РИ

Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Филиал в г. Кыштыме

Кафедра «Технология обработки материалов»

621.9.02(07) П58

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Методические указания по изучению дисциплины

Под редакцией к.т.н. Д.В. Ардашева

Челябинск Издательский центр ЮУрГУ

2014

УДК 621.9.02(076.5) П58

Одобрено учебно-методической комиссией филиала в г. Кыштыме

Рецензент П.П. Переверзев

П58 Режущий инструмент: методические указания по изучению дисциплины / составитель А.В. Попова, под ред. Д.В. Ардашева. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 42 с.

В методических указаниях приведены: перечень и краткое содержание лекционного курса и лабораторных работ по дисциплине «Режущий инструмент»; рекомендации по выполнению курсовой работы; список рекомендуемой литературы. Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения направления 151900.62 «Конст- рукторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология машиностроения».

УДК 621.9.02(076.5)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2014

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. Содержание лекционного курса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. Содержание лабораторных работ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3. Рекомендации по выполнению курсового проекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4. Рекомендуемая литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5. Вопросы для подготовки к экзамену. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Приложения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4

ВВЕДЕНИЕ

Режущий инструмент как основное звено в процессах формообразования деталей резанием. Типы режущих инструментов и их выбор в зависимости от параметров технологического процесса. Принципы формообразования без данных на режущие инструменты. Инструментальные материалы, их физико– механические свойства и выбор в зависимости от вида инструмента и заданного технологического процесса.

Принципы работы и основные понятия о конструктивных элементах следующих видов режущих инструментов: резцы токарные цельные, составные и сборные; резцы фасонные и методы их профилирования; резцы строгальные; инструменты для обработки отверстий — сверла, зенкеры, развертки, комбинированные инструменты, инструменты для расточки отверстий; фрезы общего и специального назначения, понятия о неравномерности фрезерования; фрезы затылованные; фрезы остроконечные — цилиндрические, торцевые, концевые, дисковые; фрезы сборной конструкции; резьбообразующий инструмент — резцы, плашки, метчики. Инструмент для автоматизированного производства. Инструменты для обработки зубчатых колес

Цель дисциплины – дать основные теоретические сведения по конструктивным и геометрическим параметрам, методам профилирования режущих кромок, необходимые при проектировании металлорежущих инструментов; научить грамотно проектировать, рационально эксплуатировать, а также обоснованно выбирать из набора стандартных необходимые металлорежущие инструменты, обеспечить приобретение навыков по проектированию металлорежущих инструментов с применением ЭВМ и САПР.

Общие задачи дисциплины:

–выполнять работы по проектированию, информационному обеспечению, организации инструментального обеспечения машиностроительных производств;

–разрабатывать средства технологического оснащения машиностроительных производств;

–использовать современные информационные технологии при проектировании режущих инструментов машиностроительных производств;

–разрабатывать (на основе действующих стандартов) техническую документацию для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем машиностроительных производств;

–участвовать в разработке документации в области инструментального обеспечения машиностроительных производств, оформлять законченные про- ектно-конструкторские работы.

–взаимодействовать со специалистами смежного профиля при разработке математических моделей объектов и процессов различной физической природы, алгоритмического и программного обеспечения инструментальных систем, технологических систем, систем автоматизации и управления;

5

–выбирать средства автоматизации, вычислительной техники для реализации процессов проектирования, изготовления, диагностирования, испытания изделий машиностроительных производств.

–участвовать в работах по моделированию объектов инструментального обеспечения машиностроительных производств с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования

1. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА Тема 1: Введение

Краткое содержание: История развития металлорежущих инструментов. Значение инструментов в машиностроении. Состояние и развитие инструментальной промышленности в России.

Тема 2: Требования к инструменту, классификационные признаки и классификация инструментов

Краткое содержание: Требования, предъявляемые к металлорежущим инструментам. Классификационные признаки и общая классификация режущих инструментов. Общие принципы конструирования металлорежущих инструментов. Выбор материала для режущей части инструментов. Отвод тепла из зоны резания. Прочность рабочей части. Соединительная часть инструментов. Назначение, классификация. Расчет соединительной части.

Тема 3: Основные геометрические параметры инструментов

Краткое содержание: Режущий клин – основа режущей части инструментов. Геометрические параметры режущей части, общие принципы их назначения.

Тема 4: Требования к точности и качеству рабочих элементов

Краткое содержание: Требования к точности и качеству рабочих элементов. Сменные многогранные пластинки (СМП), их применение в конструкциях инструментов. Условия формирования и отвода стружки. Общие вопросы заточки режущих инструментов

Тема 5: Конструирование простых резцов

Краткое содержание: Классификация и назначение резцов, основные положения по их конструированию. Геометрические параметры режущей части резцов. Способы улучшения формирования и ломания стружки, параметры стружколомающих устройств. Прочность и жесткость державки, виброустойчивость режущих кромок. Конструкции резцов: твердосплавные – напайные, сборные, оснащенные СМП, с креплением пластинок силами резания и др.; алмазные; оснащенные синтетическими сверхтвердыми материалами (СТМ).

6

Тема 6: Конструирование фасонных резцов

Краткое содержание: Назначение, типы, область применения фасонных резцов. Конструктивное оформление и габаритные размеры. Геометрические параметры, изменение их по длине режущей кромки. Профилирование фасонных резцов, шаблона и контршаблона. Расчет фасонных резцов на ЭВМ. Возможные искажения профиля детали при обработке фасонными резцами, способы их уменьшения.

Тема 7: Конструирование протяжек

Краткое содержание: Назначение, типы, область применения протяжек. Принцип работы протяжек и прошивок. Основные части протяжек. Схемы резания и схемы срезания припуска при протягивании. Протяжки одинарного и группового резания, особенности работы и конструкции. Протяжки переменного резания. Расчет протяжек: припуск под протягивание, шаг зубьев, форма и размеры впадин, число зубьев. Черновая, чистовая, калибрующая части протяжек. Условия обеспечения размеров и качества обработанной поверхности. Определение размеров протяжки. Особенности конструкции и расчета отдельных видов протяжек. Шпоночные, шлицевые, для гранных отверстий, наружные протяжки. Применение ЭВМ при расчете протяжек.

Тема 8: Конструирование фрез

Краткое содержание: Назначение, классификация фрез. Фрезы с остроконечными зубьями: цилиндрические, дисковые, угловые, фасонные, торцовые. Форма зубьев, геометрические параметры режущей части остроконечных фрез. Фрезы сборной конструкции. Особенности крепления режущих элементов. Преимущества и недостатки отдельных конструкций. Фрезы сборные, оснащенные СМП из твердых сплавов, минералокерамики и СТМ. Фрезы с затылованными зубьями, их назначение, преимущества и недостатки. Кривые для затылования, величина затылования, конструктивные и геометрические параметры. Коррекционный расчет профиля фасонных затылованных фрез.

Тема 9: Конструирование инструментов для обработки отверстий

Краткое содержание: Назначение, типы сверл. Основные конструктивные и геометрические параметры спирального сверла. Способы улучшения работоспособности спиральных сверл. Обработка глубоких отверстий. Требования, предъявляемые к инструментам. Сверла многокромочные, однокромочные, кольцевые. Основные конструкции, область применения, достоинства и недостатки. Назначение и классификация разверток, основные конструктивные и геометрические параметры. Конструкции разверток: ручные, машинные, для конических отверстий, регулируемые. Комбинированные инструменты для обработки отверстий, требования предъявляемые к ним. Применение комбинированных инструментов в автоматизированном производстве и поточных линиях.

7

Расточные инструменты: резцы, пластины, блоки, головки, их конструкции, методы крепления и регулирования, геометрические параметры. Расточные инструменты с СМП.

Тема 10: Конструирование инструментов для обработки резьбы

Краткое содержание: Типы резьб, методы образования резьбы. Особенности конструкций резцов для нарезания резьбы. Назначение и классификация метчиков. Конструкция режущей части, форма и размеры пера и канавки, число перьев, направление канавок. Геометрия режущих кромок. Схемы резания метчиками, допуски на элементы резьбы метчиков. Конструкции метчиков: ручные, машинные, плашечные, маточные, гаечные, шахматные, корригированные, для трапецеидальной резьбы, с бочкообразными зубьями, бесканавочные, бесстружечные и др.

Тема 11: Конструирование инструментов для обработки зубьев зубчатых колес

Краткое содержание: Основные положения зубчатого зацепления. Исходный контур колеса и зубчатой рейки. Виды кривых для профилирования зубьев зубчатых колес. Уравнение эвольвенты. Условия нарезания зубчатых колес без подреза. Методы и инструменты для нарезания зубчатых колес. Инструменты, работающие по методу копирования: дисковые, пальцевые модульные фрезы, зубодолбежные головки, протяжки. Конструктивные и геометрические параметры. Расчет профиля дисковых и пальцевых модульных фрез для нарезания прямозубых и косозубых колес. Затылование пальцевых модульных фрез. Инструменты, работающие по методу обката. Принцип работы, точность и качество обработки. Зуборезные гребенки, их типы, конструкция. Расчет профиля зуборезной гребенки. Червячные зуборезные фрезы, назначение, классификация, принцип работы. Методы профилирования, расчет червячных фрез с применением ЭВМ. Сборные червячные фрезы. Червячные фрезы для обработки червячных колес. Зуборезные долбяки, назначение, классификация, принцип работы. Конструктивные и геометрические параметры дискового долбяка. Расчет долбяков для обработки зубчатых колес наружного зацепления. Шеверы, их назначение, принцип работы, классификация. Конструктивные и геометрические параметры дискового шевера. Расчет дискового шевера. Детали, обрабатываемые обкаточными инструментами. Условия формирования поверхности методом обката и возможности обработки деталей. Типы инструментов: червячные фрезы, долбяки, обкаточные резцы и др. Методы расчета червячных фрез для обработки шлицевого профиля.

Тема 12: Абразивные и алмазные инструменты

Краткое содержание: Абразивные материалы, их характеристика. Шлифовальные круги: конструкция, способы крепления, обозначение. Хонинговальные головки: принцип работы, конструкции, режущие элементы, механизмы подачи брусков, регулирование размеров рабочей части.

8

Тема 13: Вспомогательный инструмент, правила выбора, требования к точности качеству рабочих элементов; системы вспомогательного инструмента

Краткое содержание: Требования к инструментальной оснастке автоматизированного оборудования. Механизмы автоматической замены инструмента и подналадки его рабочей части на размер. Автоматизация замены изношенных участков режущей кромки. Примеры конструктивных решений. Основные виды вспомогательного инструмента. Базирование инструментов, точность позиционирования рабочих элементов. Системы вспомогательного инструмента.

Тема 14: Технология изготовления инструментальной техники

Краткое содержание: Особенности технологии изготовления металлорежущих инструментов. Технологическая классификация режущих инструментов. Типизация технологических процессов. Автоматизация проектирования технологических процессов изготовления режущих инструментов, использование ЭВМ и САПР. Основные этапы технологии изготовления режущих инструментов. Технологические свойства материалов, используемых при изготовлении режущих инструментов. Особенности технологических операций. Типовые технологические процессы изготовления режущих инструментов. Перспективы развития технологии изготовления режущих инструментов

Тема 15: Методы автоматизированного проектирования инструментов

Краткое содержание: Развитие теории проектирования инструментов. Прогрессивные инструментальные материалы и их влияние на конструкцию инструментов. Применение ЭВМ при проектировании режущих инструментов. Типовые задачи при проектировании инструментов и методы их решения с помощью ЭВМ. Автоматизация проектирования режущих инструментов. Создание алгоритма для расчета режущих инструментов. Состав и структура САПР в инструментальном обеспечении машиностроительных производств. Применение САПР при проектировании инструментов.

Тема 16: Инструментальные системы машиностроительных производств

Краткое содержание: Инструментальные системы машиностроительных производств. Устройства, обеспечивающие получение информации о рабочем состоянии, износе и поломках инструментов, система настройки инструментов.

2. СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование влияние способа механического крепления и базирования сменных многогранных пластин на настроечный размер токарных резцов

Цель работы: определить способ механического крепления, обеспечивающий наибольшую точность размера резца по длине и возможность бесподналадочной замены СМП. Для этого необходимо исследовать изменение длины резца при повороте СМП и их замене при различных способах крепления.

9

Контрольные вопросы: 1. Почему в условиях автоматизированного производства целесообразно применять инструменты с СМП? 2. С какой целью базовую длину резца настраивают вне станка? 3. Как определяется класс точности СМП? 4. Пластины какого класса точности пригодны для бесподналадочной замены их на режущем инструменте? 5. Как отразится на точности обработки детали изменения толщины СМП резца при их бесподналадочной замене? 6. Дайте определение точности позиционирования СМП на резцах.

Лабораторная работа №2

Тема: Изучение геометрических параметров дисковой фасонной фрезы и из влияния на профиль зубьев фрезы

Цель работы: изучение конструкции и геометрических параметров дисковых фасонных фрез.

Контрольные вопросы: 1. Назовите основные преимущества фасонных затылованных фрез. 2. Почему затылованные фрезы с нешлифованной задней поверхностью имеют пониженную точность и малую стойкость? 3. Почему наибольшее распространение среди затылованных фрез получили фрезы с радиальным передним углом γ = 0? 4. Чем отличаются незатылованные фасонные фрезы от затылованных? 5. Каковы преимущества и недостатки незатылованных фасонных фрез по сравнению с затылованными? 6. Почему при проектировании фасонных фрез необходимо знать изменение передних углов по длине режущей кромки? 7. Какие конструктивные параметры фасонной фрезы оказывают влияние на величину передних углов? 8. Как изменяется профиль зуба фасонной фрезы в плоскости его передней поверхности по сравнению с профилем детали в случае γ > 0 (ω0 = 0) и в случае ω0 ≠ 0?

Лабораторная работа № 3

Тема: Изучение влияния геометрических параметров круглых фасонных резцов на их профиль

Цель работы: Изучение влияния геометрических параметров круглого фасонного резца на его профиль в плоскости передней поверхности и в осевой (нормальной к задней поверхности резца) плоскости.

Контрольные вопросы: 1. Назовите основные преимущества фасонных резцов по сравнению с обычными. 2. Как получают задние углы у круглых фасонных резцов? 3. В какой плоскости задается профиль круглого фасонного резца? 4. В чем заключается задача профилирования круглого фасонного резца? 5. Как изменяются радиальные передний и задний углы при приближении точек режущей кромки к оси круглого фасонного резца? 6. Чем отличаются между собой осевые профили детали и круглого фасонного резца в случае, если угол наклона режущей кромки равен нулю?

10

Лабораторная работа № 4

Тема: Изучение и исследование конструкции червячно-модульной фрезы Цель работы: Изучить конструкцию червячной фрезы для нарезания цилиндрических зубчатых колес, научиться рассчитывать ее основные конструк- тивно-геометрические параметры, исследовать точность отдельных параметров

инструмента.

Контрольные вопросы: 1. Какие причины заставляют отказаться от профилирования червячно-модульных фрез на основе эвольвентного червяка? 2. Обкатку каких исходных контуров имитирует нарезание зубчатых колес червячной фрезой? 3. Какие фрезы обеспечивают большую точность профиля зубьев нарезаемых колес: спрофилированные на основе архимедова или конволютного червяка? 4. В каком случае применяются многозаходные червячные фрезы? 5. Как выбирается и на что влияет угол наклона винтовой линии чер- вячно-модульной фрезы? 6. Почему расчетное сечение не помещается на передней поверхности зуба новой червячно-модульной фрезы? 7. Почему для чистовых червячных фрез передний угол принимается, как правило, равным 0°? 8. На что влияет количество стружечных канавок червячной фрезы? 9. Какое направление имеют стружечные канавки и почему?

Лабораторная работа № 5

Тема: Изучение и исследование конструкции прямозубых долбяков Цель работы: Изучить конструкцию прямозубого долбяка, исследовать из-

менение профиля зуба в процессе его переточки, параметры точности. Контрольные вопросы: 1. Каков смысл абсолютной коррекции в рассмат-

риваемом сечении долбяка? 2. Почему угол профиля долбяка на делительном диаметре не совпадает с углом профиля колеса? 3. Что собой представляет боковые поверхности зубьев прямозубого долбяка? 4. Как соотносятся между собой значения заднего угла в сечении делительным цилиндром и угла наклона винтовой линии прямозубого долбяка на делительном цилиндре? Тоже заднего угла в нормальном сечении к режущей кромке и угла наклона винтовой линии на основном цилиндре? 5. Чем отличается профиль зуба долбяка в различных сечениях? 6. По какому диаметру происходит обкатка без скольжения зубчатого колеса и долбяка? (Долбяк работает новым сечением? Долбяк работает исходным сечением?).

Лабораторная работа № 6

Тема: Изучение конструкции червячно-шлицевых фрез Цель работы: Изучить особенности конструкции червячно-шлицевой фре-

зы по сравнению с конструкцией червячно-модульной фрезы. Научиться выполнять графическое профилирование специального обкатного инструмента.

Контрольные вопросы: 1. Способы профилирования зубьев зуборезных инструментов, работающих методом обката. 2. Сформулируйте два основных положения теории обката. 3. Дайте определение линии зацепления. 4. Назовите

11