Дерябин Проектирование высокопроизводителныкх режушчикх инструментов 2015

Признаки генераторной схемы резания:

1)форма главных режущих кромок подобна предварительно обработанной поверхности, а вспомогательных режущих кромок – окончательно обработанной поверхности;

2)обрабатываемая поверхность формируется вспомогательными режущими кромками;

3)в формировании окончательно обработанной поверхности принимают участие вспомогательные режущие кромки многих зубьев.

Протяжки с профильной схемой резания обеспечивают более высокую точность и меньшую шероховатость. Однако за исключением круглых протяжек они применяются редко, так как сложны в изготовлении. Поэтому для обработки профильных поверхностей, например, многогранных и шлицевых отверстий, шпоночных пазов

идругих, как правило, применяют протяжки с генераторной схемой резания.

В зависимости от порядка срезания всего припуска различают одинарную и групповую схемы резания. Одинарная схема резания (рис. 4, в) характеризуется тем, что каждый зуб срезает один слой припуска по всему периметру обрабатываемой поверхности. При протягивании отверстий по одинарной схеме срезаемый слой представляет собой полый цилиндр с толщиной стенки, равной величине подъема на зуб, и с длиной, равной длине протянутой поверхности. При более или менее значительной толщине срезаемого слоя сход стружки в виде такого сплошного цилиндра по передней поверхности зуба и размещение стружки во впадине между зубьями были бы весьма затруднены. При этом требуются значительные дополнительные силы на разрыв стенок такого цилиндра, что требует большей прочности протяжки, а следовательно, и увеличения размеров опасного сечения. Поэтому для облегчения схода стружки на кромках соседних режущих зубьев делаются в шахматном порядке стружкоразделительные канавки 1 (рис. 5, а), которые для краткости будем называть стружкоразделителями. При этом срезаемый слой разделяется на отдельные ленты, которые сравнительно легко сходят по передней поверхности зуба протяжки и более или менее свободно размещаются во впадине между зубьями.

Наличие стружкоразделителей на зубьях протяжки приводит к образованию вспомогательных режущих кромок, которые также

11

принимают участие в работе резания. Однако они способствуют появлению некоторых отрицательных явлений в работе протяжек одинарного резания.

Рис. 5. Зубья протяжек одинарной схемы резания

Во-первых, срезаемый слой получает вид, показанный на рис. 5, а, где утолщенная часть 2 – след от стружкоразделителя предыдущего зуба. Таким образом, на стружке получается ребро жесткости, вследствие которого стружка свертывается с большим усилием

ив менее плотный валик, диаметр валика получается увеличенным,

ипотому для размещения стружки требуется канавка большего объема. Поэтому ребро жесткости значительно ограничивает тол-

щину срезаемого слоя припуска аz, т.е. уменьшается величина подачи на зуб Sz, следовательно, увеличивается число зубьев протяжки и её длина. Так, для цилиндрических протяжек ориентировочные

значения толщин аz среза при обработке:

сталей – аz = 0,02...0,04 мм; чугуна – аz = 0,03...1,0 мм; алюминия – аz = 0,02...0,05 мм;

бронзы и латуни – аz= 0,05...0,12 мм.

Во-вторых, как показывают наблюдения, максимальный износ зубьев протяжки часто получается на уголках – в месте пересечения режущей кромки со стружкоразделителем, т.е. стружкоразделители становятся очагами усиленного износа протяжки. Все это приводит к нежелательному увеличению длины протяжки.

12

При групповой схеме резания (см. рис. 4, г) каждый слой припуска срезается не одним, а группой одинаковых по размеру зубьев протяжки. Секция или группа состоит из прорезных зубьев, срезающих часть припуска 1 и 2, и зачищающих зубьев, срезающих часть припуска 3. При меньшем числе зубьев в группе каждый из них срезает большую часть слоя, при большем числе – меньшую.

Из протяжек с групповой схемой резания в настоящее время наиболее широкое применение получили протяжки переменного резания. Эта конструкция имеет следующие преимущества по сравнению с протяжками других конструкций.

1.Устраняется опасность повреждения соседних зубьев при нанесении шлифовальным кругом стружкоразделителей 1 на заднюю поверхность (рис. 5, б).

2.В противоположность протяжкам одинарного резания, дающим стружку с ребром жесткости 2 (см. рис. 5, а), эти протяжки срезают слои приблизительно прямоугольного сечения, без ребра жесткости, что позволяет значительно увеличить величину подачи на зуб Sz.

3.Благоприятная форма стружки позволяет ей свертываться в более плотный валик, вследствие чего для размещения стружки данного объема требуется относительно меньшее пространство, соответственно может быть уменьшен шаг зубьев, а значит, и общая длина режущей части протяжки.

4.Вспомогательная кромка примыкает к главной под большим углом, что улучшает теплоотвод от углов в процессе резания и тем самым повышает стойкость протяжки. Благодаря этому толщины

среза увеличиваются до аz = 0,3...0,4 мм при обработке стали и до аz = 1,0...1,2 мм – при обработке чугуна, т.е. до 10 раз больше чем при одинарной схеме резания. За счет этого при групповой схеме резания возможно существенное сокращение длины режущей части протяжки.

Недостатком групповой схемы резания является повышенная трудоемкость изготовления протяжки по сравнению с одинарной схемой. Поэтому применение их оправдано в массовом и крупносерийном производствах.

13

3. КОНСТРУКЦИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ПРОТЯЖКИ ПЕРЕМЕННОГО РЕЗАНИЯ

Протяжки переменного (или прогрессивного) резания работают по групповой схеме.

3.1. Круглые протяжки

Черновая часть. У протяжек переменного резания все черновые зубья разделены на группы по 2–5 зубьев в группе. В каждой группе различают прорезные 1 и зачищающие зубья 2 (рис. 6). Прорезные зубья каждой группы равны по диаметру и имеют выкружки, расположенные в шахматном порядке. Зачищающий зуб расположен за прорезным, он не имеет стружкоразделителей и поэтому обладает более высокой стойкостью. Диаметр зачищающего зуба d1 на 0,02...0,04 мм меньше диаметра d2 прорезного зуба. Это делается во избежание снятия этим зубом замкнутой кольцевой стружки из-за наличия допусков на диаметры зубьев протяжки.

Рис. 6. Секция из двух зубьев

Выкружки на прорезных зубьях выполняются с таким расчётом, чтобы ширина срезаемого секцией слоя была разделена между всеми зубьями секции равномерно. На каждый зуб группы приходится часть периметра

lz = πZD ,

c

где D – диаметр зуба, Zс – число зубьев в группе.

Для уменьшения усилия свёртывания стружки ширина режущего сектора b между соседними выкружками принимается:

14

b = (1,1…1,3) D при D < 100 мм; b = 10…12 мм при D > 100 мм.

Число n и ширина выкружек a на черновых зубьях определяется по формулам:

n = πD/bZc; a = πD(Zc – 1)/nZc.

Радиус выкружек Rв зависит от ширины выкружки и диаметра протяжки. Глубина выкружки назначается из условия свободного прохождения стружки в нижней части профиля выкружки

c > 3Sо,

где Sо – подача на черновых (обдирочных) зубьях.

Двузубые черновые секции не всегда можно и выгодно применять, так как при обработке мягких материалов глубина выкружки ограничивает величину подачи, а при обработке прочных материалов протяжками большого диаметра требуются станки с большим тяговым усилием. Многозубые секции следует применять при обработке нежёстких, тонкостенных, длинных деталей большого диаметра, а так же при работе на станках с небольшим тяговым усилием.

Переходная часть. Переходные зубья выполняют две функции: во-первых, служат для уменьшения дефектов после обработки поверхности черновыми зубьями; во-вторых, вследствие уменьшившихся подач дают возможность избежать резкого падения силы резания во время выхода черновых зубьев из заготовки и входа чистовых зубьев, которые имеют подачи на зуб Szч в несколько раз меньшие.

Переходные зубья выполняются секционными с Zc = 2. Подъём на переходный секциях выполняется переменным, уменьшающимся от первой секции к последней. Число переходных секций, подъём на каждую секцию и припуск на переходную часть зависят от подъёма и числа зубьев в секции на черновой части протяжки.

Ширина выкружек на 2...3 мм меньше, чем на черновых зубьях. Диаметры зубьев в группе одинаковы. Выкружки наносят на каждый зуб и располагают в шахматном порядке. Но при очень точном выполнении диаметров допускается вторые зубья в группе делать без выкружек, но без занижения диаметра. Геометрия, шаг и размеры стружечных канавок переходных зубьев выполняются такими же, как у черновых зубьев.

15

Для выравнивания припуска на чистовую часть на каждом зубе последней переходной секции выполняются выкружки, расположенные в шахматном порядке.

Чистовая часть. Качество обработанной протягиванием поверхности – точность размеров и шероховатость поверхности – зависит во многом от конструкции чистовой части и подачи на чистовых зубьях. При одинаковом способе разделения стружки – широкими дуговыми выкружками – можно построить чистовую часть протяжки двумя способами:

1)с подъёмом на каждый зуб;

2)с подъёмом на секцию зубьев, обычно двузубую.

В первом случае каждый зуб срезает по периметру слой разной толщины: на участках режущей кромки, расположенных за режущим сектором предыдущего зуба, толщина среза равна подаче, а на участках, расположенных за выкружкой предыдущего зуба, толщина среза удваивается. Чистовая часть такой конструкции работает по одинарной схеме резания. После обработки чистовой частью такой конструкции на обработанной поверхности остаются тёмные полосы, соответствующие местам срезания стружки с удвоенной подачей.

Во втором случае рекомендации по конструированию двузубой секции аналогичны переходной части. Шероховатость обработанной поверхности при этом способе построения ниже, чем в первом случае.

Калибрующая часть. Калибрующие зубья протяжки служат запасом на переточку для чистовых и калибруют отверстие. Для получения высокого качества поверхности на калибрующих зубьях не должно быть цилиндрических фасок.

Геометрия, шаг и размеры стружечной канавки калибрующих зубьев выполняются такими же, как у чистовых.

Размеры зубьев. Размеры зубьев протяжек нормализованы, и при расчете протяжек необходимо использовать имеющиеся таблицы. Для нормальной работы протяжки срезаемая стружка должна свободно разместиться в стружечной канавке. Отношение площади стружечной канавки к площади срезаемой стружки называют коэффициентом помещаемости стружки

K = Fстр.кан/Fстружки.

16

Необходимо, чтобы K = 2,5...3,0. В исключительных случаях допускается принять K = 2,0. В качестве Fстр.кан принимают: при обработке пластичных материалов активную площадь стружечной канавки Fакт = πh2/4, где h – глубина стружечной канаки; при обработке хрупких материалов – полную площадь стружечной канавки.

Площадь срезаемой стружки Fстружки = Lаz, где L – длина обрабатываемой поверхности; az – толщина срезаемой стружки

(величина подъема зубьев на сторону).

Количество одновременно работающих режущих зубьев

zmin = Lt ; zi max = Lt +1,

где t – шаг между зубьями протяжки.

При работе протяжки (как и фрезы) в каждый момент времени в резании участвует целое число зубьев, но это число периодически меняется на величину ±1. Число одновременно работающих зубьев должно быть ≥3. При делении z не должно давать целое число, так как за счет допусков на шаг зубьев и длину заготовки число z может уменьшиться на 2, что приводит к резким колебаниям сил резания и возникновению вибраций.

При увеличении количества одновременно работающих зубьев, т.е. уменьшении шага протяжки t, повышается плавность работы и улучшается качество обработки. Обычно при конструировании протяжек z = 3…8 в зависимости от длины протягивания; z = 3 – для коротких отверстий длиной 12...30 мм, а для отверстий длиной более 150 мм величина z = 8.

3.2. Шлицевые протяжки

Шлицевые протяжки для обработки шлицевых отверстий имеют три типа зубьев (рис. 7): шлицевые, фасочные, круглые. Конструктивные особенности шлицевых протяжек зависят от технологии изготовления детали. Лучшее качество шлицевого отверстия по всем параметрам (требуемые размеры шлицев и расположение их относительно оси, отсутствие заусенцев на боковых поверхностях шлицевого паза и на внутренней поверхности отверстия) удаётся получить в том случае, если одновременно протягиваются шлицевые пазы и отверстия. Для обеспечения указанных показателей качества конструируют следующие схемы протяжек.

17

Схема ФКШ характеризуется тем, что в начале режущей части располагают фасочные, за ними круглые, затем шлицевые зубья. При таком расположении зубьев, если образуются заусенцы от круглых и шлицевых зубьев, то они контактируют с нерабочей поверхностью – фаской.

Фаску нужно снимать во всех случаях, даже если это не предусмотрено чертежом. Размер фаски в этом случае мо-

жет быть 0,2...0,3 мм. Если фасочные зубья находятся перед круглыми и шлицевыми, то они совершают дополнительную работу. Фасочные зубья выполняют функции прорезных зубьев секции круглой части, поэтому круглые зубья выполняются только как зачистные, что значительно снижает длину этой части протяжки. Кроме того, срезая металл для образования фаски, они уменьшают припуск на шлицевые зубья, а значит, и число шлицевых зубьев.

Нельзя размещать фасочные зубья позади шлицевых, так как при этом протяжки удлиняются, и образующийся при работе зубьев заусенец завертывается на боковые поверхности пазов и на поверхность отверстия.

Это схема является наиболее оптимальной, так как дает наименьшую длину протяжки.

Однако, если заготовка имеет большой припуск на обработку отверстия и круглая часть имеет относительно большую длину, превышающую длину обработки, в процессе резания возникает момент, когда заготовка базируется только на круглых зубьях. Изза особенностей плавающе-качающегося закрепления заготовки на протяжном станке в этом случае возможен поворот детали вокруг оси отверстия. Тогда прорезанные фасочными зубьями поверхности сместятся относительно шлицевых зубьев. Это приведет к дополнительным нагрузкам на шлицевые зубья и может быть причиной их поломки. В таких случаях применяется схема КФШ.

Схема КФШ характеризуется тем, что в начале режущей части располагают круглые, за ними фасочные, затем шлицевые зубья. При таком расположении зубьев заусенец от фасочных зубьев отклоняется в сторону внутренней поверхности отверстия и его при-

18

ходится срезать дополнительными способами. Другим недостатком этой схемы является излишне длинная круглая часть, так как она выполняется из секций зубьев, содержащих прорезные и зачистные зубья. Для устранения этих недостатков можно помещать фасочные зубья между круглыми (между переходными и чистовыми). В этом случае получаем комбинированную схему – КопФКчкШ (иногда упрощенно – КоФКчШ), где порядок расположения зубьев: круглые обдирочные и переходные; фасочные; круглые чистовые и калибрующие; шлицевые.

Схема ФШ применяется, если при протягивании шлицевых впадин не требуется обработка поверхности отверстия. Это может быть, например, если отверстие после термической обработки прошлифовано. При такой схеме фасочные зубья располагаются в начале режущей части перед шлицевыми. Если допуск соосности шлицевых пазов и отверстия мал, то между каждым третьим, пятым и десятым зубом размещают направляющие пояски.

Шлицевая часть протяжки имеет черновые, переходные, чистовые и калибрующие зубья. Шлицевая часть строится либо с подъемом на один зуб, либо с подъемом на группу зубьев. В этом случае группа состоит из двух зубьев. На каждом первом зубе группы делаются выкружки. Объединение двух зубьев шлицевой части в группу даёт возможность значительно увеличить подъём на зуб, а именно с 0,05...0,06 мм до 0,2...0,3 мм. Выкружки на прорезных зубьях позволяют получать задние углы.

Фасочная часть состоит только из черновых зубьев. Иногда для разделения стружки они могут объединяться в группу из двух зубьев.

3.3. Шлицевые протяжки с «бреющими» зубьями

Получение шлицевых отверстий с повышенными требованиями к точности расположения пазов и шероховатости стенок паза обеспечивается применением протяжек с «бреющими» зубьями.

Окончательная обработка и калибрование шлицев выполняется «бреющими» зубьями, работающими по боковой схеме резания (рис. 8). Главные режущие кромки 1 и 2 расположены под углом λ = 17…25° к оси протяжки. Передняя поверхность 3 выполняется в зависимости от свойств обрабатываемого материала: для мягких

19

материалов – вогнутая, при этом передний угол получается отрицательным –γ; для твёрдых – плоская или выпуклая с радиусом R, передний угол +γ. Диаметры «бреющего» зуба:

D1= d + f; D2 = D – f,

где d и D – соответственно внутренний и наружный диаметры шлицевой втулки, f – величина фаски.

Рис. 8. «Бреющие» зубья шлицевых протяжек:

1, 2 – главные режущие кромки; 3 – передняя поверхность

Длина «бреющих» зубьев l = D22 tg−λD1 . Ширина зуба В равна

ширине шлицевой впадины. Припуск на калибрование «бреющими» зубьями принимается 0,01…0,03 мм на сторону за счёт утонения предыдущих зубьев. Угол поднутрения φ1 = 2…4°, «бреющие» зубья срезают тонкие припуски и образуют длинные иглообразные стружки, поэтому за «бреющими» зубьями обычно располагают 1– 5 обычных шлицевых зубьев для удаления стружек и калибрования впадин шлицевого паза.

3.4. Комплект шлицевых протяжек

Иногда за один технологический переход протягивания невозможно получить окончательные размеры шлицевого отверстия. Тогда используют комплект шлицевых протяжек, состоящий из протяжек первого, второго, а иногда и третьего переходов [1].

Необходимость в комплекте протяжек возникает в следующих случаях.

20