/>МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національнийуніверситет «Львівська політехніка»
Кафедра «Технології машинобудування»
Реферат
Дисципліна: Теорія різання
”Оцінка формоутворенняторцевих фрез профільної схеми різання та розширення області їх застосування”
Львів – 2008р.
Зміст
Вступ
1 Теоретичні відомості
2 Визначення геометричнихпараметрів різальної частини торцевих фасонних фрез
3 Визначенняаналітичних залежностей точок профілю різальної частини торцевих фасонних фрез
4 Перевірка розробленої теорії в виробничих умовах
Загальні висновки
Література
Вступ
Торцеві фрези, призначенідля обробки плоских поверхонь широко використовуються в промисловості, як причорновій, так і при чистовій обробці. Ці фрези всебічно досліджені, є багатоконструкцій з раціональними схемами зрізання припуску, визначені оптимальнігеометричні параметри, створена теорія проектування таких фрез і розробленірекомендації, щодо їх застосування в залежності від умов експлуатації.
Однак, процеси обробкифасонних поверхонь торцевими фасонними фрезами досліджені недостатньо. Відомалише невелика кількість робіт, в яких досліджувались процеси обробки фасоннихповерхонь торцевими фрезами.
У цих роботах розглядалось,головним чином, формоутворення поверхонь торцевими фрезами, що працюють за генераторноюсхемою зрізання припуску. Закономірності ж формоутворення фасонних поверхоньторцевими фрезами, що працюють за профільною схемою зрізання припуску нерозроблені, не вирішені питання їх затилування, аналізу геометричних параметріврізальної частини, профілювання різних типів торцевих фрез.
Тому розробка теоріїпроектування торцевих фасонних фрез є актуальною задачею і має велике наукове іпрактичне значення.
Мета роботи – розробка теоретичних основ проектування торцевих фрез ізпрофільною схемою зрізання припуску та на їх основі розширення областівикористання торцевих фрез і створення фрез підвищеної працездатності.
Для досягнення поставленоїмети необхідно вирішити такі задачі:
1. Провести аналіз сучасногостану формоутворення при фрезеруванні фасонних поверхонь.
2. Розробити теоріюграфічного та аналітичного визначення вихідних інструментальних поверхонь приобробці торцевим фрезами фасонних циліндричних, гвинтових і поверхоньобертання.
3. Розробити методику таалгоритми визначення вихідних інструментальних поверхонь торцевих фасоннихфрез.
4. Розробити теоріювизначення геометричних параметрів різальної частини торцевих фасонних фрез зурахуванням їх конструкцій.
5. Дослідити, на основізагальних положень теорії затилування, можливі форми поверхонь різальноїчастини торцевих фасонних фрез.
6. Розробити аналітичнізалежності для визначення координат точок різальних кромок гострозаточуваних ізатилованих торцевих фасонних фрез, з урахуванням їх конструкції та розташуваннярізальних кромок.
7. Розробити методику таалгоритми профілювання торцевих фасонних фрез з різними поверхнями їх різальноїчастини.
8. Провести експериментально- промислову перевірку результатів досліджень.
Об¢єкт дослідження – торцеві фрези зпрофільною схемою зрізання припуску.
Предмет дослідження – проектуваненя торцевих фасонних фрез.
Методи дослідження – теоретичні дослідження базувались на теорії формоутворенняповерхонь, теорії проектування різальних інструментів, теорії затилування,методах нарисної та аналітичної геометрії. Реалізація розроблених алгоритміврозрахунку геометричних параметрів і профілювання торцевих фасонних фрезвиконувалась на ПЕОМ. Експериментальна перевірка теоретичних дослідженьпроводилась за стандартними методиками та методиками спеціальними, що моделюютьпроцес обробки фасонних поверхонь торцевими фрезами. Достовірність науковихположень, висновків та рекомендацій підтверджена порівняльними лабораторними тавиробничими випробуваннями, метрологічними вимірюваннями, результати якихоброблялись з використанням теорії вірогідності та статистики.
1 Теоретичні відомості
Доказано, що торцевимифрезами можна обробляти поверхні, що допускають, в процесі формоутворення,ковзання поверхонь “самих по собі”, а саме: фасонні циліндричні поверхні,фасонні поверхні обертання та фасонні гвинтові поверхні постійного кроку.
Базуючись на аналізівиконання умов формоутворення при обробці даних поверхонь, показано, що профільвихідної інструментальної поверхні співпадає з профілем деталі у випадках, колиобробляється фасонна циліндрична поверхня, твірні якої лежать у площиніперпендикулярній до осі фрези та коли обробляється фасонна поверхня обертання,вісь обертання якої перпендикулярна до осі фрези та перетинає її. Фасонні циліндричні поверхні та фасонні поверхні обертання зпрофілем, який забезпечує зовнішній контакт вихідної інструментальної поверхніз деталлю, можна обробляти фрезами будь-яких діаметрів.
Фасонні поверхні обертання,у яких знак кута нахилу дотичної до профілю змінний (деталі типу шків), можнаобробляти фрезами тільки певного радіуса вихідної інструментальної поверхні, якийвизначається, виходячи з другої умови формоутворення, за формулою:
/>,
де ri – радіус точки профілюдеталі, яка визначається конкретним профілем деталі;
j — кутнахилу дотичної до профілю деталі в цій точці;
d — кутнахилу осі фрези до осі деталі.
При обробці гвинтовихповерхонь необхідно визначати профіль вихідної інструментальної поверхні, такяк він не співпадає з профілем деталі. В роботі графічно та аналітичновизначені вихідні інструментальні поверхні при обробці гвинтових поверхоньпостійного кроку. Наведений узагальнений випадок визначення вихідної інструментальноїповерхні, коли вісь фрези нахилена до осі оброблюваної гвинтової поверхні.
На основі графічного рішення отримано залежності для визначення координатточок лінії перетину гвинтової поверхні деталі і перерізів, перпендикулярнихосі фрези (координати X1,Y1,Z1):
/>
де f(Y0) – функція, якахарактеризує профіль гвинтової поверхні;
Y0A – координата базової точки,
Y0 — координата довільної точки профілю гвинтової поверхні;
р – параметр гвинтової поверхні,
e — кутнахилу осі фрези до осі деталі.
У відповідності з X1Y1Z1визначається радіус вихідної інструментальної поверхні. Базуючись нарезультатах теоретичних досліджень, розроблено алгоритм розрахунку вихідної інструментальноїповерхні.
2 Визначення геометричних параметрів різальної частини торцевихфасонних фрез
У загальному випадку передня площина може займати положення, приякому кути g¹0, l¹0. В окремих випадках передня площина може бути осьовою (g=0, l=0); фронтально-проектуючою, з різальною кромкою, що лежить восьовій площині (g¹0, l=0); горизонтально-проектуючою (g=0, l¹0).
Для випадку, коли заточування виконується по передній площині, вроботі розроблено класифікацію задніх поверхонь торцевих фасонних фрез,узагальнювальні випадки, якої показані, де О – вісь фрези, L – вісьобертального руху різальної кромки, `V – вектор швидкості прямолінійно-поступального руху різальноїкромки. Для обробки заданої фасонної поверхні деталі, відповідно до цієїкласифікації, можуть бути спроектовані різні типи фасонних торцевих фрез, асаме: торцеві фрези із задньою фасонною циліндричною поверхнею, фасонноюповерхнею обертання, фасонною гвинтовою поверхнею та фасонною затилованоюповерхнею. Вибір раціональної конструкції базується на аналізі геометричнихпараметрів різальної частини.
В роботі розроблено теорію визначення геометричних параметрів дляфрез із різними формами задніх поверхонь Для торцевих фасонних фрез ізциліндричною задньою поверхнею розглянуто загальний випадок, коли передняплощина не проходить через вісь фрези і окремий випадок, коли передня площина єосьовою.
Для загального випадку визначено геометричні параметри торцевихгострозаточених фрез, значення яких в довільних точках різальної кромкизнаходяться за такими залежностями:
— визначення переднього кута gN
/>,
— кута нахилу різальної кромки l
/>,
— кута в плані j
/>
На практиці торцеві фрези із задньою фасонною циліндричноюповерхнею найчастіше мають конструкцію, коли a1=0. Для цього випадку в роботі отримано залежності для визначення:
— заднього кута aN в нормальному до різальної кромки перерізі
/>,
/>,/>
Для окремого випадку, колипередня площина є осьовою, в роботі отримано залежності для визначеннянормального заднього кута для фрез із різними формами задніх поверхонь, а саме:
1) із циліндричною задньоюповерхнею :
/>;
2) із задньою поверхнеюобертання б, a2=0, L//О):
/>;
3) затилованих поархімедовій спіралі:
— осьове затилування
/>;
— радіальне затилування
/>;
— затилування під кутом
/>,
де t — кут між вектором поступального руху різальної кромки та віссюфрези,
4) затилованих по колу (a1=0, L//О)
/>.
Порівняння формул длявизначення задніх кутів aN для осьового затилування та затилування по колу, показує, що зточки зору характеру зміни задніх кутів обидва способи практично рівноцінні,якщо ж на різальній кромці є ділянки з кутами j, близькими до 90°,тоді при затилуванні по колу разом з нахилом пазу в пристосуванні длязаточування, його ще зміщують відносно осі, що дозволяє отримувати додатнізадні кути в усіх точках різальної кромки. Нормальнийзадній кут для такої схеми затилування визначений, як:
/>,
/>/>,/>.
Отримані залежностідозволяють, коректуючи конструкційні параметри торцевих фасонних фрез,отримувати фрези з раціональною геометрією різальної частини і рекомендуватидля обробки певних профілів фрези з певною формою задньої поверхні. Так, торцеві фасонні фрези із циліндричною задньою поверхнею з a1=0 доцільно застосовувати для обробки фасонних поверхонь з кутомпрофілю близьким до нуля, а конструкцію з a2=0 для обробки поверхонь з кутом профілю близьким до 90°; фрези із задньою поверхнею обертання, коли вісь фрези і задньоїповерхні паралельні, можна застосовувати і отримувати додатні задні кути нарізальній кромці при величинах кутів в плані близьких до 90°; осьове затилування можна рекомендувати для фрез, у яких кути вплані в різних точках різальної кромки близькі до 0, а радіальне – для фрез зкутами j близькими до 90°. Якщо ж проектується фреза, у якої на різальній кромці є ділянкиз кутами j близькими і до 0 і до 90°, тоді слід застосовувати затилування під кутом.
3 Визначення аналітичнихзалежностей точок профілю різальної частини торцевих фассонних фрез
Аналіз конструкцій торцевихфрез показує, що у фрез із циліндричною задньою поверхнею і задньою поверхнеюобертання положення передньої площини найчастіше відповідає, а у фрез,затилованих по архімедовій спіралі. Тому при вирішенні відповідних задачпрофілювання в роботі розглянуті саме такі варіанти розташування передньої площини.
Методика профілюванняторцевих фасонних фрез, призначених для обробки фасонних циліндричних поверхоньпри заданих формі та розмірах поверхні деталі і геометричних параметрахрізальної частини, базується на загальній методиці профілювання інструментів.
Графічне профілюванняторцевих фрез із циліндричною задньою поверхнею. В системі площин проекційП1П2П3 зображено профіль деталі АВ, вісь фрези О, передня площина Р, положенняякої задається величинами g та Н.
На основі графічного рішенняотримано залежності для визначення координат точок різальної кромки(X2, Y2) іпрофілю задньої поверхні (X5, Y5):
/>,/>,
/>,/>,
/>,/>,
де a та g1визначаються, як
/>, />.
Для торцевих фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею такожрозглянуто окремий випадок, який відповідає обробці такими фрезами похилихплощин. Якщо різальна кромка і вісь фрези є мимобіжними прямими, то обробкаплощини в цьому випадку буде з певними похибками, так як різальна кромка будене прямою, а кривою другого порядку. Для того, щоб цього уникнути,запропоновано рішення, при якому передню площину розташовують на фрезі таким чином,щоб вона проходила через вершину конічної інструментальної поверхні (И).
Тоді передня площина Р буде перетинати вихідну інструментальнуповерхню по твірній, яка і буде прямолінійною різальною кромкою. Профільрізальної кромки (X2i,Y2i) і задньої поверхні (X3i,Y3i) для цього випадкувідповідно визначені, як:
/>,
/>,
/>, />, />,
де b — кут нахилу площини, що обробляється.
Для торцевих фрез із задньоюповерхнею обертання в роботі вирішено задачі профілювання для випадків, коливісь задньої поверхні обертання L паралельна осі фрези О і перпендикулярна до неї. Показанографічне профілювання торцевої фрези із задньою поверхнею обертання, коли L^О. В системі площинпроекцій П1П2 зображено профіль вихідної інструментальної поверхні, профільякої співпадає з профілем деталі; вісь фрези О; передня площина Р, положенняякої задається кутом Q і радіусомзуба фрези Q вбазовій точці.
У відповідності до графічногорішення, координати точок різальної кромки визначені, як
/>,/>,
а профілю задньої поверхні, як
/>,
/>,/>,/>.
Якщо вісь обертання задньої поверхні L паралельна осі фрези О, товідповідно координати точок різальної кромки визначені, як:
/>,/>,
а профілю задньої поверхні, як
/>,
/>,/>,/>.
Графічне профілювання торцевих фрез, затилованих по колу показанона Задня поверхня фрези створюється обертанням різальної кромки навколо осіпристосування для затилування.
Базуючись на графічному рішенні, отримано залежності длявизначення профілю різальної кромки (X1i, Y1i) торцевої фрези, затилованої поколу:
/>,
та профілю задньої поверхні (X2i, Y2i):
/>,/>,
/>,
/>,/>
Профілювання торцевихфасонних фрез, затилованих по архімедовій спіралі полягає у визначенні формирізальної кромки і профілю ножа фрези в осьовому перерізі, який необхідний дляпроектування затилувального різця. В роботі вирішено задачі профілюванняторцевих фрез, затилованих по архімедовій спіралі при осьовому затилуванні тазатилуванні під кутом. На показано графічне профілювання при осьовому затилуванні.
Виходячи з графічного рішення, визначено залежності для підрахункукоординат точок різальної кромки (X1i, Y1i) при осьовому затилуванні:
/>/>,
/>/>
та профілю задньої поверхні (X2i, Y2i):
/>
/>
X0i, Y0i — координати точокпрофілю деталі.
В роботі також вирішено задачу профілювання торцевих фрез, затилованихпід кутом. Залежності для визначені координат точок різальної кромки фрези вцьому випадку будуть:
/>,/>,
де />,H=Rasing1.
Форма різальної кромки затилувального різця в цьому випадкувизначено, як:
/>,/>,
/>, />, />, />.
З технологічних причин на практиці різальна кромка при обробціфасонної циліндричної поверхні замінюється дугою кола, відрізком прямої і т.д.Тому важливим є вирішення задачі визначення профілю поверхні деталі зкоординатами X1, Y1, обробленої торцевою фрезою із заданими величинами g та Н і різальною кромкою з координатами X2, Y2. В роботі цязадача вирішена таким чином:
/>;/>,
/>;/>;/>;
R0 і Ri – радіуси фрези в базовій і довільній точці профілю деталівідповідно.
4 Перевірка розробленоїтеорії в виробничих умовах
Приведено результатиспробної перевірки розробленої теорії профілювання на прикладі торцевоїфасонної фрези з циліндричною задньою поверхнею та задньою поверхнею,затилованою по колу. Спробна обробка підтвердиласправедливість графічних рішень і отриманих аналітичних залежностей попрофілюванню торцевих фасонних фрез.
Досліджено впливконструкційих параметрів на геометрію різальної частини фрези. А саме –впливположення ножа в корпусі фрези на діапазон значень нормального переднього кута DgN вздовж різальної кромки. Показано, що змінюючи величину Н(параметра, що визначає положення ножа в корпусі фрези), можна досягатимінімальних значень DgN. В результаті розроблено рекомендації по вибору оптимальнихзначень параметра Н, що дозволяє обробляти різні фасонні профілі однією фрезою,забезпечуючи при цьому мінімальний перепад значень нормального переднього кута gN вздовж різальної кромки.
Результати досліджень буливпроваджені на підприємстві «Механік» (м.Кам¢янець — Подільський) при проектуванні деревообробних фрез дляобробки фасонних виробів, що дозволило збільшити продуктивність праці в 1,8рази; зменшити ворсистість обробленої поверхні, виключивши при цьому операціюручної зачистки важкодоступних ділянок фасонної поверхні; підвищити стійкістьфрез оновленої конструкції у 1,4 – 1,6 рази.
Висновки
В результаті виконаних досліджень розроблені теоретичні основипроектування торцевих фасонних фрез, які полягають в :
- розробці теоріїформоутворення поверхонь деталі торцевими фасонними фрезами: визначені вихідніінструментальні поверхні при обробці фасонних циліндричних поверхонь, поверхоньобертання та гвинтових поверхонь постійного кроку; досліджені умовиформоутворення поверхонь при обробці цим інструментом;
- розробці теоріїпрофілювання, базуючись на аналізі можливих положень і форм передніх і задніхповерхонь та забезпечення доцільних геометричних параметрів різальної частиниінструменту.
- визначенні геометричних параметрів різальної частини.
1. Показано, що для обробки заданої фасонної поверхні деталі можнаспроектувати торцеві фасонні фрези із різноманітними формами поверхоньрізальної частини.
В результаті аналізу схемформування задньої поверхні торцевих фасонних фрез розроблена класифікаціяторцевих фасонних фрез за формою задньої поверхні, а саме: торцеві фасонніфрези із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнею обертання, іззадньою гвинтовою поверхнею і задньою затилованою поверхнею.
2. Графічно та аналітичновирішені задачі визначення геометричних параметрів різальної частини торцевихфасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнеюобертання, затилованих по архімедовій спіралі (радіальне, осьове та кутове затилування)та по колу.
3. Показано, що розробленірекомендації по вибору способу утворення задньої поверхні торцевої фасонноїфрези в залежності від форми різальної кромки, дозволяють для конкретнихвиробничих умов вибирати варіант конструкції з доцільним характером змінигеометричних параметрів на різальній частині.
4. Вирішено задачіпрофілювання торцевих фасонних фрез при різних положеннях передньої поверхні тарізноманітних формах задніх поверхонь: для фрез із циліндричною задньоюповерхнею, із задньою поверхнею обертання, затилованих по колу та поархімедовій спіралі, а також обернену задачу визначення профілю фасонноїциліндричної поверхні деталі обробленої спроектованою торцевою фрезою.
5. Розроблено алгоритмирозрахунку профілю задньої поверхні для різних типів торцевих фасонних фрез.
6. В результаті виробничихвипробувань встановлено вплив конструкційних параметрів фрез на геометріювздовж різальної кромки зуба фрези.
Показано, що змінюючиположення ножа в корпусі фрези, можна досягати мінімальних значень діапазонузміни нормального переднього кута вздовж різальної кромки DgN. Розроблені рекомендації, з вибору величини цьогоконструкційного параметру.
7. Розроблені алгоритмипрофілювання торцевих фасонних фрез впроваджені на підприємстві “Механік” (м.Кам¢янець-Подільський) зочікуваним економічним ефектом 20 тис. грн. Результати роботи використовуютьсяпри викладанні курсу “Основи формоутворення поверхонь”, який читається длястудентів спеціальності “Інструментальне виробництво” НТУУ “КПІ”.
Література
1. Герасимчук Е.М. Профилирование фасонных торцевых затылованныхфрез, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск 32, Киев, 1997, с.125-129.
2. Родин П.Р., Герасимчук Е.М. Геометрия задней поверхноститорцовых фасонных затылованных фрез, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск34, Киев, 1998, с.3-6.
3. Родин П.Р., Герасимчук Е.М. Профилирование торцовых фрез,затылованных по окружности, “Резание и инструмент в технологических системах”,Международный научно-технический сборник. Выпуск 57, Харьков ХГПУ, 2000,с.194-199.
4. Ніколаєнко Т.П., Герасимчук О.М. Формоутворення площинторцевими фрезами, Прикладна геометрія та інженерна графіка., Міжвідомчийнауковий збірник. Випуск 66, Київ, КНУБА, 1999, с.165-167.
5. Герасимчук Е.М. Профилирование торцовых фрез с заднейповерхностью вращения, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск 41, Киев,2001, с.242-246.