Геометрические особенности фасонных резцов
Фасонные резцы, так же как и обычные (проходные, подрезные и т.д.), должны иметь соответствующие передние и задние углы, чтобы обеспечить рациональные углы резания. Причем все, что касается передних и задних углов обычных резцов, целиком может быть перенесено и на фасонные резцы.
Задний угол круглого фасонного резца образуется за счет установки оси резца выше оси обрабатываемой детали на величину h0 (см. рис.2.1)
где R1 - радиус резца для точки 1; a1- задний угол для точки T1.
Передний угол круглого фасонного резца образуется в процессе заточки. Для этого переднюю грань резца опускают ниже его оси на величину H0:
где R1 - радиус резца для точки T1; g1 - передний угол для точки T1.
Рис. 2.1. Геометрические параметры круглого фасонного резца
Задний угол призматического фасонного резца достигается наклонной установкой тела резца под этим углом к плоскости резания (см. рис. 2.2). Передний угол образуется заточкой передней поверхности под углом b к образующей задней поверхности. Угол b определяется по формуле
Характерной особенностью фасонных резцов является то, что передние и задние углы у них для различных точек профиля неодинаковы. Покажем это на примере призматического фасонного резца (см. рис. 2.2). Для этого продолжим линию передней поверхности и опустим перпендикуляр из центра детали (точки О1) на эту линию. Точку пересечения перпендикуляра с линией передней поверхности обозначим буквой K. Из рассмотрения треугольников T1KO1 и T2KO1 следует, что
Тогда
Рис. 2.2. Схема, иллюстрирующая изменение геометрических параметров призматического фасонного резца
Кроме того, из того, что
При
Из схемы, приведенной на рис. 2.3, следует, что
Аналогичным образом может быть получена формула для определения переднего угла в главной секущей плоскости:
При проектировании фасонных резцов особое внимание следует уделить правильному выбору заднего угла. Величина его должна быть такой, чтобы для самой неблагоприятной точки режущей кромки (точки, для которой угол в плане является максимальным), обеспечить задний угол в главной секущей плоскости не менее 2°-3°. Если по расчету эти углы получаются меньше, то задний угол на вершине резца должен быть увеличен (однако не допускается назначение заднего угла на вершине более 15°).
При обработке фасонными резцами часто встречаются профили, отдельные участки которых располагаются радиально, то есть на этих участках углы в плане j равны нулю и, согласно формулам (2.9) и (2.10), равны нулю передние и задние углы. Для улучшения условий резания на соответствующих участках режущих кромок у фасонных резцов выполняют поднутрение или обнизки (см. рис. 2.4). Передний угол в нормальном сечении может быть увеличен с помощью небольшой лунки на передней поверхности.
 Рис. 2.4 Мероприятия по улучшению задних углов фасонных резцов |
Корректно спроектированные и точно изготовленные фасонные резцы при правильной их установке на станках обеспечивают точность формы и размеров обрабатываемых деталей по IT8...IT12 и шероховатость обработанной поверхности на уровне Ra=0,63...2,5 мкм [14, С.126].
Графический и аналитический метод профилирования фасонных резцов
Известны два метода определения профиля фасонных резцов: графический и аналитический.
Графические способы профилирования значительно проще и нагляднее аналитических. Основным средством определения профиля резца при использовании графического метода является расчетная схема, выполненная с высокой точностью. Основные размеры фасонного инструмента получаются путем измерения размеров на схеме и их последующего пересчета с учетом принятого масштаба. Основной недостаток графического метода проектирования заложен в его природе - точность результатов проектирования определяется точностью выполненных построений. Вместе с тем, при правильно выбранном масштабе изображения и тщательно выполненном построении графические методы построения в большинстве случаев обеспечивают достаточную для практики точность расчета.
При использовании графического метода необходимый масштаб построений определяется по следующей простой формуле:
где D - точность построений, которая зависит от чертежных средств и навыков конструктора; d - допуск на величину наиболее точного диаметрального размера обрабатываемой детали. Полученная величина
Перпендикулярные линии необходимо проводить с помощью точных угольников или строить графически.
При использовании аналитического метода измерения, выполняемые на расчетной схеме, заменяются последовательностью вычислений. Основное преимущество аналитического метода определения профиля фасонных резцов – практически неограниченная точность определения размеров. Недостатком этого метода является сложность расчета, особенно для криволинейных профилей.
При аналитическом методе профилирования также используется расчетная схема, однако точность ее построения не оказывает влияния на точность результатов проектирования. Основная цель построения расчетной схемы при использовании аналитического метода - качественная проверка правильности и иллюстрирование процедуры расчета. Так, расчетная схема позволяет установить отношения между различными размерами инструмента (больше, меньше, равно), точные значения которых должны быть получены путем вычислений. Таким образом, расчетная схема может использоваться как средство контроля правильности вычислений размеров инструмента.
Методы построения расчетных схем различных типов резцов изложены в разделах 5.1, 5.2, 5.3, 5.4.
Практически, области применения графического и аналитического методов могут быть разграничены следующим образом: графический метод следует применять в тех случаях, когда фасонный резец рассчитывается для обработки неточных деталей криволинейной формы; аналитический способ предпочтительнее применять для проектирования фасонных резцов, предназначенных для обработки достаточно точных изделий. Если же деталь имеет сложную криволинейную форму, то удобнее и надежнее произвести расчет профиля обоими способами и сравнивать полученные результаты.
Литература
1. Гильберт Д., Кон-Фоссен С. Наглядная геометрия. - М.: Наука, 1981. - 344 с.
2. ГОСТ 7.1-84. Библиографическое описание документа. Обшие требования и правила составления. - М., 1983. - 25 с.
3. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для втузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» - М.: Машиностроение, 1984. - 270 с.
4. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 832 с.
5. Куртынов И.И. Проектирование металлорежущих инструментов. Пособие по курсовому проектированию (круглые и призматические фасонные резцы с осью или базой крепления, параллельной оси изделия): Учеб. пособие / ВПИ - Волгоград, 1971. - 140 с.
6. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» /Г.Н.Сахаров, О.Б.Арбузов, Ю.Л.Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.
7. Правила оформления рукописи (авторский текстовый оригинал): Методические указания / Сост. Л.П.Кузнецова, В.Н.Подлеснов, Е.Н.Андросюк; Под. ред. проф. Ю.В.Попова; ВолгГТУ. - Волгоград, 1995. - 44 с.
8. Правила оформления графической части и пояснительной записки дипломных и курсовых проектов: Методические указания / Сост. И.Г.Ткаченко, Г.Г.Скребнев; ВолгГТУ. - Волгоград, 1995. - 30 с.
9. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ: Учебное пособие для ВТУЗов / О.В.Таратынов, Г.Г.Земсков, Ю.П.Тарамыкин и др. - М: Высшая школа, 1991. - 423 с.
10. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов: Учебное пособие для ВУЗов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и нструменты» / Под общ. ред. Г.Н.Кирсанова - М.: Машиностроение, 1986. - 288 с.
11. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. - 952 с.
12. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Том 2 / Под ред. А.Н.Малова - М.: Машиностроение, 1972. - 568 с.
13. Справочник инструментальщика / И.А.Ординарцев, Г.В.Филиппов, А.Н.Шевченко и др. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. - 846 с.
14. Справочник конструктора-инструментальщика: Под общ. ред. В.И.Баранчикова - М.: Машиностроение, 1994. - 560 с.
15. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / С.Н.Корчак, А.А.Кошин, А.Г.Ракович, Б.И.Синицын; Под общ. ред. С.Н.Корчака. - М.: Машиностроение, 1988. - 352 с.
Оглавление
Введение...................................................
1. Назначение и основные типы фасонных резцов..............
2. Геометрические особенности фасонных резцов.............
2.1. Причины, вызывающие необходимость коррекционного расчета профиля фасонных резцов...........................
2.2. Особенности обработки конических поверхностей фасонными резцами...........................................
2.3. Графический и аналитический метод профилирования фасонных резцов............................................
3. Общая последовательность проектирования фасонных резцов
4. Выделение узловых точек профиля детали и преобразование их координат..............................................
4.1. Выделение узловых точек профиля детали............
4.2. Особенности выделения участков профиля детали и узловых точек при проектировании фасонных резцов с базовой линией по центру..................................................
4.3. Узловые точки на криволинейных участках профиля детали
4.4. Построение угловых участков профиля резца.........
4.5. Построение радиусных участков профиля резца.......
5. Методика построения расчетных схем и проведения коррекционного расчета................................................
5.1. Построение расчетной схемы и коррекционный расчет профиля круглого фасонного резца с точкой по центру.......
5.2. Построение расчетной схемы и коррекционный расчет профиля призматического фасонного резца с точкой по центру
5.3. Построение расчетной схемы и коррекционный расчет профиля круглого фасонного резца с базовой линией по центру детали..................................................
5.4. Построение расчетной схемы и коррекционный расчет профиля призматического фасонного резца с базовой линией по центру детали............................................
6. Определение конструктивных и геометрических параметров фасонных резцов.................................................
6.1. Назначение материала фасонных резцов..............
6.2. Назначение геометрических параметров фасонных резцов
6.3. Определение конструктивных параметров круглых фасонных резцов..................................................
6.4. Определение конструктивных параметров призматических фасонных резцов............................................
6.5. Назначение размеров дополнительных режущих кромок круглых и призматических фасонных резцов....................
7. Оформление рабочего чертежа резца и пояснительной записки
7.1. Требования к оформлению рабочих чертежей фасонных резцов..................................................
7.2. Оформление расчетно-пояснительной записки.........
Литература................................................
Методика построения расчетных схем и проведения коррекционного расчета
Основным средством проектирования фасонного инструмента при использовании графического метода является расчетная схема. Исполнительные размеры профиля фасонного резца определяются путем проведения измерений на расчетной схеме, выполненной в большом масштабе с высокой точностью. При использовании аналитического метода проектирования, расчетная схема также применяется, но лишь как иллюстрация к аналитическим расчетам. Требования к выбору масштаба при построении расчетной схемы при графическом и аналитическом расчете изложены в разделе 2.3 (см. С.21).
Целью коррекционного расчета является определение координат узловых точек профиля фасонного резца в системе координат, связанной с инструментом. При этом при расчете круглого фасонного резца определяются координаты Ri и li, при расчете призматического резца - координаты Pi и li. В качестве исходных данных коррекционного расчета используются значения координат узловых точек профиля детали ri в li в системе координат, связанной с деталью.
Методы выполнения расчетных схем и проведения коррекционных расчетов различаются для круглых и призматических фасонных резцов, для резцов с точкой и базовой линией по центру. При проектировании фасонного резца с точкой по центру изделия достаточно построения единственной расчетной схемы. При проектировании фасонных резцов с базовой линией по центру детали, необходимы более сложные графические построения, вследствие чего рекомендуется строить отдельную расчетную схему для каждого из участков профиля. В следующих разделах излагаются методики построения расчетных схем для различных типов резцов. Кроме того, приводятся формулы и излагается методика применения аналитического метода коррекционного расчета профиля фасонных резцов. Для иллюстрации изложения используются расчетные схемы, построенные по данным детали, представленной на рис. 4.1 и 4.2 (см. С.29, 31).
Назначение геометрических параметров фасонных резцов
Геометрические параметры фасонных резцов (передний угол g1 и задний угол a1) назначаются для узловой точки, расположенной по оси заготовки (точки T1). Для фасонных резцов с точкой по центру углы назначаются для точки, лежащей на минимальном радиусе детали, для углов с базовой линией по центру изделия - для точки, соответствующей наименьшему радиусу конического элемента изделия.
Передний угол g1 как круглых, так и призматических фасонных резцов назначается в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и материала рабочей части резца. Значения переднего угла для резцов, рабочая часть которых изготавливается из быстрорежущей стали, приведена в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Рекомендуемые значения передних углов
фасонных резцов
| Обрабатываемый материал | sв, МПа | HВ | g1, град. |
| Алюминий, медь | - | - | 25-30 |
| Сталь | До 500 | До 150 | 20 |
| Сталь | Св.500 до 600 | Св. 150 до 175 | 15 |
| Сталь | Св.600 до 800 | Св.175 до 235 | 10 |
| Сталь | Св.800 | Св.235 | 5 |
| Чугун | - | До 180 | 10 |
| Чугун | - | Св.180 до 200 | 5 |
| Чугун | - | Св.200 | 0 |
| Бронза, латунь | - | - | 0-5 |
Задний угол a1 у круглых фасонных резцов выбирается в пределах 10-12°. Большие величины угла a1 ведут к ослаблению режущих кромок резца. Задний угол a1 у призматических фасонных резцов может быть несколько больше (находиться в пределах 12-15°).
После принятия той или иной величины заднего угла производится определение величины заднего угла в нормальном сечении для самой неблагоприятной точки профиля резца. Такой точкой будет точка, для которой угол между проекцией режущей кромки (или касательной к режущей кромке в рассматриваемой точке) на основную плоскость и направлением подачи будет наименьшим (наименьшим является угол j). Величина угла aN для этой точки определяется по формуле
Определенная по приведенной формуле величина aNmin должна быть не менее 2-3°. Если данное условие не выполняется, то можно несколько увеличить угол a1, не превышая при этом максимально допустимого значения, равного 15°.
На режущих кромках резца, перпендикулярных оси детали, для которых задний угол в нормальном сечении при любых значениях a1 будет равен 0° (так как j=0°), необходимо предусмотреть поднутрение с углом 2° или обнизки с оставлением ленточки 0,8-1,0 мм (см. рис. 2.4, С.14).
Кроме того, при назначении переднего и заднего углов фасонного резца могут использоваться данные, приведенные в работах [9, С.149; 12, С.178; 13, С.304; 14, С.130].
Назначение и основные типы фасонных резцов
Фасонные резцы, применяемые в современном машиностроении, можно разделить на группы по различным признакам. Многообразие типов резцов обусловлено разнообразием формы и специфическими требованиями к обрабатываемым деталям, а также условиями обработки. Схема классификации фасонных резцов по различным основаниям представлена на рис. 1.1. На рис. 1.2 представлены схемы, иллюстрирующие использование различных классов резцов при обработке деталей типа тел вращения.
Рис. 1.1. Схема классификации фасонных резцов
По конструктивной форме резцы делят на стержневые, призматические и круглые. Стержневые фасонные резцы (рис. 1.2, а) по своей конструкции и способу закрепления подобны обычным резцам общего назначения, но в отличие от них имеют фасонную режущую кромку, соответствующую форме поверхности обрабатываемой детали. Они просты в изготовлении и эксплуатации, но допускают небольшое количество переточек. Применять их целесообразно для изготовления небольших партий деталей и в качестве инструмента второго порядка при изготовлении режущих инструментов сложного профиля.
Призматический фасонный резец (рис. 1.2, б) представляет собой призматическое тело, одна из боковых граней которого имеет фасонную поверхность, выполняющую роль задней поверхности. Крепятся призматические резцы в державках. Чаще всего применяется крепление типа ласточкина хвоста. Призматические резцы обладают повышенной прочностью и жесткостью режущей части, высокой надежностью крепления, повышенной точностью обработки. Кроме того, призматические резцы лучше отводят теплоту, проще в установке на станках по сравнению с круглыми [14, С.127]. Существенным недостатком этих резцов является невозможность обработки внутренних поверхностей вращения.
Круглые фасонные резцы (рис. 1.2, в) представляют собой тела вращения, снабженные угловым пазом для создания передней поверхности и отверстием или хвостовиком для закрепления в державке. Эти резцы позволяют обрабатывать как наружные (рис. 1.2, в), так и внутренние поверхности (рис. 1.2, г), они более технологичны в изготовлении, чем призматические, и допускают большое число переточек.
Наклонное расположение оси отверстия или базы крепления применяется в исключительных случаях, когда форма детали на отдельных участках профиля не обеспечивает получения оптимальных задних углов при параллельном расположении. Так, применение резцов с осью или базой крепления, наклоненной к оси заготовки под углом 10°-20° рекомендуется в случаях, когда на детали имеются участки с углом профиля 90°. В этом случае на участке А-В (рис. 1.2, е) образуются положительные задний и передний углы, что снижает износ режущего лезвия фасонного инструмента.
Альтернативным способом увеличения задних углов при обработке заготовки, имеющей прямолинейные участки, перпендикулярные к ее оси, является использование круглых резцов с винтовыми образующими. Из-за сложности изготовления резцы с винтовыми образующими находят гораздо меньшее применение по сравнению с традиционными конструкциями, имеющими кольцевые образующие.
По расположению передней поверхности резца относительно оси обрабатываемой детали фасонные резцы делятся на следующие типы: с передней поверхностью, параллельной оси детали (рис. 1.2, а?г); с передней поверхностью, расположенной под углом к оси детали (рис. 1.2, з). У резцов с передней поверхностью, параллельной оси детали, по центру детали располагается только одна точка режущей кромки, если смотреть на резец со стороны торца заготовки. Поэтому такие резцы еще называют фасонными резцами с точкой по центру детали. Фасонные резцы с точкой по центру детали не обеспечивают получение точных конических поверхностей. Фасонные резцы с передней поверхностью, расположенной под углом к оси детали, позволяют увеличить точность обработки деталей, имеющих конические участки. У таких резцов по оси детали, если смотреть на них со стороны торца заготовки, располагается весь участок режущей кромки, обрабатывающий коническую поверхность. Поэтому фасонные резцы передней поверхностью, расположенной под углом к оси детали, называют также резцами с базовой линией по центру детали.
По конструкции самого инструмента фасонные резцы выделяют цельные, составные и сборные резцы. Как правило, фасонные резцы изготовляются из быстрорежущих сталей, однако их стойкость может быть существенно повышена путем использовании твердых сплавов в конструкциях составных и сборных резцов.
В настоящее время в промышленности наиболее широкое применение находят круглые и призматические фасонные резцы для обработки наружных поверхностей деталей типа тел вращения, имеющие ось или базу крепления, параллельную оси детали (рис. 1.2, б ,в, з). Поэтому в настоящем пособии основное внимание уделяется рассмотрению именно этого типа резцов.
Назначение материала фасонных резцов
В настоящее время круглые фасонные резцы в основном проектируются и изготавливаются цельными, а призматические, с целью экономии инструментального материала, - составными. При обработке заготовок из обычных конструкционных материалов в качестве материала рабочей части резцов чаще всего применяется быстрорежущая сталь Р6М5. При изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов экономически выгодно использовать резцы из следующих марок быстрорежущих сталей: Р10К5Ф5, Р9К10, Р18К5Ф2, Р9К5. При проектировании составных резцов в качестве материала державки используется сталь 45 по ГОСТ1050?73.
Значительный экономический эффект можно было бы получить за счет применения фасонных резцов, оснащенных твердым сплавом. Так, резцы, оснащенные сплавом ВК10М, при обработке деталей из стали 45 работают со скоростями резания в 1,5-2 раза выше, чем резцы из быстрорежущей стали. Однако применение таких резцов в значительной степени сдерживается трудностями технологического характера.
Назначение размеров дополнительных режущих кромок круглых и призматических фасонных резцов
Назначение размеров дополнительных режущих кромок производится одинаковым образом для круглых и призматических фасонные резцов, для резцов с точкой и базовой линией по центру изделия. Для любого типа резца должны быть назначены две дополнительные режущие кромки - дополнительная режущая кромка со стороны свободного торца детали и дополнительная режущая кромка со стороны прутка заготовки. Назначение размеров дополнительных режущих кромок производится в следующей последовательности:
1. Назначаются размеры режущей кромки со стороны свободного торца детали. При обработке деталей с фаской на торце под углом 45° или 30° режущую кромку резца, которая обрабатывает фаску, удлиняют на 1-2 мм, а резец заканчивают упрочняющей частью шириной 2-3 мм (рис.6.5, а). При обработке деталей, оканчивающихся цилиндрической частью, крайнюю режущую кромку удлиняют на 1-2 мм. Упрочняющая часть режущей кромки при этом отсутствует (рис. 6.5, б). При обработке деталей, оканчивающихся радиусным участком, на резце предусматривается режущая кромка длиной 1-2 мм под углом 45°, начинающуюся от крайней точки детали, а резец заканчивается упрочняющей частью шириной 2-3 мм (рис. 6.5, в).
2. Назначаются размеры режущих кромок со стороны прутка, которые подготавливают отрезку готовой детали от прутка (рис. 6.5, г). Точка а отрезной кромки резца должна выходить за поверхность прутка на 3-5 мм. С учетом этого ширину участка l2 можно определить следующим образом
где Dпр - диаметр прутка, мм; d - диаметр пояска под отрезку, мм; j - угол между режущей кромкой и прямой, перпендикулярной оси детали. Минимальный диаметр прутка принимается на 2-3 мм больше максимального диаметра детали, то есть
Полученную величину диаметра прутка необходимо скорректировать с учетом имеющихся стандартных номинальных диаметров и в качестве расчетной взять ближайший больший размер. В соответствии с государственным стандартом выпускается прокат следующих номинальных диаметров: 20; 21; 22; 24; 25; 26; 27; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 41; 42; 45; 46; 48; 50; 53; 55; 56; 60; 63; 65; 70; 75; 80; 90; 95; 100 мм.
а б
г д
Рис. 6.5. Дополнительные режущие кромки фасонного резца
При назначении размеров дополнительных режущих кромок следует иметь в виду следующее: в случае, когда проектируется фасонный резец с точкой по центру и участок наименьшего радиуса примыкает к торцу детали со стороны прутка, назначение дополнительной режущей кромки с этой стороны может приводить к фактическому увеличению радиуса круглого фасонного резца или к увеличению размера B призматического фасонного резца (см. рис. 6.4) относительно расчетного или принятого значения. Геометрически, это буден приводить к тому, что точка наименьшего радиуса обрабатываемого профиля детали будет смещаться из точки T1 в точку T1* (рис. 6.5, г). Тогда при установки точки T1 профиля инструмента по центу детали, точка T1* разместится выше линии центров. Наиболее методически строгим является подход, основанный на том, что при возникновении такой ситуации точку T1 (точку, обрабатывающую участок наименьшего радиуса) «переносят» в точку T1*, то есть, фактически, вводят дополнительную узловую точку. В этом случае коррекционный расчет проводится в предположении, что по центру детали установлена точка T1*. Однако в большинстве практических расчетов величиной превышения T1* над T1 пренебрегают, что позволяет упростить процедуры дальнейшего расчета. Ври проектировании фасонных резцов с линией по центру превышение T1* над T1 не играет принципиальной роли, так как по центру детали располагаются только те точки режущей кромки, которые лежат на базовой линии инструмента.
Общая последовательность проектирования фасонных резцов
Проектирование фасонного резца любого типа состоит из ряда процедур, часть из которых является общей для всех типов резцов. Так, назначение материала инструмента, выбор передних и задних углов, назначение ряда конструктивных параметров осуществляется абсолютно одинаково для круглых и призматических резцов, резцов с точкой и базовой линией по центру изделия. Некоторые из проектных процедур (в частности, процедура разбиения профиля детали на участки и выделения узловых точек) незначительно различаются при проектировании резцов с точкой и базовой линией по центру детали.
Вследствие такой специфики процесса проектирования фасонных резцов, в настоящем пособии в качестве базовой методики используется методика проектирования круглых и призматических фасонных резцов с точкой по центру изделия. При изложении методики проектирования фасонных резцов с базовой линией по центру изделия, (разделы 5.3, 5.4) используются ссылки на материалы, приведенные в данном разделе. Фрагменты проектного расчета и справочные данные, которые являются общими для всех видов резцов (рекомендации по выбору материала инструмента, назначению переднего и заднего углов и т.д.) приводятся в разделе 6.
Методики, изложенные в разделах 3-6 охватывают случаи проектирования радиальных фасонных резцов, имеющих ось или базу крепления, параллельную оси детали. При этом рассматриваются случаи проектирования резцов с точкой по центру изделия - круглых (разделы 5.1) и призматических (разделы 5.2), а также резцов с базовой линией по центру изделия круглых (раздел 5.3) и призматических (раздел 5.4). Для круглых фасонных резцов рассматривается случай их крепления на оправке как наиболее распространенный. В разделах 3-5 излагаются как аналитический, так и графический метод проектирования.
Общая укрупненная схема алгоритма проектирования фасонного резца представлена на рис.3.1. Исходными данными для проектирования фасонного резца являются данные об обрабатываемой детали (чертеж детали, сведения о механических свойствах обрабатываемого материала) и данные о типе проектируемого инструмента (цельный, составной или сборный; круглый или призматический; с точкой или базовой линией по центру изделия).
Кроме того, в комплект исходных данных могут быть включены требования к используемому инструментальному материалу и сведения о технологических режимах обработки (в частности, величина подачи).
Алгоритм проектирования может быть представлен в виде следующей последовательности шагов:
1. Подготовка исходных данных. Подготовка исходных данных заключается в выполнении следующих действий:
1.1. Выделение узловых точек профиля детали.
1.2. Определение координат узловых точек профиля.
1.3. Если проектируется фасонный резец с базовой линией по центру детали - производится назначение базовой линии, выделение участков профиля и определение координат вспомогательных узловых точек.
Общие процедуры выделения узловых точек и определения их координат подробно изложены в разделах 4.1 и 4.3. (см. C.29, 35). Особенности назначения базовой линии и выбора узловых точек при проектировании фасонного резца с базовой линией по центру изложены в разделе 4.2 (см. С.32).
2. Производится выбор или назначение марки инструментального материала (если инструментальный материал не задан). Рекомендации по выбору материала приведены в разделе 6.1 (см. С.68).
3. Производится назначение величины переднего угла g1 в точке резца, обрабатывающей участок детали (или точку конического участка) наименьшего радиуса (точке T1, см. рис. 2.1, С.10; рис. 2.2, С.11) и анализ величин передних углов для всех узловых точек режущих кромок. Процедура назначения величины переднего угла подробно изложена в разделе 6.2 (см. С.68).
Рис. 3.1. Алгоритм проектирования круглых и призматических фасонных резцов с точкой или базовой линией по центру изделия
4. Производится назначение величины заднего угла a1 в точке резца, обрабатывающей участок детали (или точку конического участка) наименьшего радиуса (точке T1) и анализ величин задних углов для всех узловых точек режущих кромок. Процедура назначения величины заднего угла подробно изложена в разделе 6.2 (см. С.68).
5. В случае, если проектируется призматический фасонный резец, осуществляется переход к шагу 6. В случае, если проектируется круглый фасонный резец, производится расчет или назначение диаметра оправки резца d и его наружного радиуса (размера R1, см. рис. 2.1, С.10). Назначается число зубьев рифления и определяется угол установки шпинделя делительной головки, назначаются дополнительные режущих кромок. Процедура определения величины R1 и назначения конструктивных параметров подробно изложена в разделе 6.3 (см. С.70). Осуществляется переход к шагу 7.
6. В случае, если проектируется призматический фасонный резец, производится назначение дополнительных режущих кромок и основных конструктивных параметров резца в зависимости от ширины и глубины профиля обрабатываемой детали. Процедура назначения этих параметров подробно изложена в разделе 6.4 (см. С.76).
7. Вычерчивается расчетная схема для коррекционного расчета профиля фасонного резца. В случае, если применяется графический метод профилирования резца, схема вычерчивается в масштабе, который определяется по методике, изложенной в разделе 2.3. Расчетная схема при аналитическом методе определения профиля резца имеет вспомогательный характер, поэтому при ее построении не обязательно придерживаться стандартного масштаба изображения. Необходимо лишь соблюдать относительные соотношения между размерами детали. Последовательность построения расчетной схемы изложена в следующих разделах: при проектировании круглого фасонного резца с точкой по центру - в разделе 5.1 (см. С.44); при проектировании призматического фасонного резца с точкой по центру - в разделе 5.2 (см. С.47); при проектировании круглого фасонного резца с базовой линией по центру - в разделе 5.3 (см. С.50); при проектировании призматического фасонного резца с базовой линией по центру - в разделе 5.4, см. С.60.
8. Определяются размеры элементов профиля фасонного резца. При использовании графического метода профилирования размеры определяются путем выполнения измерений на расчетной схеме.
Для круглых фасонных резцов измеряются размеры Bi (см. рис. 5.1, C. 45), для призматических фасонных резцов - размеры Pi (см. рис. 5.2 48). После измерения размеров инструмента производится их пересчет с учетом масштаба построения расчетной схемы.
При использовании аналитического метода профилирования размеры определяются путем вычислений (то есть производится коррекционный расчет профиля резца). Процедуры коррекционного расчета детально изложены в следующих разделах: для круглого фасонного резца с точкой по центру - в разделе 5.1 (см. С.44); для призматического фасонного резца с точкой по центру - в разделе 5.2 (см. С.47); для круглого фасонного резца с базовой линией по центру - в разделе 5.3 (см. С.50); для призматического фасонного резца с базовой линией по центру - в разделе 5.3 (см. С.50).
9. Предпринимаются меры по улучшению условий резания на участках профиля, перпендикулярных оси детали (см. С.14).
10. Производится подготовка данных и выполнение чертежа фасонного резца. При этом выполняются следующие действия:
10.1. Пересчет координат граничных точек профиля на участках режущей кромки инструмента, обрабатывающих конические участки изделия, в значения соответствующих углов (в тех случаях, когда такие участки на профиле имеются и когда исполнение и контроль углового размера технологически обоснован). Процедура определения угловых параметров профиля инструмента изложена в разделе 4.4 (см. С.39).
10.2. Пересчет координат граничных и средней точки профиля на участках радиусных участках режущей кромки инструмента, в значения координат центров и радиусов заменяющей окружности (в тех случаях, когда радиусные участки на профиле имеются).
10.3. Преобразование координат точек профиля инструмента, полученных расчетом, к размерной цепи. При назначении системы размеров необходимо учитывать технологическую возможность обеспечения точности размеров, удобство изготовления и контроля инструмента.
10.4. Назначение технических требований на инструмент.
Последовательность действий, определенная шагами 1?10 изложенного выше алгоритма полностью определяет процесс проектирования круглых и призматических фасонных резцов с осью или базой крепления, параллельной оси детали. Последовательность выполнения отдельных шаги приведенного алгоритма раскрывается в следующих разделах учебного пособия.
Оформление расчетно-пояснительной записки
Расчетно-пояснительная записка пишется на листах формата А4 (210х297мм) писчей белой бумаги аккуратно от руки чернилами (шариковой ручкой) одного цвета на одной стороне листа. Не обязательно, однако очень желательно, выполнение пояснительной записки машинописным или типографским способом, а также с помощью принтера персональной ЭВМ. При хорошем качестве бумаги допускается размещение текста на обеих сторонах листа.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать расчет размеров резца, обоснование выбора тех размеров, которые не подлежат расчету, обоснование выбора материала и геометрических параметров. Изложение материала расчетно-пояснительной записки необходимо начинать с указания исходных данных. Расчеты и обоснования должны быть конкретными, относящимися непосредственно к проектируемому инструменту. Если определение параметров резца производится по формуле, то вначале записывается формула в общем виде, затем подставляются числовые значения и приводится рассчитанное значение параметра. Недопустимо сразу после формулы в общем виде давать конечный результат. Все обоснования и расчеты необходимо подтверждать ссылками на соответствующие литературные источники с указанием страниц, номеров таблиц и формул и т.д. При необходимости следует приводить эскизы.
Правила оформления расчетно-пояснительной записки соответствуют общим правилам оформления авторского текстового оригинала рукописи, изложенным в работах [7; 8]. В качестве образца оформления рукописи (размещение текста на странице; нумерация разделов, рисунков, таблиц и формул; оформление подписей рисунков и заголовков таблиц; оформление списка литературных источников и т.д.) может быть использовано данное учебное пособие. При оформлении пояснительной записки на компьютере, рекомендуется применять текстовый редактор MS Word или подобный ему. При этом рекомендуется назначать следующие режимы форматирования:
1.Формат страницы: левое поле - 30 мм, правое поле - 15 мм, верхнее поле - 20 мм, нижнее поле - 20 мм.
2.Оформление текста: заголовок раздела - гарнитура Arial или Helvetica, 14 pt, интервал разреженный на 1-3 pt; заголовок подраздела - гарнитура Arial или Helvetica, 14 pt, без разрядки; подрисуночная подпись - гарнитура Times или Times New, 14 pt, курсив; обычный текст и заголовки таблиц - гарнитура Courier New, 14 pt.
3.При оформлении текста следует использовать межстрочный интервал (интерлиньяж) 1,5 линии (18 pt) и двустороннюю выключку (выравнивание). Заголовки таблиц следует выполнять с выключкой по центру страницы.
4.При создании формул следует назначать стили оформления в соответствие с рис.
В конце записки необходимо привести перечень использованной литературы в соответствии с библиографическими правилами описания литературных источников [2, 7], указать дату выполнения работы и подписать записку.
Определение конструктивных параметров призматических фасонных резцов
При определении конструктивных параметров призматического фасонного резца производится назначение дополнительных режущих кромок, определение ширины резца и назначение параметров крепления.
1. Для определения общей ширины резца требуется предварительно назначить дополнительные режущие кромки. Назначение дополнительных режущих кромок производится одинаковым образом для круглых и призматических фасонных резцов. Методика назначения дополнительных режущих кромок изложена в разделе 6.5 (см. С.79).
2. Общая ширина призматического фасонного резца, так же, как и круглого, определяется с учетом дополнительных режущих кромок по формуле:
где L - длина детали, мм; l2 ? ширина дополнительной режущей кромки со стороны прутка, мм; l3 - ширина дополнительной режущей кромки со стороны открытого торца детали, мм. Величины l2 и l3 определяются точно так же, как для круглых фасонных резцов. Полученное значение общей ширины резца округляется до целого числа за счет дополнительной режущей кромки со стороны прутка.
3. Остальные конструктивные параметры призматического фасонного резца (см. рис. 6.4) в каждом отдельном случае назначаются в зависимости от наибольшей глубины профиля детали и длины детали по табл. 6.3. Наибольшая глубина профиля детали определяется по формуле:
где rmax ? наибольший радиус детали, мм; rmin ? наименьший радиус детали, мм. Если оказывается, что размеры резца определенные в зависимости от глубины профиля детали и от длины детали, различаются, то необходимо принимать большее значение. Для облегчения точной установки призматических фасонных резцов по высоте центра детали и увеличения устойчивости резца в рабочем положении в нижнем торце резца предусмотрено резьбовое отверстие для регулировочного винта, закрепляемого в определенном положении гайкой и контргайкой.
Основные размеры призматических фасонных резцов
| Глубина профиля детали, tmax, мм | Длина детали, L, мм | Размеры резца | Размер хвостовика контрольный | |||||||||
| B | H0 | E | A | F | r | d | l | m | dp | M | ||
| 4 | 10-14 | 9 | 75 | 4 | 15 | 7 | 0,5 | М6 | 8 | 15 | 3 | 18,57 |
| 6 | 15-20 | 14 | 75 | 6 | 20 | 10 | 0,5 | М6 | 10 | 15 | 4 | 29,00 |
| 10 | 21-40 | 19 | 75 | 6 | 25 | 15 | 0,5 | М6 | 15 | 15 | 6 | 34,46 |
| 14 | 41-56 | 25 | 90 | 10 | 30 | 20 | 1,0 | М8 | 20 | 20 | 10 | 45,77 |
| 20 | 57-68 | 35 | 90 | 10 | 40 | 25 | 1,0 | М8 | 25 | 20 | 10 | 55,77 |
| 28 | 67-85 | 45 | 100 | 15 | 60 | 40 | 1,0 | М10 | 30 | 25 | 15 | 83,66 |
С целью экономии быстрорежущей стали, призматический фасонный резец, как правило, изготавливается составным. Рабочая часть резца изготавливается из быстрорежущей, а державка - из конструкционной стали.
Контроль размеров «ласточкина» хвоста производится с помощью роликов диаметром dр, которые показаны на рисунке. Размер М по роликам характеризует точность изготовления размера А и угла 60°.
Рис. 6.4. Конструктивные элементы призматического фасонного резца
Определение конструктивных параметров круглых фасонных резцов
При определении конструктивных параметров круглого фасонного резца производится выбор типа крепления резца, назначение параметров крепления, определение наружного диаметра резца, определение размеров рифлений, назначение дополнительных режущих кромок и определение размеров выточки посадочного отверстия.
Определение конструктивных параметров сводится к следующей последовательности процедур:
1. На первом шаге осуществляется выбор типа крепления резца. При длине обрабатываемой поверхности менее 30 мм принимается одностороннее консольное крепление резца. При длине обрабатываемой фасонным резцом поверхности 30 мм и более рекомендуется применять двухстороннее крепление, при котором ось для установки резца имеет две опоры.
2. Производится определение диаметра посадочного отверстия резца. Диаметр посадочного отверстия круглого фасонного резца определяется из условия достаточной прочности и жесткости оправки в зависимости от главной составляющей силы резания РZ. Определение диаметра посадочного отверстия сводится к следующим действиям:
2.1. Назначение величины радиальной подачи (если величина радиальной подачи не задана). Как правило, поперечная подача при работе фасонными резцами берется в пределах 0,03-0,06 мм/об.
2.2. Определение величины главной (вертикальной) составляющей силы резания (величина PZ). Составляющая силы резания РZ определяется по формуле
где р - удельная сила резания, приходящаяся на единицу длины режущей кромки (Н); L - длина обрабатываемой поверхности (мм). Значения удельных сил резания при обработке конструкционных материалов приведены в табл.6.2.
Таблица 6.2
Значения удельных сил резания
при обработке конструкционных материалов
| Поперечная подача Sn, мм/об | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,10 |
| Удельная сила резания, РZ, Н | 150 | 190 | 220 | 260 | 290 | 320 | 350 | 380 |
2.3. Определение диаметра посадочного отверстия. При консольном (одностороннем) креплении резца диаметр посадочного отверстия резца определяется по эмпирической формуле [6, С.59]
При двустороннем креплении резца диаметр посадочного отверстия определяется по формуле
2.4. Полученные значения диаметра посадочного отверстия округляются до ближайшего большего значения из следующего ряда стандартных диаметров: 10; 13; 16; 22; 27; 32; 40; 50 мм.
3. Производится определение наружного диаметра резца. Наружным диаметром резца считается диаметр окружности, проходящей через узловую точку профиля, лежащую по оси детали и расположенную на минимальном радиусе детали. Учитывая дополнительные режущие кромки фасонного резца в связи с последующими операциями - подрезкой торца и отрезкой от общей заготовки - фактический наружный диаметр резца, возможно, будет несколько больше. Эта величина уточняется в конце расчета. Согласно рис. 6.1, наружный диаметр круглого фасонного резца может быть рассчитан по следующей формуле:
где d0 ? диаметр посадочного отверстия резца, мм; tmax ? наибольшая глубина профиля детали, мм;
Рис. 6.1. Схема к определению наружного диаметра круглого фасонного резца
Наибольшая глубина профиля детали определяется по формуле
где rmax и rmin - соответственно наибольший и наименьший радиус детали (мм). Запас по длине передней грани фасонного резца для обеспечения свободного схода стружки принимается не менее трех миллиметров (как правило, a=3-8 мм.). Толщина стенки фасонного резца определяется по формуле
Полученное значение наружного диаметра резца округляется до числа, кратного пяти.
В ряде работ (см., например, [5, С.4-14; 14, С.131-133; 15, С.303]) предлагаются несколько иные методики назначения посадочного и наружного диаметра круглого фасонного резца.
Однако, несмотря на различия в подходах, применение большинства известных методик дает близкие результаты.
Учитывая, что изготовление и эксплуатация круглых фасонных резцов слишком большого диаметра вызывает определенные трудности, практически резцы диаметром более 100-120 мм не применяются.
4. Производится определение размеров рифлений. Для обеспечения надежного крепления, а также для предварительной установки резца после его переточки относительно оси изделия, с правой стороны резца, если смотреть по направлению подачи, делают буртик, на котором нарезают рифления (см. рис. 6.2). Наружный диаметр буртика выбирают таким, чтобы зубья рифлений подходили непосредственно к линии заточки. Обычно диаметр буртика равен
Число зубьев рифлений z принимается равным 32?34. Угол профиля рифлений в нормальном сечении равен 90°. Вершины зубьев рифлений срезаны на величину 0,35?0,37 мм с оставлением площадки шириной 0,70?0,75 мм. Во впадине остается площадка шириной 0,50?0,60 мм. Это обеспечивает сопряжение зубьев на резце и державке по боковым сторонам. Для обеспечения постоянства ширины площадки при вершине зубчиков по их длине дно впадины между зубчиками располагают к торцу буртика под углом w. Угол w определяют по формуле
где z - число зубьев рифлений. Ширина буртика под рифления выбирается с таким расчетом, чтобы в процессе нарезания зубьев фреза не задевала тело резца. При этом используется следующая формула
где D - наружный диаметр резца на правом торце (если смотреть на переднюю поверхность инструмента). Полученное значение ширины буртика округляется до ближайшего большего целого числа. Кроме того, на рабочем чертеже круглого фасонного резца необходимо указать угол установки шпинделя делительной головки при фрезеровании зубьев рифлений. Его величина определяется по формуле
Рис. 6.2. Схема к определению размеров рифлений
5. Производится определение общей ширины резца. При определении общей ширины резца необходимо учитывать, что кроме режущей кромки, которая предназначается для оформления фасонного профиля детали, у фасонных резцов делаются дополнительные режущие кромки.
Таким образом, общая ширина круглого фасонного резца определяется по формуле
где L - длина детали, мм; l1 ? ширина буртика с рифлениями, мм; l2 ? ширина дополнительной режущей кромки со стороны прутка, мм; l3 - ширина дополнительной режущей кромки со стороны открытого торца детали, мм. Полученное значение общей ширины резца округляется до целого числа за счет дополнительной режущей кромки со стороны прутка.
6. Производится определение размеров выточек. У круглых насадных фасонных резцов шириной менее 15 мм выточки в отверстии не выполняют. У резцов шириной более 15 мм для лучшего их центрирования и закрепления на оправке внутри тела резца предусматривают выточки. У круглых резцов с односторонним креплением с левой стороны, то есть со стороны, противоположной рифлениям, делают выточку для размещения головки оси, на которой крепится резец, а внутри резца располагают выточку для уменьшения посадочной поверхности (см. рис. 6.3, а).
У круглых фасонных резцов с двусторонним креплением выточка для размещения головки оси вспомогательного инструмента отсутствует. Имеется только выточка для уменьшения посадочной поверхности (см. рис. 6.3, б). Размеры выточек определяют по следующим формулам:
Полученные значения размеров выточек округляются до целого числа. В формулах для определения размеров выточек приняты следующие обозначения: d0 ? диаметр посадочного отверстия резца, мм; L0 ? общая ширина резца, мм.
а б
Рис. 6.3. Схема расположения выточек у круглого фасонного резца с односторонним (а) и двусторонним (б) креплением
Особенности обработки конических поверхностей фасонными резцами
Геометрически строгая коническая поверхность образуется вращением прямой линии (образующей конуса) вокруг некоторой оси, пересекающей эту образующую (см.рис. 2.6, а). Таким образом, при обработке прямолинейным участком режущей кромки фасонного резца, геометрически строгую коническую поверхность можно получить лишь в том случае, когда режущая кромка расположена одной плоскости с осью вращения детали. Справедливо и обратное утверждение - для получения геометрически точной конической поверхности при обработке режущей кромкой фасонного резца, не лежащей с осью вращения детали в одной плоскости, эта режущая кромка не должна являться отрезком прямой, а должна являться кривой второго порядка (коническим сечением). В случае, если режущая кромка является прямолинейной и не расположена с осью вращения детали в одной плоскости, в результате обработки будет получен не конус, а однополостной гиперболоид вращения (см. рис. 2.6, б) [1, С.19]. Таким образом, точно очерченные конические участки профиля детали при их обработке фасонными резцами образуются лишь в том случае, когда соответствующие режущие кромки полностью совпадают с прямолинейными образующими создаваемых конусов и располагаются в одной плоскости с осью вращения детали.
а б
Рис. 2.6. Схема формирования конуса и однополостного гиперболоида вращения
Пространственное размещение режущих кромок фасонного резца во многом определяется его типом (круглый или призматический резец, резец с точкой или базовой линией по центру детали). Поэтому по степени точности обработки конической поверхности тем или иным типом фасонного резца можно судить вообще о точности обработки фасонной поверхности резцами данного класса.
Наибольшая точность и геометрическая строгость при полном отсутствии вогнутости образующей конической поверхности достигается применением призматических фасонных резцов с базовой линией по центру детали. У этих резцов прямолинейная режущая кромка полностью совпадает с прямолинейной образующей конической поверхности (см.
рис. 2.7).
Рис. 2.7. Схема обработки конической поверхности призматическим фасонным резцом с передним углом g>0, передняя поверхность которого расположена под углом l
При обработке деталей призматическими фасонными резцами с точкой по центру детали обработанная поверхность, по сути, представляет собой усеченный однополостной гиперболоид вращения (см. рис. 2.6, б). При этом величина отклонения обработанной поверхности от конуса, как правило, невелика и в реальной практике не превышает 0,05 мм и лишь при очень больших значениях переднего угла (порядка 20°?25°) величина вогнутости образующей достигает 0,1 мм. Задний угол совершенно не влияет на величину вогнутости. Причина вогнутости заключается в наклонном положении режущей кромки, обрабатывающей коническую поверхность, относительно оси вращения (и, соответственно, образующей конуса) детали (см. рис. 2.8). Правильная обработка конической поверхности в данном случае была бы возможной, если бы режущая кромка была криволинейной, и очертание ее совпало с гиперболой, образующейся при пересечении конуса передней поверхностью инструмента (в данном случае - плоскостью). Однако резцы, имеющие режущие кромки, очерченные по кривым второго порядка, сложны в изготовлении и контроле, вследствие чего широкого распространения не нашли. В большинстве практических случаев величина вогнутости, допускаемая призматическими резцами с точкой по центру детали укладывается в пределы допусков на точность обработки деталей.
Рис. 2.8. Схема обработки конической поверхности призматическим фасонным резцом с точкой по центру и положительным передним углом
У круглых фасонных резцов, как с точкой, так и с базовой линией по центру детали, режущие кромки, обрабатывающие конические участки профиля детали, не прямолинейны, а криволинейны. Круглый резец, обрабатывающий коническую поверхность, представляет собой усеченный конус. В сечении конуса плоскостью передней поверхности, отстоящей на расстоянии H0 от оси резца, получается дуга гиперболы.
Выпуклая форма режущей кромки резца придает коническому профилю детали вогнутую форму (рис. 2.1, С.10). Величина выпуклости дуги гиперболы режущей кромки круглого резца зависит от расстояния H0, которое определяется по формуле (2.2).
У круглого фасонного резца с базовой линией по центру детали режущая кромка, обрабатывающая коническую поверхность, всеми своими точками располагается по центру детали. Для получения теоретически точной конической поверхности она должна быть прямолинейной. В действительности же она выпуклая и является дугой гиперболы. Поэтому обрабатываемая поверхность получается вогнутой. Величина вогнутости образующей конической поверхности равна величине выпуклости режущей кромки между узловыми точками и достигает 0,20 мм, что приблизительно в 4 раза больше ошибки, получаемой в аналогичных условиях при обработке этой же детали призматическим резцом с точкой по центру.
Наибольшая вогнутость на изделиях (в отдельных случаях до 1,2-1,3 мм) получается при обработке круглыми фасонными резцами с точкой по центру детали. При работе этими резцами режущая кромка, обрабатывающая коническую поверхность, располагается под углом к образующей конуса. Для получения теоретически точной конической поверхности она должна быть вогнутой и очерченной по гиперболе. В действительности же она - выпуклая и является дугой гиперболы. Поэтому обрабатываемая поверхность получается вогнутой. Величина вогнутости образующей конической поверхности равна сумме величин выпуклости режущей кромки и вогнутости дуги гиперболы, образуемой при пересечении плоскости передней поверхности с обрабатываемым конусом.
Таким образом, наиболее точную коническую поверхность можно получить при обработке призматическим фасонным резцом с базовой линией по центру, призматические резцы с точкой по центру несколько менее точны. Еще менее точны круглые резцы с базовой линией. Наименьшую точность при обработке конических участков обеспечивают круглые фасонные резцы с точкой по центру изделия.
Особенности выделения участков
При проектировании фасонного резца с базовой линией по центру изделия, помимо узловых точек, по чертежу детали назначаются участки профиля, положение которых на инструменте определяется положением его базовой линии, и вспомогательные узловые точки.
Выделение участков профиля и назначение узловых точек производится следующим образом (см. рис. 4.3):
1. Один из участков режущей кромки резца (участок, обрабатывающий коническую поверхность) должен располагаться в одной плоскости с осью вращения детали. Конический элемент детали, который образуется в результате обработки этим участком, является наиболее ответственным, требующим предельной точности обработки. Собственно, из-за требований к этому участку и проектируется фасонный резец с базовой линией по центру. Через участок профиля детали, соответствующий коническому элементу проводится «базовая линия» (прямая A-A). Все точки передней поверхности резца, принадлежащие этой линии, будут находиться в одной плоскости с осью вращения детали.
2. Выделяются участки профиля детали. Участку, совпадающему с базовой линией (то есть участку, соответствующему коническому элементу детали) присваивается номер I. Остальным участкам, границами каждого из которых являются узловые точки, присваиваются в произвольном порядке номера II, III, IV и т.д. Общее количество выделяемых участков определяется проектировщиком. Увеличение количества участков приводит к тому, что увеличивается общее количество расчетных схем, но упрощается процедура построения каждой из них. Минимальное количество участков профиля детали равно 3 (в том случае, если конический элемент расположен «в середине» детали) или 2 (в случае, если конический элемент примыкает к одному из торцов).
Рис. 4.3. Схема выделения узловых точек и участков профиля детали при проектировании фасонного резца с базовой линией по центру изделия
3. Выделяются узловые точки в соответствие с правилами, изложенными в разделе 4.1 (см. C.29). Нумерация узловых точек может быть назначена произвольно.
Однако при проектировании фасонного резца с базовой линией по центру рекомендуется символом T1 обозначать граничную точку конического участка, имеющую наименьший радиус, символом T2 - вторую (имеющую больший радиус) граничную точку конического участка. Все остальные узловые точки рекомендуется нумеровать в порядке возрастания их радиусов (см. рис. 4.3)
4. Через выделенные узловые точки T3?Tn, не принадлежащие коническому участку, до пересечения с базовой линией проводятся прямые, перпендикулярные оси вращения детали. Точки пересечения этих прямых с базовой линией обозначаются символами T3*?Tn*. Полученные точки T3*?Tn* - вспомогательные узловые точки. Согласно проведенным выше рассуждениям, эти точки (как и все точки, принадлежащие базовой линии) находятся на пересечении передней поверхности (плоскости) фасонного инструмента и плоскости, проходящей через ось детали. Для граничных точек конического участка, лежащих на базовой линии, вспомогательные точки T1* и T2* совпадают с исходными узловыми точками T1 и T2, вследствие чего на чертеже эти точки не отображаются.
5. Определяются координаты вспомогательных узловых точек T3*?Tn*. Положение каждой вспомогательной узловой точки Ti* (i > 2) определяется двумя координатами - li* и ri*. Координата li* любой точки Ti* равна осевой координате li соответствующей точки Ti. Радиальная координата ri* каждой вспомогательной узловой точки определяется следующей формулой:
где r1 и r2 - радиальные координаты граничных узловых точек на коническом участке (точек T1 и T2), l1 и l2 - соответствующие осевые координаты данных точек.
Возможна ситуация, когда расчет по формуле (4.1) приводит к получению отрицательных радиусов ri*. Получение отрицательных значений свидетельствует о том, что точка Ti* и точка Ti расположены на схеме по разные стороны оси вращения детали. Такой случай расположения точек T3 и T3* иллюстрируется схемой на рис. 5.5, а (см. С.55).
Таким образом, после проведенных действий каждой узловой точке Ti (кроме граничных точек конического участка T1 и T2) соответствует вспомогательная узловая точка Ti*, координаты которой известны.
Построение радиусных участков профиля резца
Необходимость в определении формы криволинейных участков профиля резца по положению ряда его точек возникает сравнительно редко. В большинстве случаев с достаточной для практики точностью кривую заменяют дугой окружности. Так, в частности, дугой окружности заменяются участки профиля резца, обрабатывающие участки изделия поверхность которых, представляет собой элемент сферы. Так как дуга окружности используется в данном случае для замены кривой второго порядка, такая окружность называется «заменяющей».
Задача построения заменяющей окружности является обратной по отношению к задаче определения промежуточной узловой точки криволинейного участка. При построении заменяющей окружности требуется определить координаты ее центра (для круглого резца - lr, Rr; для призматического резца - lr, Pr;) и радиус r по координатам трех узловых точек окружности. Так как в задаче имеются три неизвестных, требуется решение системы трех уравнений. Схема к решению задачи построения заменяющей окружности представлена на рис.4.7. Последовательность вычислений сводится к следующей последовательности шагов:
1. Выделить узловые точки Ti, Tk, Tj участка профиля инструмента, который обрабатывает криволинейный участок профиля детали, и определить их координаты в системе координат, связанной с инструментом. Координаты любой точки Ti профиля инструмента для круглого фасонного резца определяются парой значений (li, Ri), для призматического резца - парой значений (li, Pi).
2. На основе уравнения окружности (4.4) составить систему трех уравнений с тремя неизвестными. Каждое уравнение является условием принадлежности одной из узловых точек искомой заменяющей окружности. Тогда для круглого резца получим:
для точки Ti
для точки Tk
для точки Tj
Аналогично, для призматического резца:
для точки Ti
для точки Tk
для точки Tj
3. Подставив в полученную систему уравнений известные значения координат точек Ti, Tk, Tj, разрешить ее относительно неизвестных значений: для круглого резца - относительно значений lr, Rr и r, для призматического резца - относительно значений lr, Pr и r.
а б
Рис. 4.7. Схема построения заменяющей окружности для круглого (а) и призматического (б) фасонного резца
Полученные значения координат центра и радиуса заменяющей окружности округляются с точностью до 0,01 мм и указываются на чертеже инструмента.
В случае, если требуется описание криволинейного участка профиля инструмента не дугой окружности, а иной кривой линией (фрагментом параболы, гиперболы, эллипса, некоторой специальной кривой), общая процедура решения задачи не изменяется. Отличия заключаются в том, что вместо уравнения окружности (4.4) при составлении системы уравнений используется уравнение заданной кривой. Кроме того, используется количество узловых точек (уравнений системы), равное количеству независимых параметров в уравнении кривой.
Построение расчетной схемы и коррекционный
При проектировании круглого фасонного резца с точкой по центру для вычерчивания расчетной схемы выполняются следующие построения (рис.5.1):
1. Из точки О1, представляющей на схеме ось вращения детали, проводят ряд концентрических окружностей радиусами, равными радиусам узловых точек профиля детали (r1, r2, r3,...rn). Пересечение окружности минимального радиуса (радиуса r1) с горизонтальной прямой определяет точку T1 профиля детали.
2. На расстоянии h0, равном
от горизонтальной прямой, проходящей через центр детали О1, проводят прямую, параллельную оси детали, и из точки T1 делают засечку на этой прямой радиусом R1. Таким образом определяют положение центра круглого резца (точки О0 расчетной схемы).
3. Из точки T1 под углом g1 к горизонтальной прямой проводят прямую, представляющую на схеме переднюю поверхность резца, которая для фасонного резца с базовой точкой по центру является плоскостью. Все остальные узловые точки режущей кромки резца определяются как результат пересечения следа плоскости передней поверхности резца с окружностями соответствующих радиусов детали (точки T2, T3,...Tn).
4. Соединив точки T2, T3,...Tn с центром резца О0 и, опустив из точки О0 перпендикуляр на плоскость передней грани до пересечения с ней в точке K0, получим ряд прямоугольных треугольников, имеющих общий прямой угол в точке K0, общий катет H0, равный
и гипотенузы, равные искомым радиусам узловых точек резца, то есть радиусам R2, R3,...Rn.
5. Опустив из центра детали (точки О1) перпендикуляр на след плоскости передней грани резца, получим точку K. Соединив отрезками центр детали О1 с точками T2, T3,...Tn, получим группу прямоугольных треугольников, имеющих общий прямой угол в точке K и общий катет h, равный
Рис. 5.1. Расчетная схема коррекции профиля круглого фасонного резца
6. Для удобства дальнейших вычислений обозначим расстояния от точки K до каждой точки профиля резца символом А с соответствующим индексом (А1, А2,...Аn), а расстояния от точки T1 профиля до остальных узловых точек – символом C с индексом (C2, C3,...
Сущность определения профиля призматического фасонного резца с точкой по центру детали сводится к определению расстояний Pi от узловых точек профиля резца до образующей задней поверхности, проходящей через точку, расположенную по центру детали, и определению осевых размеров li. Построение расчетной схемы призматического фасонного резца иллюстрируется рис. 5.2 и сводится к выполнению следующих процедур:
1. Из точки О1, представляющей на схеме ось вращения детали, проводят ряд концентрических окружностей радиусами, равными радиусам узловых точек профиля детали (r1, r2, r3,...rn). Пересечение окружности минимального радиуса (радиуса r1) с горизонтальной прямой определяет точку T1 профиля детали.
2. Из точки T1 под углом g1 к горизонтальной прямой проводят прямую, представляющую на схеме переднюю поверхность резца, которая для фасонного резца с базовой точкой по центру является плоскостью. Все остальные узловые точки режущей кромки резца определяются как результат пересечения следа плоскости передней поверхности резца с окружностями соответствующих радиусов детали (точки T2, T3,...Tn).
3. Для образования заднего угла a1 тело призматического резца при его установке наклоняется так, что образующая задней поверхности, проходящая через точку T1, образует необходимый по величине задний угол a1 с плоскостью резания в той же точке профиля. Таким образом, для представления задней поверхности резца на схеме, через точку T1 необходимо провести прямую, составляющую с вертикалью угол a1. Тогда образующие задней поверхности, проходящие через точки T2, T3,...Tn будут представлены на схеме прямыми линиями, параллельными к образующей задней поверхности, проходящей через точку T1.
4. Опустив из центра детали (точки О1) перпендикуляр на след плоскости передней грани резца, получим точку K. Соединив отрезками центр детали О1 с точками T2, T3,...Tn, получим группу прямоугольных треугольников, имеющих общий прямой угол в точке K и общий катет h, равный
Коррекционный расчет профиля призматического фасонного резца с базовой линией по центру детали (как и круглого) проводится последовательно по отдельным участкам профиля детали (участкам I, II, III и т.д.). Кроме того, процедуры построения расчетных схем на первых этапах практически полностью совпадают с аналогичными процедурами для круглого фасонного резца. Вследствие этого, при изложении процедур проектирования призматического резца расчетные схемы не дублируются, а даются ссылки на соответствующие рисунки, приведенные в разделе 5.3. Все схемы соответствуют случаю проектирования фасонного резца для обработки детали, представленной на рис. 4.3 (см. С.33).
Построение расчетной схемы и проведение аналитического расчета призматического фасонного резца с базовой линией по центру изделия сводится к следующей последовательности шагов:
1. Построение расчетной схемы резца начинается с рассмотрения участка профиля инструмента, обрабатывающего конический элемент детали (участка I). На первом выполняются следующие построения (см. рис. 5.8):
1.1. Из точки О1, представляющей на схеме ось вращения детали, проводят концентрические окружности радиусами r1 и r2 (r1 и r2 ? радиусы граничных узловых точек T1 и T2). Точки T1 и T2 - граничные узловые профиля детали на участке I, соответствующем коническому элементу изделия. Так как точки T1 и T2 принадлежат базовой линии, на схеме они будут представлены точками, которые находятся на пересечении горизонтальной прямой, проходящей через центр детали О1 с окружностями, имеющими радиусы r1 и r2. Как можно заменить, вследствие этого весь участок профиля инструмента T1?T2 находится в одной плоскости с осью изделия.
Рис. 5.8. Схема для определения положения центра O0 и угла l круглого фасонного резца с базовой линией по центру изделия
1.2. Для образования заднего угла a1 тело призматического резца наклоняется таким образом, чтобы образующая задней поверхности, проходящая через точку T1, образовывала с поверхностью резания угол необходимой величины.
Расчет профиля фасонного резца с базовой линией по центру детали (как круглого, так и призматического) несколько сложнее, чем расчет резцов с базовой точкой. Вследствие этого, целесообразно строить расчетную схему и проводить коррекционный расчет по отдельным участкам профиля (участкам I, II, III и т.д.).
Изложение процедур построения расчетной схемы иллюстрируется схемами, соответствующими детали, представленной на рис.4.3 (см. С.33). Построение расчетной схемы круглого фасонного резца с базовой линией по центру изделия сводится к следующей последовательности шагов:
1. Построение расчетной схемы резца начинается с рассмотрения участка профиля инструмента, обрабатывающего конический элемент детали (участка I). На первом шаге определяется положение центра инструмента (точки O0). Для этого выполняются следующие построения (см. рис. 5.3):
1.1. Из точки О1, представляющей на схеме ось вращения детали, проводят концентрические окружности радиусами r1 и r2 (r1 и r2 ? радиусы граничных узловых точек T1 и T2). Точки T1 и T2 - граничные узловые профиля детали на участке I, соответствующем коническому элементу изделия. Так как точки T1 и T2 принадлежат базовой линии, на схеме они будут представлены точками, которые находятся на пересечении горизонтальной прямой, проходящей через центр детали О1 с окружностями, имеющими радиусы r1 и r2. Как можно заменить, вследствие этого весь участок профиля инструмента T1?T2 находится в одной плоскости с осью изделия.
1.2. На расстоянии h0, равном
от горизонтальной прямой, проведенной через точку О1 проводят параллельную ей прямую. На этой прямой расположится центр инструмента О0. Затем из точки T1 на этой прямой делают засечку радиусом R1. Таким образом определяют положение центра резца (точки О0 расчетной схемы).
1.3. Для удобства дальнейших вычислений обозначим расстояние по горизонтали между центром инструмента О0 и точками T1 и T2 обозначим символами E1 и E2, а расстояние между центрами детали и инструмента обозначим символом L.
Построение угловых участков профиля резца
В ходе коррекционного расчета профиля фасонного резца координаты узловых точек профиля детали пересчитываются в координаты узловых точек профиля инструмента. В связи с тем, что размеры глубины профиля резца изменяются (уменьшаются) по сравнению с соответствующими размерами профиля детали, угловые размеры его профиля также соответствующим образом меняются, а дуги окружностей превращаются в кривые линии, точные очертания которых могут быть заданы только расположением ряда достаточно близко отстоящих друг от друга точек.
При подготовке данных для выполнения рабочего чертежа инструмента необходимо привести данные о профиле резца к виду, удобному для выполнения конструкторской документации, изготовления резца и контроля его размеров. По сути, преобразование данных о профиле инструмента представляет собой процедуру, обратную выделению узловых точек, и сводится к выполнению следующих действий:
1) определению угловых размеров профиля резца на участках, обрабатывающих элементы конических поверхностей;
2) определение параметров заменяющих кривых по координатам узловых точек на участках профиля инструмента, обрабатывающих криволинейные участки профиля изделия.
Как указывалось выше, на участках профиля инструмента, обрабатывающих конические поверхности, режущие кромки выполняются прямолинейными. Вследствие этого угловые размеры профиля инструмента на этих участках могут быть определены по следующим формулам (см. рис. 4.6):
для круглого фасонного резца (рис. 4.6, а)
для призматического фасонного резца (рис. 4.6, б)
а б
Рис. 4.6. Схема к определению угловых параметров профиля фасонного резца
Причины, вызывающие необходимость коррекционного расчета профиля фасонных резцов
Если фасонному резцу придать передний и задний углы, равные нулю, и поставить такой резец при работе режущим лезвием на высоте центра вращения детали, то профиль такого резца будет полностью совпадать с профилем обрабатываемой детали (см. рис. 2.5, а). Действительно, в этом случае выполняется равенство
где ti - размер, соответствующий глубине обрабатываемого профиля детали на участке T1-Ti и равный разности радиусов ri и r1 (T1 - точка профиля детали, имеющая наименьший радиус, равный r1); Pi - размер, соответствующий ti и отнесенный к инструменту (измеренный по нормали к задней поверхности призматического фасонного резца).
а б
Рис. 2.5. Влияние величин углов a и g на искажение профиля резца
Однако на практике условие (2.11) не может быть выполнено, так как резание любым металлорежущим инструментом, в том числе и фасонным резцом, с нулевым задним углом невозможно. В случае, когда a>0, размеры профилей изделия и инструмента не совпадают (см. рис. 2.5, б) и условие (2.11) не выполняется, что приводит к необходимости проведения коррекционных расчетов профиля фасонного резца. В общем случае размеры профиля резца по отношению к профилю детали изменяются как по глубине, так и в направлении, параллельном оси резца или базе крепления. Однако для резцов с параллельным расположением оси или базы крепления относительно оси детали осевые размеры остаются неизменными, изменяются размеры только по глубине профиля.
Величина искажения профиля резца возрастает с увеличением угла коррекции y, который равен сумме переднего и заднего углов. В связи с изменением угла коррекции по длине режущей кромки резца, необходимо проводить корректировочный расчет для всех точек режущей кромки инструмента, обрабатывающих узловые точки профиля детали.
Таким образом, для фасонных резцов с параллельным расположением оси или базы крепления относительно оси детали целью коррекционных расчетов является: для призматических резцов - определение линейных расстояний узловых точек фасонного профиля от некоторой координатной оси; для круглых резцов – определение радиусов узловых точек фасонного профиля.
Требования к оформлению рабочих чертежей фасонных резцов
Рабочий чертеж фасонного резца рекомендуется выполнять на чертежной бумаге, как правило, формата А3 (297х420 мм) в соответствии с требованиями государственных стандартов Единой системы конструкторской документации черным карандашом или тушью. Следует помнить, что размер потребительского формата листа больше стандартного. Поэтому на потребительском формате сначала тонкой линией намечают стандартный формат, а затем, отступая 20 мм слева и по 5 мм с других сторон, проводят рамку контурной (основной) линией.
Две проекции резца вычерчиваются обязательно в масштабе 1:1. На этих проекциях указывают конструктивные параметры резца. Для круглых фасонных резцов указывается наибольший диаметр и общая ширина резца, диаметр посадочного отверстия, размеры выточек, диаметр и высота буртика под рифления (если они предусмотрены) глубина заточки, величина превышения оси резца над осью детали. Для призматических резцов указывается общая ширина, высота и толщина, размеры составной части резца из инструментального материала, размеры ласточкиного хвоста (высоту, размер по острым углам, размер по роликам и диаметр роликов, угол профиля), размеры и координаты отверстия под регулировочный винт.
Для правильной ориентации фасонного профиля резца в процессе шлифования на исполнительных чертежах должны быть указаны диаметры крайних поясков для круглых резцов или их расстояния до базовой опорной поверхности - для призматических.
В масштабе увеличения (чаще всего в масштабе 2:1) вычерчивается профиль резца в радиальном сечении - для круглого резца и в сечении, перпендикулярном его ребрам - для призматического. Осевые и глубинные размеры профиля резца необходимо определять от точки профиля резца, расположенной по центру изделия (точки T1). Для криволинейных участков профиля резца необходимо указать радиус заменяющей окружности и координаты центра ее по отношению к той же точке профиля резца, расположенной по центру изделия. Причем, для круглого фасонного резца необходимо указывать именно глубинные размеры профиля, которые определяются как разность R1?Ri, а не радиусы Ri резца для узловых точек профиля.
Для круглых фасонных резцов, которые имеют буртик с рифлениями, на рабочем чертеже показывают развертку рифлений в масштабе 5:1. На развертке указывают угол профиля рифлений, ширину ленточки по выступу и ширину площадки по впадине.
Для всех без исключения размеров, показанных на рабочем чертеже фасонного резца, должны быть указаны предельные отклонения. При этом предельные отклонения на диаметр посадочного отверстия круглого резца и размер по роликам ласточкиного хвоста призматического резца указываются непосредственно на размере. Если на чертеже детали, для обработки которой проектируется резец, указаны предельные отклонения осевых и диаметральных размеров, на соответствующие размеры профиля резца также должны быть назначены предельные отклонения. Если же на чертеже детали указаны только номинальные размеры профиля, то требования к контролю профиля инструмента включаются в технические требования. Кроме того, на чертеже необходимо указать шероховатость всех поверхностей согласно ГОСТ 2.309-73.
Для призматического фасонного резца, используя условные обозначения, следует указать нормы неплоскостности базовых поверхностей. Отклонения формы и взаимного расположения поверхностей показываются с использованием условных обозначений в соответствии с ГОСТ 2.308-79.
Над основной надписью в виде текста помещают технические требования. Текст записывают сверху вниз. Каждый пункт текста имеет свой номер и записывается с новой строки. Состав и последовательность изложения технических требований следующая.
1.Указывается материал резца. Если резец составной или сборный, то следует указать материал режущей части и материал державки или корпуса. При выполнении курсовой работы круглый резец рекомендуется проектировать цельным из стали Р6М5 (ГОСТ 19265-73). Призматический резец следует проектировать составным: режущую часть - из стали Р6М5, державку - из стали 45 (ГОСТ 1050-74).
2.Указывается твердость режущей части и державки (если инструмент составной или сборный), иди общая твердость (если резец цельный); характер термообработки; вид покрытия.
У призматического фасонного резца твердость рабочей части должна быть - HRCЭ62-65, державки - HRCЭ 35-40. Для круглого фасонного резца указывают общую твердость, равную HRCЭ 62-65.
3.Указывается метод контроля профиля и допускаемый просвет (при этом используется следующая формулировка: «Профиль резца контролировать шаблоном. Допускаемый просвет 0,03 мм»); оговариваются отклонения формы, расположения поверхностей и т.п., которые нельзя показать условными обозначениями.
4.Оговариваются предельные отклонения размеров, для которых не указаны предельные отклонения на рабочем чертеже. Используется следующая формулировка: «Неуказанные предельные отклонения отверстий - по H14, валов - по h14, остальные - по
5.Даются указания о маркировании и клеймении инструмента. Для круглого фасонного резца указывают материал резца, величину превышения оси резца над осью детали h0, величину опускания вершины резца относительно его оси при заточке H0. Для призматического фасонного резца указывают материал режущей части резца, величины переднего и заднего углов для наиболее удаленной точки резца - g1 и a1.
Основная надпись к чертежу должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.201-80. Рабочему чертежу фасонного резца присваивается обозначение (шифр), который записывается в графе «Обозначение документа» основной надписи. Обозначение рабочего чертежа фасонного резца состоит из:
1) индекса проекта - КП (курсовой проект) или КР (курсовая работа);
2) двух последних цифр года защиты работы;
3) шифра кафедры по университетской классификации(шифр кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» - 1.3);
4) номера проекта (работы) - по списку преподавателя.
Все части обозначения разделяются тире. Например: КП-99-1.3-15.
Узловые точки на криволинейных участках профиля детали
Профиль детали, обрабатываемой фасонным резцом, состоит из сопряженных прямолинейных и криволинейных участков нескольких типов (см. рис.4.1, 4.2):
1) прямолинейных участков, параллельных оси детали (T3?T4, T5?T6);
2) прямолинейных радиальных участков (T7?T9);
3) прямолинейных участков, расположенных под углом к оси изделия и соответствующих коническим участкам обрабатываемой детали (T2?T3);
4) криволинейных участков (T4?T5), чаще всего очерченных по дуге окружности.
Каждому из прямолинейных участков профиля детали соответствует прямолинейный участок профиля инструмента (в том числе и участкам, соответствующим коническим элементам изделия). Аналогично, каждому криволинейному участку профиля детали соответствует криволинейный участок режущей кромки фасонного инструмента.
Любая прямая на плоскости описывается линейным уравнением, содержащим два независимых параметра [4, С.60]:
где b=C/B и k=-A/C. Тогда для однозначного описания прямой на плоскости достаточно задать две точки, через которые проходит данная прямая, что приведет к следующей записи уравнения прямой:
где T1(x1, y1) и T2(x2, y2) - две точки, через которые проходит заданная прямая.
Большинство кривых линий на плоскости (в том числе все кривые второго порядка - окружность, эллипс, парабола, гипербола) описываются функциями, имеющими более чем два независимых параметра. Так, для однозначного задания окружности требуется определение трех параметров, а для задания произвольного эллипса - пяти параметров (например, координат фокусов эллипса и величины большой полуоси).
Проведенные рассуждения позволяют сделать важный вывод: для однозначного описания криволинейного участка профиля детали недостаточно задания координат граничных точек. Помимо граничных точек, должны быть заданы одна или несколько промежуточных точек участка.
Количество необходимых промежуточных точек определяется типом линии, по которой очерчен криволинейный участок. Таким образом, для однозначного задания кривой линии на плоскости, как правило, требуется определение более чем двух параметров, и, следовательно, задание более чем двух узловых точек.
Наиболее часто кривые, по которым очерчиваются криволинейные элементы профиля детали, представляют собой дуги окружностей. Для однозначного определения окружности требуется задание трех узловых точек. Так как две из трех узловых точек являются граничными точками криволинейного участка профиля детали, их координаты могут быть определены непосредственно из чертежа. Таким образом, при подготовке исходных данных для коррекционного расчета профиля стоит задача определения координат одной промежуточной точки для каждого из криволинейных участков, очерченных по дуге окружности.
Как правило, на чертеже детали участок, очерченный по дуге окружности, задается координатами центра окружности и ее радиусом (см. рис. 4.1). Таким образом, на этапе выделения узловых точек необходимо решить задачу определения координат промежуточной точки по координатам центра окружности и ее радиусу. Решение этой задачи сводится к решению единственного квадратного уравнения (уравнения окружности):
где x, y - координаты точки окружности в системе координат XY, xr, yr - координаты центра окружности в системе XY, r - радиус окружности (см. рис. 4.4).
 Рис. 4.4. Схема к определению уравнения окружности |
На рис. 4. 5 представлены схемы, иллюстрирующие проведение расчетов координат промежуточной узловой точки применением координатных систем, определенных на чертеже детали. Последовательность вычислений, необходимых для определения координат промежуточной узловой точки криволинейного участка может быть сформулирована в виде следующего алгоритма:
1. Определить радиус окружности r и координаты lr, rr ее центра (точки Or) в системе координат, связанной с деталью.
2. Назначить координату lk или координату rk искомой узловой точки. Выбор назначаемой координаты не имеет принципиального значения. Однако в практике рекомендуется назначать координату по следующему правилу: если выполняется условие
то назначается координата lk, в противном случае назначается координата rk. Следует стремиться к тому, чтобы точка Tk располагалась вблизи середины участка Ti?Tj. Для этого ее назначаемую координату (соответственно, lk или rk) рассчитывают по одной из формул:
Для удобства последующих вычислений значение, полученное по формуле, округляется до целого числа.
а б
Рис. 4.5. Схема к определению координат промежуточной узловой точки на участке, образованном дугой окружности
3. В уравнение окружности
подставляются координаты центра окружности lr и rr, значение радиуса окружности r и значение одной из координат точки Tk (lk или rk). Полученное уравнение решается относительно второй координаты узловой точки (соответственно, rk или lk).
4. На основе анализа чертежа детали из полученных корней уравнения выделяется корень, определяющий искомую координату точки Tk. Расчет ведется с точностью до 0,001.
к классу сложнорежущих однолезвийных инструментов
Фасонные резцы относятся к классу сложнорежущих однолезвийных инструментов и применяются при обработке деталей, имеющих сложный профиль поверхностей. Наиболее часто фасонные резцы применяются для обработки деталей типа тел вращения на токарных и револьверных станках, автоматах и полуавтоматах. Иногда их используют на строгальных, долбежных или специальных станках при обработке фасонных поверхностей.
Преимущества фасонных резцов перед обычными заключаются в том, что они обеспечивают:
1) высокую производительность, благодаря значительной экономии машинного и вспомогательного времени. Экономия машинного времени достигается сокращением пути резания, экономия вспомогательного времени обеспечивается простотой установки и наладки резца при его смене;
2) высокую точность получаемых осевых и диаметральных размеров, которая определяется точностью изготовления и установки резца;
3) идентичность формы изготовляемых деталей;
4) меньшее количество брака;
5) простоту заточки (заточка фасонных резцов осуществляется по передней поверхности);
6) высокую долговечность, которая достигается благодаря большому количеству допускаемых переточек.
Основные недостатки фасонных резцов обусловлены достаточно высокой сложностью их проектирования и изготовления, высокой стоимостью и практически полным отсутствием универсальности. Фасонные резцы проектируется для обработки строго определенной поверхности конкретной детали, вследствие чего их применение экономически оправдано только в условиях крупносерийного и массового производства. Кроме того, фасонные резцы требуют точной и определенной установки на станке и не обеспечивают одинаковых условий для работы различных участков режущей кромки, что приводит к ее неравномерному износу.
Проектировочный расчет фасонных резцов заключается в профилировании резца, определении размеров тела вращения или призматического тела, на основе которого изготовляется резец, и назначении геометрических и конструктивных параметров инструмента.
Большинство используемых при проектировании процедур основывается на методах аналитической геометрии. Следует отметить, что геометрические методы определения формы и размеров фасонного резца являются весьма универсальными. Так, эффект изменения формы режущей кромки по сравнению с формой детали, характерный для фасонных резцов, также имеет место для любого сложнорежущего лезвийного инструмента, имеющего передний угол, отличный от нуля (дисковых фасонных фрез, червячных фрез, долбяков и т.д.). С этой точки зрения, задача проектирования фасонного резца имеет высокую методическую ценность, так как помогает студентам понять общие закономерности профилирования сложнорежущего инструмента.
Данное учебное пособие представляет собой руководство по проектированию круглых и призматических фасонных резцов, предназначенных для наружной обработки деталей типа тел вращения. Основное место в учебном пособии отводится описанию аналитического метода расчета геометрических параметров фасонного резца. Предлагаемый в пособии метод расчета основан на работах [3; 5; 6, С.55-60; 9, С.148-153; 10, С.44-52; 11, С.44-52; 15, С.302-313]. Принимая во внимание, что в настоящее время в промышленности наиболее широкое применение находят фасонные резцы с расположением оси или базы крепления, параллельным оси детали, в настоящем пособии основное внимание уделяется рассмотрению именно этого типа резцов.
Учебное пособие должно способствовать успешному выполнению курсового проекта по металлорежущим инструментам студентами специальности 1202 и направления 5529 технического университета. Кроме того, пособие может оказаться полезным инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами проектирования сложнорежущего инструмента.
Выделение узловых точек профиля детали
На первом шаге алгоритма проектирования фасонного резца (см.С.24) на проекции детали, отображающей ее фасонный профиль, намечаются узловые точки профиля детали (точки T1...Tn) и определяются их координаты. При этом под узловой точкой профиля детали понимается точка, удовлетворяющая хотя бы одному из следующих условий (см. рис. 4.1):
1. Точка является начальной или конечной точкой профиля обрабатываемой детали (точки T1, T8).
Рис. 4.1. Схема выделения узловых точек профиля детали
2. Точка является начальной или конечной точкой конического участка профиля детали (точки T1, T2, T3, T8). В случае, если конический участок является простой фаской, в качестве узловой выделяется лишь одна из двух граничных точек участка и именно для нее производится коррекционный расчет. Как правило, в этом случае в качестве узловой выделяется граничная точка участка, имеющая меньший радиус (точки T1, T8). Для обработки фасок на резце предусматриваются режущие кромки под тем же углом, что и на чертеже детали.
3. Точка является начальной или конечной точкой криволинейного участка профиля детали (точки T4, T5, T6, T7). Кроме того, внутри криволинейного участка профиля выделяются одна или несколько узловых точек. Минимальное количество узловых точек внутри участка определяется количеством параметров уравнения, описывающего криволинейную образующую. Так как окружность однозначно определяется значениями трех параметров, на участке профиля детали T4?T5, очерченном дугой окружности, необходимо пометить три точки: две крайние (точки T4, T5) и одну промежуточную (точка T10). Если радиус криволинейного участка профиля незначителен (менее 2,5 мм), то промежуточная точка не выделяется, коррекционный расчет для нее не производится (участок T6?T7). Для обработки такого участка детали на резце предусматривается режущая кромка, очерченная тем же радиусом, что и профиль детали.
4. Точка является начальной или конечной точкой радиального (расположенного по нормали к оси изделия) участка профиля детали (точки T7, T9).
Нумерация точек профиля детали может быть назначена произвольно. Однако при проведении неавтоматизированного аналитического расчета профиля резца рекомендуется символом T1 обозначать точку, соответствующую минимальному радиусу детали, а остальные точки нумеровать в порядке возрастания их радиусов. Особенности выделения и нумерации узловых точек при проектировании фасонного резца с базовой линией по центру изложены в разделе 4.2 (см. С.32). При использовании средств САПР порядок нумерации (кодирования) узловых точек определяется требованиями прикладного программного обеспечения.
После определения радиусов всех узловых точек, производится преобразование их осевых координат. В результате проведенных преобразований координаты всех узловых точек должны быть заданы парами значений (li;ri), где li ? осевая координата точки Ti (как правило, расстояние до одного из торцов детали), а ri ? радиус детали, соответствующий точке Ti. На рис. 4.2 приведена схема, иллюстрирующая преобразование чертежа детали (рис. 4.1) к виду, удобному для дальнейшего расчета.
Рис. 4.2. Схема преобразования координат узловых точек профиля детали
Для детали, представленной на рис. 4.1, определение координат промежуточной точки криволинейного участка (точка T10) является элементарным. В большинстве случаев определение координат промежуточных точек связано с необходимостью решения систем нелинейных уравнений. Методы выделения узловых точек на криволинейных участках профиля и методы определения их координат изложены в следующем разделе.
Выделение узловых точек профиля детали и преобразование их координат
Все коррекционные расчеты профиля фасонного резца, по сути, сводятся к преобразованию координат узловых точек профиля детали в координаты узловых точек профиля инструмента. Выделение узловых точек профиля детали по ее чертежу является первым шагом в подготовке исходных данных для проектирования фасонного резца. После завершения коррекционного расчета, при подготовке данных для выполнения чертежа фасонного резца, производится «обратный перевод» - координаты узловых точек профиля переводятся в представление, удобное с точки зрения технологии изготовления и контроля режущего инструмента.
Выделение узловых точек профиля детали производится практически аналогично для круглых и призматических резцов, для резцов с точкой и базовой линией по центру изделия. Однако для резцов с базовой линией по центру изделия, помимо основных, выделяются вспомогательные (мнимые) узловые точки, которые располагаются на базовой линии инструмента. Общим для всех типов резцов являются также методы преобразования координат узловых точек. Вследствие этого изложение методов работы с узловыми точками вынесено в отдельный раздел учебного пособия.
