Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

552

Цилиндрические

посадочные отверстия

выполняют с продольным (фрезы цилиндри­

ческие дисковые) или торцовым (торцовые

фрезы) шпоночным пазом. Конические от­

верстия имеют только торцовый паз. Диамет­

ры посадочных отверстий

стандартизированы

и имеют следующие значения: 8, 10, 13, 16,

19, 22, 27, 32, 42, 50, 60, 70, 80 и

100 мм; ква-

литет точности их исполнения — Н7 или Н6.

Диаметр отверстия выбирают из условия

обеспечения прочности, жесткости и вибро­

устойчивости вспомогательной оправки.

Хвостовые ЛИ имеют крепежную часть в

виде цилиндрического или конического хво­

стовика. Конец

цилиндрического хвостовика

может быть гладким, квадратным или пло­

ским.

Цилиндрический

хвостовик

имеют

сверла и концевые фрезы диаметром до 20

мм, развертки диаметром до 10 мм. Кониче­

ские хвостовики имеют конус Морзе 0-5 с

лапкой (для сверл, зенкеров и разверток) или

с торцевым резьбовым отверстием — для кон­

цевых фрез. Передача вращающего момента

Л/вр в конических хвостовых соединениях

б)

осуществляется за счет сил трения. Размер

конуса Морзе можно подобрать расчетом его

среднего диаметра

^ср

вр

'

ц7>^(1_о,04Ае)

где 9 — угол конуса; ^

— коэффициент тре­

ния;

Р^ — осевая сила;

Д9 —

погрешность

угла в коническом соединении.

Иногда в сборных инструментах в пазах

корпуса

устанавливают

ножи, выполненные

Рис. 3.3.18. Схемы крепления ножей

из быстрорежущих сталей или с напайными

в сборных инструментах:

пластинами твердого сплава, которые крепят

а — в клиновом пазу с помощью рифлений;

с помощью клиньев и рифлений (рис. 3.3.18).

б — с помощью клина и поперечных рифлений;

Технические требования на ЛИ включа­

в — с помощью клина, затягиваемого винтами

ют следующие основные параметры:

а) твердость рабочей части ЛИ из быст­

Конструирование сложных лезвнйньк ин­

рорежущих сталей — 62-66 HRC;

б) параметр шероховатости передних и

струментов (фасонные резцы и фрезы, про­

задних поверхностей Ra = 0,32...0,63 мкм,

тяжки, резьбонарезной и зуборезный инстру­

ленточек

по

калибрующей

части

—

менты) осуществляют в два этапа:

Ra < 0,32 мкм,

посадочных

отверстий

и

хво­

а) находят инструментальную (произ­

стовиков Ra = 0,5...0,8 мкм, опорных торцов

водящую) поверхность (ИП) на основе анали­

Ra = 0,8...1,25 мкм;

за метода формообразования и взаимодейст­

в) биение режущих кромок и ленточек

вия ЛИ с обрабатываемой поверхностью;

(для осевых инструментов) назначают в зави­

б) превращают ИП в ЛИ.

симости от вида инструмента и его класса

ИП называется поверхность, юаимодей-

точности

по

соответствующим

стандартам.

ствующая с обрабатываемой (Ц) поверхно­

Кроме этих, для каждого инструмента имеется

стью, в которой находятся все режущие кром­

ряд своих требований, которые регламенти­

ки инструмента. ИП может совпадать с Д

руются соответствующими стандартами.

(протягивание, нарезание резьб метчиками,

554

Глава 3.3. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

В ДИСКОВЫХ и червячных ЛИ

широкое

У некоторых инструментов для увеличе­

применение

получили

затылованные

зубья

ния боковых задних углов часть профиля зуба

(рис. 3.3.19). В качестве затыловочной

кривой

затылуют угловым затылованием с располо­

чаще всего используют спираль Архимеда; у

жением затыловочного резца под углом З...6°.

сборных червячных фрез зубья затылуют по

Передний угол на вершине зуба у^о выбирают

окружности. Параметры зуба и стружечной

в зависимости от свойств обрабатываемого и

канавки рассчитывают из условия обеспече­

инструментального материалов. Задний

угол

ния прочности зуба, достаточного простран­

рассчитывают исходя из условия обеспечения

ства для размещения стружки и выхода заты-

минимального

допустимого значения

боко­

ловочного

инструмента.

Величина

затылова-

вого заднего угла a^min в опасной точке про­

ния

филя (точка /, рис. 3.3.20), который должен

K =

-^tSa

быть равен 2...3° при обработке хрупких мате­

риалов и 3...4° — пластичных материалов.

Для

точных

инструментов

проводят

djigo^N J^^=8...15^

двойное

затьшование:

а)

предварительное

a^o=arctg 4ю8т\|//

резцом

с

величиной

затылования

Профилированием

сложного

ЛИ

назы­

Кх = (1,2...1,7) К; б) окончательное

затылова-

ние шлифованием примерно на 2/3 толщины

вается отыскание профиля его режущей

зуба.

кромки с учетом влияния геометрических

параметров (удо, а^о, ^о или ©о)- Профиль

5атыло6оФШЯК£и6ай

режущей кромки находится сечением ИП

передней поверхностью ЛИ. В ряде случаев

дополнительно определяют профиль ЛИ в

осевом, нормальном или торцовом сечениях,

что необходимо для профилирования инстру­

ментов второго порядка.

Из

технологических соображений

про­

филь ЛИ часто упрощают (корректируют)

путем замены сложной теоретической кривой

более простыми линиями (прямой, дугой ок­

ружности и др.); при этом вносится опреде­

ленная погрешность профиля и необходимы

проверочные

расчеты

точности

обработки

данным

инструментом.

Рассчитывают

также

размеры

переходных

кривых,

образующихся

на Д при обработке. Коррекционные и прове­

Рис. 3.3.19. Форма затылованного зуба ЛИ

рочные расчеты сложны, громоздки (особенно

сложно

аналитическим

способом

решаются

обратные задачи, когда по принятому профи­

лю ЛИ необходимо найти профиль обрабаты­

6-6

ваемой поверхности). Для этих задач перспек­

тивным

является

применение

компьютерной

графики и графических систем типа

AutoCAD, для чего разработаны специальные

графические

методики

профилирования и

программы их реализации на ЭВМ.

Последовательность

удаления зубьями

ЛИ слоев срезаемого материала зависит от

принятой схемы резания. Известны три схемы

резания: профильная

(одинарная),

генератор­

ная и групповая.

Профильная

схема

обеспечивает

более

высокое

качество

обрабатываемой

поверхно­

сти, но при этом образуется жёсткая, плохо

деформируемая стружка. Она применяется у

протяжек небольших

диаметров,

фасонных

Рис. 3.3.20. Определение минимального заднего угла а^

фрез. На зубьях ЛИ выполняют стружкораз-

делительные канавки, располагаемые в шах­

в опасных точках режущей кромки

матном порядке (рис. 3.3.21, а).

САПР-И

557

Реже возникает вопрос о включении в

Другой особенностью процесса проекти­

состав САПР-И модулей проектирования

рования является ярко выраженное преобла­

вспомогательной оснастки

(патронов, держа­

дание при

проектировании

геометрических

вок и т.п.), инструмента второго порядка

задач. Как правило, для разработки инстру­

(затыловочных резцов,

профильных шлифо­

мента не требуется сложных прочностных и

вальных кругов и др.), а также модулей САПР

динамических расчетов, зато объем геометри­

ТП режущего инструмента.

ческих задач резко возрастает. В большинстве

Решение вопроса о выборе структуры

случаев профилирование инструмента связано

САПР-И определяется не только на основе

с решением задачи поиска огибающей, вопро­

мнения экспертов-разработчиков, но в значи­

сами поиска точек и линий касания, Сглажи­

тельной степени зависит от степени универ­

вания ломаных линий, замены сложных кри­

сальности ее центрального модуля. Для узко­

вых

простыми,

решением

трансцендентных

специализированных систем структура авто­

уравнений. В связи с этим для профилирова­

матически упрощается. В них, например, в

ния

инструмента требуется

специфический

большинстве случаев нецелесообразно вклю­

математический аппарат, в частности, начер­

чать информационно-поисковые

системы

тательная,

аналитическая и

дифференциаль­

режущего инструмента — ее ценность и упот­

ная геометрии, численные методы. Учитывая

ребляемость не компенсируют затрат на соз­

сложный характер взаимодействия детали и

дание такого модуля. И наоборот, чем выше

инструмента, проектирования

с использова­

уровень универсальности

модуля

проектиро­

нием только аналитических методов профи­

вания нестандартного инструмента, тем целе­

лирования режущих кромок зачастую недос­

сообразнее создание сложной развитой струк­

таточно — требуется отображение процесса

туры САПР-И.

проектирования на дисплее. В связи о этим в

Состав модулей САПР-И и принцип их

САПР-И широко применяется компьютерная

построения в целом совпадают с общими

графика.

Целесообразность

использования

рекомендациями по разработке САПР. По­

графики обоснована еще и тем, что во многих

этому, как и в любой другой САПР, имеются

случаях с точки зрения алгоритма проектиро­

все типы обеспечения — техническое, матема­

вания можно завершить работу программы не

тическое,

программное,

информационное,

промежуточным

расчетом,

а

законченным

лингвистическое, методическое и организаци­

рабочим чертежом.

онное (некоторые из названных видов обес­

Важной особенностью САПР-И являются

печения могут отсутствовать конкретно в

высокие требования к информационному обеспе­

САПР-И, так как присутствуют в вышестоя­

чению. Это связано с двумя факторами. Во-

щих по иерархии модулях). Особенности

первых, необходимо исключить дублирование

САПР-И проявляются в основном в матема­

работ — перед проектированием объекта не­

тическом, информационном и, отчасти, в

обходимо убедиться в отсутствии стандартного

лингвистическом обеспечении.

или ранее выполненного аналога. Это требует

Инструменты является относительно не­

связи САПР-И с внешней или внутренней

большими

объектами,

алгоритмы

проектиро­

информационно-поисковой системой, кото­

вания которых относительно хорошо форма­

рая хранит и диспетчирует стандартные и

лизуются в пределах инструмента одного типа

вновь выполненные проекты. Во-вторых,

(группы). Однако распространить эти алго­

проектируемый инструмент как часть техно­

ритмы частных решений на разнотипные ин­

логической

системы жестко

регламентирован

струменты очень сложно. Этим можно объяс­

стандартами по габаритным и присоедини­

нить наличие большого количества частных

тельным размерам, материалу и требованиям

САПР инструментов различного типа — фа­

к качеству поверхности и др. Поэтому без

сонных фрез, резцов, сверл и т.д., созданных

развитого

информационного

обеспечения

еще на первых ЭВМ (типа БЭСМ,

проектирование

инструмента

возможно толь­

«МИНСК», «НАИРИ») и отсутствие даже

ко в примитивном диалоговом режиме, когда

сегодня универсальных

программ

проектиро­

ввод справочных данных осуществляет поль­

вания разнотипного инструмента (имеющиеся

зователь.

многономенклатурные

САПР-И

используют

Названные

особенности

определяют

и

не общие алгоритмы проектирования, а меха­

выбор лингвистического

обеспечения. Требо­

ническое

объединение

отдельных

алгоритмов

вания к языку программирования высокие —

в головном модуле).

он должен выполнять достаточно сложные и

Поэтому характерной

чертой

математи­

объемные вычисления, иметь доступ к базам

ческого обеспечения САПР-И является очень

данных

(желательно стандартных форматов),

большое количество частных алгоритмов.

работать

с

графикой,

иметь

интерфейсы

с

558

Глава 3.3. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

внешними модулями. Набор требований к

б) превращение ИП в инструмент как

языкам имеет конфликтный характер — спе­

тело, режущие кромки которого находятся на

циализированные языки не способны решать

ней;

в) разработка рабочего чертежа инстру­

все названные задачи, а на универсальных

языках разработка САЛР-И требует чрезмер­

мента.

ных трудозатрат.

Выбор

языка

остается

за

Лезвийные

ийструменты

можно

разде­

разработчиком,

но

как

показывает

анализ,

лить на две группы:

а) простые

(резцы токарные, кроме фа­

наиболее

часто

применяются

универсальные

сонных; инструменты для

обработки

отвер­

языки (C++,

Pascal)

с использованием

спе­

стий; фрезы концевые, дисковые,

цилиндри­

циализированных

библиотек.

В

последнее

ческие; метчики, плашки и др.);

время очень

часто

проектирование

ведут

в

б) сложные

режущие

(фасонные) инст­

различных

программах-оболочках.

Наиболее

рументы, обкаточные инструменты, протяжки

удобными являются различные развитые век­

и т.д.).

торные графические системы (типа AutoCAD,

Вопросы

выбора простых

инструментов

«Компас». Имея

развитую систему

графиче­

при проектировании ТП решаются достаточно

ских функций, необходимых для проектиро­

легко. В этих случаях выбирают стандартный

вания, эти системы имеют интерфейсы с уни­

инструмент требуемой группы и вида в соот­

версальными

языками

программирования.

ветствии

с

общероссийским

классификато­

Развитие вычислительной техники и методов

ром. При отсутствии нужного типоразмера

программирования могут привести и к созда­

инструмента в ТП вписывается ближайший,

нию специализированных ЭВМ и языков

на котором можно получить нужные размеры

программирования

для

разработки

новых

путем его доработки (например, перешлифо­

инструментов.

вать зенкер на нужный диаметр или заточить

При разработке САПР-И необходимо

резец с требуемыми геометрическими пара­

учитывать необходимость работы с САПР

метрами). Такие инструменты применяют для

низшего и высшего уровней, а значит, нужно

обработки

большинства простых

элементар­

выходные данные представлять в какой-то

ных поверхностей деталей или комбинаций из

обшей стандартной

форме данных,

и

иметь

них.

Несколько сложнее задача

проектирова­

дешифраторы входных данных.

ния различных стандартных конструкций при

Наиболее

ответственным

является

этап

отсутствии

нужных

типоразмеров

или задача

проектирования

специального

инструмента,

проектирования

простого

сборного

инстру­

который

начинается

оформлением

техниче­

мента.

ского задания

на

проектирование,

включаю­

Наибольшие

трудности

представляет

щего требуемые исходные данные, считая, что

разработка сложного лезвийного инструмента.

подкласс,

группа, подгруппа

и

вид

инстру­

Главной задачей при этом является профили­

мента по ОКП известны.

и н с т ­

рование инструмента — расчет его профиля в

П р и п р о е к т и р о в а н и и

сечениях,

используемых

для

изготовления,

р у м е н т а

р е ш а ю т с я

с л е д у ю щ и е

контроля и эксплуатации.

в о п р о с ы :

В большинстве случаев профиль инст­

1) выбор марки материала режущей и

румента не совпадает с профилем детали, хотя

крепежной части инструмента;

определяется им и методом формообразова­

2) разработка принятого варианта конст­

ния. Профилирование инструмента является

рукции с оформлением рабочего чертежа;

наиболее

сложной

задачей

проектирования

3)

определение

основных

эксплуатаци­

инструмента. Затруднения вызывает не только

онных свойств инструмента;

математическое

описание

взаимного

движе­

4) технико-экономическая оценка про­

ния инструмента и детали, но и необходи­

екта;

мость учета особенностей процесса резания и

5)

оформление

технической документа­

возможности

современного

инструменталь­

ного

производства.

Например,

стандартной

ции.

процедурой при проектировании

инструмента

Теоретической

основой второго пункта

является

замена криволинейного

профиля

является

наука

«Теория

проектирования ин­

дугой

или

прямой,

эвольвентного

червяка

струментов».

архимедовым и т.п. Такие упрощения вызы­

Последовательность разработки варианта вают появление

пофешностей

при обработке

конструкции сложного ЛИ, исходя из разрабо­

детали. Для оценки возможной погрешности

танной методики проектирования, следующая:

приходится решать так называемую обратную

а) нахождение исходной

инструменталь­

задачу — по заданному профилю инструмента

ной поверхности;

определить будущий профиль детали.

САПР-И

559

Для

решения

задач

профилирования

ная графика — на аналитической и диффе­

(определение профиля инструмента по про­

ренциальной

геометрии.

Поэтому

сущест­

филю детали и профиля детали по профилю

вующие методики должны перерабатываться о

инструмента — т.н. прямая и обратная задачи)

учетом

возможностей

мощного

математиче­

существует две основные методики, основан­

ского аппарата машинного графического про­

ные на алгоритмах:

ектирования. Из новых открывающихся на­

в виде системы аналитических зависи­

правлений следует отметить методики кине-

мостей и практических рекомендаций;

матическо моделирования и методики твердо­

в виде графических и графоаналитиче­

тельного

моделирования.

При

кинематиче­

ских построений.

ском моделировании изображения инструмен­

Аналитические

зависимости

для

расчета

та и заготовки

(для обратной задачи) или де­

тали и заготовки инструмента (прямая задача)

инструмента могут быть созданы на базе эле­

ментарной

или

дифференциальной

геомет­

получают согласованные взаимные движения,

эквивалентные

движению

реальных

объектов

рии, численных

методов и широко представ­

проектирования.

Профилирование

происхо­

лены

в

соответствующей

литературе.

Они

дит путем отсечений изображения заготовки в

обеспечивают

высокую

точность

расчетов,

каждом

фиксированном

положении.

Такие

легко

реализуются

программно, их

недостат­

методы эффективны для проектирования

об­

ком

является

отсутствие

наглядности,

воз­

каточного

инструмента, а для

двухмерной

можность

возникновения

грубых

ошибок,

задачи

к

тому

же

их

реализация

несложна.

сложность

корректировки

при

упрощениях

Очень

большими

возможностями

обладает

профиля.

твердотельное

моделирование — использова­

Графические методы наглядны, могут яв­

ние трехмерных изображений объектов, при­

но отражать

особенности

формообразования,

чем эти изображения имеют все атрибуты

исключить грубые ошибки. Но при ручных

реальных тел — массу, моменты инерции и

построениях точность таких методов явно

т.д. Такие модели можно объединять, вычи­

недостаточна для проектирования

инструмен­

тать одну из другой, рассекать произвольны­

та. С появлением ЭВМ и развитием компью­

ми плоскостями с получением нужных сече­

терной графики графические алгоритмы про­

ний и т.п.

ектирования

инструмента

вновь стали

интен­

Развитие

науки о резании

металлов

по­

сивно развиваться. Точность и скорость таких

зволяет более строго формулировать техниче­

методов

сравнимы

с аналогичными

характе­

ские

требования

к

режущему клину

инстру­

ристиками

аналитических

методик,

что в со­

мента,

геометрические,

микрогеометрические

четании

с

названными выше преимущества­

и физико-механические,

свойства

которого

ми, делают

их

перспективными. Они

позво­

определяют качество формируемой

поверхно­

ляют:

сти детали.

максимально

приблизить

расчетную

Дальнейшее развитие САПР-И будет ид­

схему

профилирования

к

реальной,

возни­

ти в нескольких направлениях. В первую оче­

кающей на станке в процессе обработке;

редь, будет усложняться структура САПР-И за

сделать процесс проектирования

нагляд­

счет

более

глубокой интеграции

ее в общую

ным,

понятным

не только конструктору,

что

структуру САПР ТП. Проектирующие модули

очень важно для обучающих систем;

парамет­

должны стать более универсальными, что

обеспечить

высокую

точность

обеспечит уменьшение их количества при

ров объекта (не ниже, чем при аналитических

усложнении

схемы

взаимодействия.

Будет

расчетах);

совершенствоваться

используемый

математи­

уменьшить (или даже исключить) воз­

ческий аппарат и алгоритмы с целью повы­

можность

возникновения

грубых

ошибок

шения

общности

проектирования,

создания

проектирования,

характерных для

аналитиче­

многономенклатурных систем. Такие

измене­

ских методов, связанных с выходом за преде­

ния основных компонентов САПР-И, а также

лы допускаемых значений входных величин

включение в нее новых модулей (САПР ТП

(подрезы и т.п.);

проектиро­

инструмента, САПР приспособлений и др.)

повысить общность методик

должны обеспечить комплексную автоматиза­

вания, так как многие аналитические зависи­

цию

процесса

разработки

технологического

мости разработаны для конкретных типов, а

процесса

проектирования

и

изготовления

иногда и типоразмеров инструмента;

графики

изделий заданного качества, включая все ви­

Возможности

компьютерной

ды

инструментального,

метрологического

и

позволяют непосредственно переносить мето­

прочего обеспечения. Должна быть расширена

дику ручных построений инструмента на

область задач, решаемых в автоматическом

ЭВМ, однако во многих случаях это нерацио­

режиме, в первую очередь задач структурного

нально, так как ручные построения основаны

синтеза, что позволит находить новые конст­

на начертательной

геометрии, а

компьютер­

рукторские решения.