Материал: Основы проектирования инструментов с применением ЭВМ. Жачкин С.Ю

С. Ю. Жачкин

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

Учебное пособие

Воронеж 2009

ГОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

С. Ю. Жачкин

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2009

УДК 621.9.02.001

Жачкин С.Ю. Основы проектирования инструментов с применением ЭВМ: учеб. пособие / С.Ю. Жачкин. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009. 313 с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы проектирования и изготовления различных инструментов с применением современных ЭВМ, что способствует повышению производительности, снижению себестоимости, точности обработки и экологической обстановки на производстве.

Учебное пособие соответствует требованиям Государственного общеобразовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», дисциплине «Режущий инструмент».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле 001.doc.

Табл. 14. Ил. 152. Библиогр.: 40 назв.

Рецензенты: кафедра естественных дисциплин Воронежской государственной технологической академии

(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.С. Борсяков)

д-р техн. наук, проф. А.В. Кузовкин

Жачкин С.Ю., 2009

Оформление. ГОУВПО Воронежский

государственный технический университет, 2009

ВЕДЕНИЕ

Обработка различных материалов резанием является одним из основных способов получения точных размеров и форм деталей машин. Наиболее рациональное его использование в условиях современного машиностроительного производства требует значительного улучшения технологии в заготовительных цехах — литейном и кузнечно-прессовом, доведения припусков до целесообразных норм механической обработки в целях получения готовых изделий высокого качества при минимальных отходах обрабатываемого материала в стружку.

Процесс резания непрерывно развивается. Внедрение в производство новых режущих инструментов и их постоянное совершенствование позволили значительно повысить скорость резания. Соответственно увеличена быстроходность металлорежущих станков.

Значительно увеличился удельный вес специальных и специализированных станков, автоматов и полуавтоматов, автоматических станочных линий в парке металлорежущих станков. Несмотря на то, что все более широко применяется парк станков с ЧПУ, доля станков с ручным управлением до настоящего времени составляет значительную часть от общего числа станков.

Повсеместное повышение режимов резания и внедрение станков и линий с автоматическим и полуавтоматическим циклом работы способствовали резкому росту производительности труда. Но вместе с тем возник ряд весьма важных задач. Одной из таких задач является изыскание способов непрерывного удаления из зоны резания стружки и пыли обрабатываемого материала.

Эта задача становится особенно актуальной в связи с широким внедрением в промышленность неметаллических материалов: графита, карболита, текстолита, стеклотекстолита и многих других.

Глава 1. Части, конструктивные элементы и геометрические параметры инструментов

1.1. Виды обработки резанием. Элементы режима резания

Современные машины должны быть долговечными и надежными, обладать высокими технико-экономическими характеристиками. Качество деталей и надежность работы машины во многом зависят от технологии их производства и, в частности, от механической обработки резанием. На рис. 1.1 приведена классификация современных методов обработки заготовок на металлорежущих станках [11].

Металлорежущий станок имеет рабочие органы (шпиндель, суппорт, заднюю бабку, стол и т. д.), которым сообщаются движения, определяемые назначением станка и характером выполняемых видов обработки. Движения рабочих органов станков, в которых устанавливаются обрабатываемая деталь и инструмент, подразделяются на движения резания, установочные и вспомогательные.

Движения, при которых с обрабатываемой заготовки срезаются слои металла и изменяется состояние обработанной поверхности, называются движениями резания. К ним относятся главное движение и движение подачи. Главное движение чаще всего больше по величине, оно определяет скорость отделения стружки и обозначается буквой v. Это движение может быть непрерывным и прерывистым, а по характеру — вращательным, поступательным, возвратно-поступательным и т. д. Движение подачи обозначается буквой и может быть различным по виду.

На рис. 1.2 показаны различные схемы обработки наружных цилиндрических и фасонных поверхностей, отверстий, зубьев, шестерен и плоскостей многими инструментами. В зависимости от вида обработки и типа применяемого инструмента различают поперечную s_поп, продольную s_прод и круговую s_кр подачи инструмента или обрабатываемой детали.

Движения рабочих органов станка, обеспечивающие такое положение инструмента относительно заготовки, при котором с нее затем срезается определенный слой металла, называют установочными и обозначают s_t. Движения рабочих органов станка, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания и служат для перемещения (транспортировки) и закрепления заготовки или инструмента, быстрых перемещений рабочих органов, переключения чисел оборотов и подачи, называют вспомогательными.

Элементами режима резания являются скорость резания v, подача s и глубина t. Скоростью резания при токарной обработке называют перемещение точки режущего лезвия инструмента относительно обрабатываемой поверхности в направлении главного движения в единицу времени. Если главное движение при точении является вращательным, то скорость резания

где D_ЗАГ — наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; п — число оборотов заготовки в минуту.

Если главное движение является возвратно-поступательным, а скорости рабочего и холостого ходов разные, средняя скорость

где L —расчетная длина хода резца, мм;

т — число двойных ходов резца в минуту;

k — коэффициент, характеризующий отношение скоростей рабочего и холостого ходов:

Рис. 1.1. Классификация методов обработки резанием

Рис. 1.2. Схемы основных методов формообразования

поверхностей резанием:

а - наружная обточка; б - растачивание отверстия;

в - строгание плоскости; г - сверление отверстия;

д - зенкерование; е - развертывание;

ж - цилиндрическое фрезерование плоскости;

з - торцевое фрезерование; и - протягивание отверстия;

к - фрезерование зубьев колеса; л - наружное шлифование;

м - внутреннее шлифование

Рис. 1.3. Элементы режима резания и геометрии срезаемого слоя

Рис. 1.4. Схема к расчету основного времени при обтачивании цилиндрической заготовки

Подачей s называют путь точки режущего лезвия зуба инструмента (рис. 1.3) относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или двойной ход заготовки, инструмента. В зависимости от метода обработки подача имеет одну из следующих размерностей: мм/об—точение и сверление; мм/дв. ход—строгание и долбление; мм/зуб, мм/об и мм/мин — фрезерование и т. д.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней за один рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности:

где d — диаметр обработанной цилиндрической поверхности, мм.

При растачивании глубина резания определяется как полуразность между диаметрами отверстия после обработки D_o и до обработки D:

При отрезке глубина резания равна ширине отрезного резца.

При рассмотрении физической сущности процесса резания используются понятия толщины а и ширины b срезаемого слоя материала. Толщина срезаемого слоя — расстояние, измеренное по нормали к поверхностям резания, между двумя их последовательными положениями за время одного оборота заготовки (см. рис. 1.3). Она измеряется в направлении, перпендикулярном к главному режущему лезвию. Ширина срезаемого слоя — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания [40].

Рассматривая треугольники ABE и BCF₁, можно определить соотношения между толщиной среза а и подачей s, а также шириной b и глубиной t:

и

где φ — главный угол в плане резца.

Кроме того, номинальная площадь поперечного сечения среза за время одного оборота заготовки составляет f_ном = f_abcd =ts_прод = ab. Она больше действительной площади среза f_Д = f_bcdк площади осевого сечения остаточных гребешков f₀ = f_авк, оставшихся на обработанной поверхности. Высотой указанных гребешков или микронеровностей будет определяться степень шероховатости обработанной поверхности. С возрастанием s и углов φ и φ₁ высота неровностей увеличивается, т. е. шероховатость поверхности становится больше.

К элементам процесса обработки резанием относится также основное (технологическое) время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки и получение поверхности требуемой шероховатости. Так, при токарной обработке (рис. 1.4)

где L = l + l₁ + l₂—расчетная длина пути резца с учетом длины врезания l = tctgφ и выхода (перебега) l₂=1...3 мм резца;

i — число проходов.

Для увеличения производительности токарной обработки, т. е. уменьшения Т_о, повышают скорость резания (n - число оборотов заготовки) или продольную подачу s_прод.

1.2. Классификация инструментов

В соответствии с существующими методами обработки имеются различные режущие инструменты (рис. 1.5). Однако следует иметь в виду, что одну и ту же обработанную поверхность можно получить инструментами различных подгрупп. Например, отверстие высокого класса точности и малой шероховатости можно получить обработкой сверлом, зенкером и разверткой или сверлом и протяжкой. Наружную резьбу можно нарезать резцом, плашкой, резьбонарезной головкой, шлифовальным кругом и т. д. Режущие инструменты подразделяются как по подобию конструкций, так и по виду обработанных поверхностей [13, 17, 31, 36].

По подобию конструкций инструменты классифицируются следующим образом.

1. Резцы общего назначения и фасонные - это чаще всего одно-лезвийные инструменты призматической или дисковой формы. Предназначаются для различных работ на токарных, строгальных и других станках.

2. Сверла - в основном двухлезвийные режущие инструменты, предназначенные для получения отверстий в сплошном материале и для рассверливания отверстий 11...12-го квалитетов точности и шероховатости поверхности с R_z = 80. . .20 мкм.

3. Зенкеры - двух - восьмилезвийные инструменты, используемые для увеличения отверстий и получения фасонных отверстий 9. ..11-го квалитетов точности и шероховатости поверхности с R_z = 40. . .10 мкм.

4. Развертки - чаще всего многолезвийные инструменты, применяемые для чистовой обработки отверстий 7-го квалитета точности и малой шероховатости с R_а = 1,0. . .0,32 мкм.

5. Напильники - ручные и машинные инструменты в виде брусков разнообразной формы или дисков с множеством мелких режущих зубьев для обработки вручную и на станках с возвратно-поступательным и вращательным движениями.

6. Протяжки и прошивки - многолезвийные инструменты в виде стержня или плиты с поперечными зубьями, размеры которых увеличиваются по направлению к заднему хвостовику. Используются для обработки внутренних и наружных поверхностей самой различной формы.

7. Фрезы общего назначения и специальные. Представляют собой тела вращения с множеством зубьев на образующей, а также на образующей и торцевой поверхностях.

8. Метчики - винты, имеющие продольные канавки, которые образуют режущие лезвия. Применяются для нарезания резьбы в отверстиях. Для обработки внутренних резьб применяются также раскатники.

9. Плашки, вихревые головки и резьбообразующие ролики и головки - предназначены для нарезания и накатывания наружной резьбы.

10. Долбяки, головки для контурного зубодолбления и обкаточные резцы - инструменты для зубодолбления или зуботочения зубчатых колес, шлицев валов и т. д.

Рис. 1.5. Представители основных групп

режущего инструмента:

а - резец; б - сверло; в - зенкер; г - развертка; д - фреза;

е - протяжка; ж - метчик; з - плашка (лерка);

и - червячная фреза; к - долбяк; л - шевер-колесо;

м - комбинированный инструмент зенкер;

н - шлифовальный круг

5. Шеверы - режущий инструмент в виде колеса, рейки и червяка. Предназначаются для чистовой обработки зубчатых колес методом «скобления».

6. Комбинированные инструменты.

7. Инструменты для оснащения автоматизированного оборудования и для станков с ЧПУ включают режущие бесподналадочные, а также приспособления для настройки и контроля работы инструментов и т. д.

8. Абразивные, алмазные, эльборовые и другие синтетические инструменты - используются в виде кругов, брусков, хонов, порошка и отдельных крупных зерен или кристаллов для чистовой обработки различных материалов.