти зависимости экспериментально найдены, а для таких

инструментов, как зуборезные долбяки и дисковые шеверы, число

зубьев определяется, при знании номинального делительного диа-

метра, математически.

В связи с указанным инструмент с точки зрения определения

числа зубьев можно разбить на три группы: а) инструмент, для

которого число зубьев выбирается по практическим рекоменда-

циям (зенкеры, развертки, метчики и плашки); б) инструмент, для

которого число зубьев определяется по эмпирическим формулам

(разнообразные фрезы, в том числе зуборезные); в) инструмент,

для которого число зубьев рассчитывается (протяжки, долбяки.

шеверы).

2.10. Число зубьев метчиков

Обрабатываемое

материал

Диаметр нетчиков, им

Обрабатываемое

материал

2—6

В—14

16—20

22—24

27—36

39—52

Черные металлы

Легкие сплавы

2—3

3—4

4—6

Метчики гаечные, машинные и ручные имеют число зубьев

согласно данным табл. 2.10.

Для торцовых фрез сборной конструкции рекомендуется число

зубьев определять по эмпирическим зависимостям, которые учи-

тывают расположение и размеры ножей, механизмов крепления и

регулирования. Эти зависимости имеют вид: при обработке стали

для D <. 200 мм г = (0,04—0,06) D; для D > 200 мм z == (0,04ч-

—0,06) D 4- 2; при обработке чугуна г = (0,08ч-0,10) D.

Часто бывает так, что фрезы с указанными выше зубьями не

могут быть использованы из-за недопустимых значений усилий

резания или мощности. В этом случае, как следует из теории реза-

ния металлов, выгоднее снижать скорость резания, а не число

зубьев фрезы.

В том случае, когда по каким-либо причинам нельзя умень-

шить скорость резания, уменьшают число аубьев до значений,

определяемых по формуле

_ 10*^8*1

~ l,15NyvS

tBn'

где N, — полная мощность электродвигателя станка, Вт; т) —

КПД главного привода; N

— удельная эффективная мощность,

Вт.

При назначении числа зубьев необходимо стремиться к удов-

летворению условия равномерности фрезерования. Для этого при

торцовом фрезеровании необходимо, чтобы в работе находилось

не менее двух зубьев, т. е. чтобы удовлетворялось неравенство

В 55 D sin (2n/z).

При DlB = 1,4ч-1,6 неравенство имеет вид

Z ^ ;— ~ = 8 -г" 10.

arcsin(0,6-т-0,7)

Фрезы фасонные затылованные со шлифованным зубом имеют

число зубьев, которое зависит не только от прочности зуба, воз-

можности осуществления его шлифования, но и от высоты про-

филя детали.

Для обеспечения прочности зуба и возможности получения

достаточного количества переточек принимают, что толщина зуба

должна составлять 0,8—1,0 его высоты. С увеличением размеров

профиля высота зуба возрастает значительно быстрее, чей диа-

метр, поэтому для обеспечения достаточной прочности зуба при-

ходится уменьшать число зубьев фрезы г.

Рекомендуется число зубьев определять по формуле

г = 0,967r,/ft

4S2

где г

= 0,85d — радиус окружности впадин стружечных канавок;

ha — высота профиля; d — диаметр отверстия (оправки) фрезы.

Полученное число зубьев фрезы необходимо проверить с точки

зрения обеспечения равномерности фрезерования:

г =* 480р/arccos l(D — 2t)/D 1,

где р — количество одновременно работающих зубьев; D — диа-

метр фасонной фрезы; t — глубина фрезерования.

Проверка проводится также на наибольшее число зубьев

фрезы, допустимое по размещаемости стружки в стружечной ка-

навке:

Zme, = 0,2D/(^'

S°'

Выбор числа зубьев для других инструментов приведен также

в [121.

Задние поверхности зубьев для инструментов с неизменным

профилем после его переточки (рис. 2.29, табл. 2.11). Фасон-

ные резцы. Выполнение неизменности условий формообра-

зования, а следовательно, неизменности профиля инструмента

после его переточки легкоосуществимо. Все фасонные резцы (вин-

товые, дисковые и призматические) могут быть изготовлены с зад-

ними поверхностями, удовлетворяющими этому условию. В об-

щем случае такими поверхностями могут быть поверхности с по-

стоянной образующей и направляющей разнообразного вида.

Однако для простоты изготовления инструмента в качестве по-

следних берут винтовую линию, окружность или прямую. В ре-

зультате у дисковых резцов задней поверхностью является ци-

линдрическая винтовая поверхность или поверхность вращения

(частный случай — плоскость).

2. Реечный инструмент, работающий по

методу огибания, имеет профиль, соответствующий про-

филю инструментальной рейки (при у = О эти профили совпадают).

Следовательно, реечный инструмент должен иметь задние поверх-

ности, удовлетворяющие условию неизменности профиля. С точки

зрения удовлетворения этого требования и других (наличие тре-

буемых углов и технологичность задней поверхности) в качестве

задних поверхностей принимают цилиндрическую поверхность.

Для прямолинейного профиля рейки цилиндрическая поверхность

вырождается в плоскость.

3. Фасонные дисковые фрезы для цилин-

дрических поверхностей. Этот инструмент после

переточки имеет уменьшающийся наружный диаметр (D — пере-

Условия формообразования после переточки

Изменяются (1-я и 2-я подгруппы

инструмента)

Не изменяются (3-я подгруппа

инструмента)

Восстанавливаются

Не восстанавливаются

• • I <0 гя |

Е* Ills

ll^S SB

Г§

«1

&-&а

га к

н а) ш •» ЕС г*

.. о о S g-p Ч о

£•2

См

8-SR

га

В 3 И

в g

га >j

х S в

о)

о.д

§ Ш я

Я и о

2 о *

с а.

U Ч и

в в

в а

со

:83

0-2

О)

с ; s

s в га

Р . я

<ц

2 3

и Я X

™ CU 0)

- р.

i- 3

и в

"В

ш В

у Р

В о

"5 в

3 ы

55 н

а>

>,хо

сх

са

в о.

<и

в >.

« а.

&.в

си

са

*я

о.

у о.

Я <и

о.

га

а «

в о-

CU *

га *Я

.- я

cd с

§.8ь

що Я

• it «

Задние поверхности долж-

ны обеспечить постоянство

формы и размеров профи-

лирующих кромок

Задние поверхно-

сти разные, не

ограничиваются

профилированием

о я а

Во)

о 3* я

Q.P

сч

л) са

S Э к о.

g gxo

s 2 S в

tee §а

Задние поверхно-

сти рассчитывают

из условия обеспе-

чения правильного

формообразования

Рис. 2.29. Классификация режущих инструментов

по виду задних поверхностей

менный). Обеспечить требуемую поверхность обрабатываемой де-

тали в данном случае можно при неизменном профиле фасонной

фрезы, соблюдая следующее условие: в момент формообразования

фреза должна иметь профиль, совпадающий с профилем обрабаты-

ваемой поверхности. Указанное условие соблюдается при наличии

у затылованной фрезы переднего угла 7 = 0.

Фрезы е эатылованными нешлифованными зубьями при уфО.

Рассмотрим случай затылования резцом фасонной фрезы, имеющей

V Ф 0, способом, показанным на рис. 2.30.

4 Юлжкоа М. И. в др. 97

2.11. Перечень инструментов с неизменным нрофилем после переточки

Инструмент

Фасонные резцы:

стержневые и

ею

const

призматические

const

дисковые

const const const

Реечный инстру-

оо

const

мент, работающий

по методу огиба-

ния

Фасонные диско-

const const

вые фрезы для

цилиндрических

поверхностей (ре-

гулируемые)

Фасонные диско-

var

вые фрезы для

цилиндрических

поверхностей (не-

регулируемые)

Фасонные диско-

const

const const

вые фрезы для

винтовых поверх-

ностей

Инструмент с ка-

const const

const

либрующими зубь-

(CO)

(0)

(oo)

ями

Теоретически требуемая

задняя поверхность

Цилиндрическая (в част-

ном случае — плоскость)

Тело вращения или винто-

вая

Цилиндрическая (в част-

ном случае — плоскость)

Для сборного регулируе-

мого инструмента задняя по-

верхность может быть любой

поверхностью переноса с об-

разующей, совпадающей с

профилем инструмента

Для острозаточных фрез

задняя поверхность обычно

цилиндрическая или в виде

тела вращения

Для затылованных фрез

(у = G) кривая затылования

любая с учетом требуемых а

и часто спираль Архимеда

Для фрез со шлифованным

зубом задняя поверхность

винтовая цилиндрическая;

если она не подходит, то дру-

гими способами шлифования

получить требуемую заднюю

поверхность нельзя

Цилиндрическая (в част-

ном случае — плоскость)

Обозначения: D — наружный диаметр; V — передний угол; М — межосевое

расстояние.

Рис. 2.30. Схема затыловання фасон- Рис. 2.31. Схема к расчету кривой за-

ных фрез тыловання

Надо найти такую кривую затылования р = р (8), при которой

обеспечивается постоянство профиля производящей поверхности

(тела вращения) с переточкой фрезы. Это условие математически

записывается следующим образом (рис. 2.31):

р - р, (6 + G

) + 6, (2.49)

где

Ву^щ — ъ (2.Б0)

sin щ - р (6) sin <р/(р (8) — h). (2.Б1)

Если (2.61) преобразовать, то получим

sintn = sinv/(l (2.Б2)

Из (2.52) вытекает, что с переточкой фрезы, т. е. при уменьше-

нии р (6), значение т) увеличивается. Соответственно из (2.50) сле-

дует, что увеличивается и значение 8

. При этом высота профиля

в передней плоскости будет переменной. Из рис. 2.31 видно, что

АБ = р cos у — (р — h) cos г). (2.53)

При уменьшении р увеличивается т) и уменьшается cos TJ, и,

что очевидно, высота профиля фрезы при переточке увеличивается.

В связи с этим нельзя осуществить затылование зуба фрезы резцом

при совпадении его передней грани с передней поверхностью фрезы

(см. рис. 2.30) и получить выполнение условия (2.49).

В частном случае, когда у = 0, из (2.51) вытекает, что TJ = 0,

а следовательно, из (2.53) получают, что высота профиля фрезы

с переточками будет величиной постоянной: А Б — h ~ const, и

условие (2.49) будет удовлетворяться: р — Pi = ft.

Фрезы со шлифованными затылованными зубьями имеют задние

поверхности в виде огибающей семейства производящих поверх-

ностей шлифовального круга.

Условие неизменяемости профиля переточенного инструмен-

та (условие конгруентности профиля), или, иначе говоря, незави-

симость характеристики от параметра затыловочных движений

(угла поворота фрезы в процессе затылования), соблюдается в част-

ных случаях: при винтовом цилиндрическом затыловании и кру-

говом затылованни.

При винтовом коническом и плоскокриволинейном затылова-

нии принципиально нельзя получить затылованную поверхность,

обеспечивающую неизменность профиля фрезы при ее переточках.

Расчет погрешностей профиля червячных фрез, затылованных

дисковым кругом, при их стачивании приведен ниже (см. п. 3.3).

Он может быть использован также и для дисковых шлифованных

затылованных фрез, если принять параметры а — kz

/2n, р = 0

где k — величина затылования; z„ — число зубьев фрезы.

4. Регулируемый сборный инструмент. Для

инструментов, у которых межосевое расстояние в процессе работы

4* 99