Загальні положення теорії визначення геометричних параметрів різальної частини інструментів

Численними експериментами і виробничим досвідом доведено, що одним з шляхів розробки прогресивних інструментів є створення доцільних величин геометричних параметрів на їх різальній частині.

Щоб розробляти прогресивні конструкції інструментів необхідно знати від яких вихідних конструктивних параметрів залежать величини геометричних параметрів в різних точках різальної кромки і яким чином їх змінювати для створення доцільних величин геометричних параметрів.

Як відомо, величини геометричних параметрів різальної частини залежать від форм і взаємного розташування передніх і задніх поверхонь, різальних кромок, швидкостей руху, що здійснюються інструментом щодо заготовки.

Відповідно до цього, розробляючи прогресивні різальні інструменти, необхідно аналізувати і вирішувати наступні завдання:

- вибір форм передніх і задніх поверхонь, різальних кромок і їх положення щодо базових елементів конструкцій інструменту.

- аналіз рухів здійснюваних інструментом щодо заготовки і їх впливу на геометрію різальної частини.

- дослідження геометричних параметрів при різних установках інструменту щодо заготівки і вибір доцільного варіанту.

Дослідження і досвід виробництва показують, що за рахунок зміни форм передніх і задніх поверхонь можна покращувати працездатність інструменту шляхом створення доцільніших геометричних параметрів різальної частини. Так, наприклад, у черв'ячних зуборізних фрез заміна прямолінійного профілю торцевого перетину передньої гвинтової поверхні на профіль у формі спіралі Архімеда підвищує стійкість інструменту в 1,72,6 разу, без зниження точності обробки зубчатих коліс [42, 80, 84].

Зміна форми задньої поверхні фасонних фрез і перехід від затилування до гострозаточенним фрез підвищує стійкість інструменту до двох разів [78].

У ряду інструментів статистичні геометричні параметри змінюються при переході від однієї точки різальної кромки до іншої.

В цьому випадку необхідно аналізувати вплив конструктивних параметрів інструменту на геометричні параметри різальної частини і визначати умови, при яких створюються необхідні їх величини в усіх точках різальних кромок.

Прикладом таких інструментів служать радіальні фасонні різці для обробки поверхонь обертання. Передня поверхня даних інструментів приймається плоскої форми. Тому впливати на геометричні параметри передньої поверхні можна шляхом зміни положення передньої площини. Передня площина Р може проходити через вісь деталі (рис.6.1а). В цьому випадку статичні передні кути g і кути нахилу різальної кромки будуть рівні нулю в будь-якій точці різальної кромки. Для того, щоб отримати передні кути відмінні від нуля, вибирають вертикально-проектуючу площину Р, паралельну осі оброблюваної деталі, положення якої характеризується величиною інструментального переднього кута g_і, вимірюваного в перетині перпендикулярному осі деталі (рис.6.1б). У загальному випадку передня площина буде площиною загального положення (рис.6.1в), положення, яке задається інструментальним переднім кутом _і і кутом, який характеризує положення горизонталі передньої площини.

Рисунок 6.1 – Положення передньої поверхні фасонних різців

Залежно від прийнятого положення передньої площини змінюються величини статичних передніх кутів g_с і статичних кутів нахилу різальної кромки l_с в різних її точках.

Задня поверхня радіального фасонного різця може бути фасонною циліндровою поверхнею. За направляючу циліндричної поверхні приймається різальна кромка. Твірні задній поверхні можуть розташовуватися в площинах перпендикулярних осі деталі (рис.6.2а). Їх положення визначається вибраною величиною інструментального заднього кута a_і. У загальному випадку положення твірних задньої циліндричної поверхні характеризується інструментальним заднім кутом a_і і кутом e (рис.6.2б). Вибираючи різні величини інструментальних кутів a_і і e можна впливати на характер зміни геометричних параметрів різальної частини в різних точках різальної кромки і вибирати найбільш доцільний варіант.

Задня поверхня радіального фасонного різця є поверхнею обертання різальної кромки навколо осі різця. Вісь різця може йти паралельно осі деталі (рис.6.3а) і встановлюватися вище за вісь деталі на величину “ h»

Рисунок 6.2 – Положення задньої поверхні фасонних різців

Вісь різця також може розташовуватись під кутом по відношенню до осі деталі (рис.6.3б), положення якої характеризується прийнятим кутом e e і величиной перевищення “ h».

Вісь О задньої поверхні обертання може розташовуватися нижче за вісь поверхні деталі (рис.6.3в) і бути їй паралельною або похилою (рис.6.3г). Задня поверхня радіального фасонного різця може бути гвинтовою поверхнею. Вона створюється при гвинтовому русі різальної кромки навколо осі паралельної осі деталі (рис.6.4а) або навколо осі похилої до осі деталі (рис.6.4б).

Таким чином, міняючи положення передньої площини, форму і положення задньої поверхні можна впливати на характер зміни величин геометричних параметрів різальної частини інструменту і вибирати найбільш доцільний ефективний варіант.

Впливати на геометричні параметри різальної частини інструменту можна також за рахунок зміни кінематики процесу різання. Так, наприклад, недоліком тангенціальних фасонних різців з прямолінійно-поступальним рухом подачі є різка зміна статичних передніх і задніх кутів в процесі обробки. Тому було запропоновано застосовувати тангенціальні фасонні різці з обертальним рухом подачі. Розрахунки показують, що у тангенціальних різців з обертальним рухом подачі геометричні параметри ріжучої частини змінюються в процесі різання в значно меншому ступені, в порівнянні з різцями з прямолінійним рухом подачі.

Так при обробці деталі діаметром 30 мм з припуском на діаметр 2мм у тангенціальних різців з прямолінійним рухом подачі амплітуда коливань передніх і задніх кутів рівна 200, а при застосуванні тангенціальних різців з обертальним рухом подачі вона може бути понижена до 60.

Рисунок 6.3 – Положення задньої поверхні радіальних фасонних різців

Рисунок 6.4 – Положення гвинтової поверхні радіальних фасонних різців

У ряді випадків змінити величини геометричних параметрів в різних точках різальних кромок можна шляхом зміни положення інструменту щодо оброблюваної деталі. Так, наприклад, при фрезеруванні прямої канавки (рис.6.5а) на бічній різальній кромці при куті в плані j=0 створюються статичні задні кути рівні нулю, що недоцільно. Тому можна змінити положення осі фрези щодо заготовки, як показано на рис.6.5б і таким шляхом на фасонних фрезах з радіальним затилуванням, отримати позитивні статичні задні кути a.

Рисунок 6.5

З метою створення раціональних конструкцій інструменту можна на різних ділянках різальних кромок створювати різні незалежні один від одного, задні і передні поверхні і таким шляхом забезпечувати доцільний характер зміни величин геометричних параметрів на всьому протязі різальних кромок. Так, наприклад, у стандартних прямозубых гребінок створюються малі величини, порядка два градуси, задніх кутів на бічних різальних кромках, які залежать від величин задніх кутів на вершинній кромці. Тому було запропоновано, для створення доцільнішої геометрії різальної частини прямозубых зуборізних гребінок, обробляти незалежно один від одного плоскі задні поверхні на вершинній і бічних різальних кромках і отримувати необхідні незалежні статичні задні кути на різних ділянках різальної частини гребінки.

Рисунок 6.6 – Зміна геометричних параметрів в процесі оброблення

Впливати на геометричні параметри різальної частини можна також за рахунок зміни положення різального інструменту безпосередньо в процесі обробки. Так, наприклад, з метою підвищення точності обробки, точіння шківа (рис.6.6б) доцільно проводити різцем з прямолінійними різальними кромками, передня площина якого проходить через вісь заготовки. Проте в цьому випадку створюються несприятливі геометричні параметри різальної частини з переднім кутом g=0. Тому для того, щоб забезпечити позитивні передні кути g при перших проходах різець встановлюється вище за центр на величину “ h».

. (6.1)

При останніх чистових проходах різець зміщується на величину " h"

Необхідно враховувати, що величина оптимальних геометричних параметрів різальної частини інструменту залежать від великого числа взаємозв'язаних параметрів, що характеризують процес різання.

Для певних умов експлуатації існує відповідний варіант інструменту з певними найбільш раціональними геометричними параметрами різальної частини. Тому геометричні параметри різальної частини стандартних інструментів, що виготовляються інструментальними заводами для невідомого споживання, можна пристосовувати до певних умов експлуатації шляхом їх переточування у споживача, змінюючи в результаті переточувань величини геометричних параметрів різальної частини, зокрема за рахунок відповідних підгострювань поверхонь різальної частини інструменту.

Проте слід відзначити, що такий підхід зміни інструментальних геометричних параметрів не відповідає значенням геометрії, яка спостерігається в процесі різання інструментом.

Визначення геометрії при цьому, яка б відповідала доцільним значенням геометричних параметрів потребує великих витрат для проведення експериментальних досліджень, а часто і не відповідає вимогам, сучасного стану механічної обробки. Розробка узагальненої теорії визначення геометричних параметрів обробки. Розробка незалежно від виду інструменту та положення передніх і задніх поверхонь, а також від форми різальної кромки та розташування інструменту в процесі різання дасть змогу використати як ресурси підвищення працездатності інструменту так і покладе основу розробки інформаційного забезпечення САПР різального інструменту.

Аналіз теоретичних розробок графічного, аналітичного та кінематичного способів визначення статичних та кінематичних геометричних параметрів доводить доцільність і незалежно від інструменту розробити узагальнену теорію визначення геометричних параметрів на основі їх розгляду в статичній і кінематичній системах координат, які орієнтовані відповідно відносно головного та результуючого рухів.

6.2 Узагальнена теорія визначення геометричних параметрів

6.2.1 Алгоритм визначення статичних і кінематичних геометричних параметрів різального інструменту

До вихідних даних відносяться:

- форма передньої і задньої поверхонь;

- швидкість головного руху `V та руху подачі `S;

- інструментальні геометричні параметри різального інструменту, передній кут g_і, задній кут a_і, кут нахилу різальної кромки l та головний кут в плані;

- форма різальної кромки;

- кути напряму головного руху та руху подачі.

Форма передньої і задньої поверхонь швидкість головного руху і руху подачі, а також геометричні параметри в інструментальній системі координат вважаються відомими. Форма різальної кромки може бути відомою, або визначається в залежності від формі різальної кромки, або профілю оброблюваної деталі визначають кути напрямку швидкості головного руху і руху подачі в будь якій точці різальної кромки, котрі в процесі різання можуть змінюватись.

Дослідження показали, що при l¹0 напрямок `V і `S вздовж різальної кромки в процесі різання змінюються. Їх зміна залежить як від конструкції інструменту, форми його різальної кромки, так і від величини припуску.

Алгоритм визначення статичних і кінематичних геометричних параметрів різального інструмента приведений на рис. 6.7.

Рисунок 6.7 – Алгоритм визначення статичних і кінематичних геометричних параметрів різального інструмента.