Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение производительности труда в машиностроении в большой степени зависит от совершенствования конструкций режущих инструментов. Среди многообразия этих конструкций в последние годы в особую группу были выделены фасонные инструменты для обработки отверстий, в частности, фасонные зенкеры . Использование этих инструментов неразрывно связано с передовой технологией и автоматизацией производства. Замена отдельных инструментов для обработки отверстий фасонным зенкером позволяет сократить время обработки за счет совмещения нескольких методов обработки, уменьшить количество станков, инструментов и приспособлений, занятых в производстве, обеспечить более высокое качество обработанной поверхности. Для реализации претгуществ использования фасонных зенкеров при обработке отверстий возникает необходимость совершенствования качества их проектирования и изготовления.
Фасонные зенкеры представляют собой инструмент для формирования фасонных поверхностей вращения, в частности, фасонных отверстий после операций сверления. Фасонные отверстия представляют собой сочетание поверхностей вращения - цилиндрических, конических, сферических, монотонно увеличивающих свой диаметральный размер при переходе к каждой последующей сочетающейся поверхности .
Производящая поверхность фасонных зенкеров всегда совпадает с формируемой поверхностью и, следовательно, также является фасонной .
Фасонные зенкеры относятся к тому же виду инструментов, что и фасонные резцы: система движений при формировании фасонной поверхности у них одна и та же - главное движение резания - вращательное, движение подачи - движение сближения режущей кромки инструмента с формируемой поверхностью.
Фасонные зенкеры и фасонные резцы относятся к разным типам инструмента - фасонные резцы имеют одну режущую кромку, фасонные зенкеры - Z режущих кромок на своей производящей поверхности.
Подача сближения, сообщаемая фасонным резцам, может быть осевой, радиальной, тангенциальной, угловой; подача сближения у фасонных зенкеров - только осевая.
Проблема отвода стружки от режущей части фасонных резцов решается просто. Для фасонных зенкеров эта проблема является основной при конструировании инструмента. Фасонные зенкеры снимают большие припуски, что сопровождается большим объемом срезаемой стружки. Поэтому для размещения стружки необходимо делать большие стружечные канавки, но при этом число зубьев зенкера уменьшается (2...4 зуба). Для отвода стружки в требуемом направлении стружечные канавки должны быть винтовыми.
Для сохранения прочности зуба по всей длине режущей части при постоянной высоте зуба фасонного зенкера сердцевина его корпуса должна быть выполнена нецилиндрической.
Большие припуски, снимаемые фасонным зенкером, приводят к возникновению больших сил резания. Для уменьшения сил резания фасонные
зенкеры должны выполняться с большими передними углами на всей длине режущей части, что вызывает технологические трудности.
Фасонные зенкеры, как и фасонные резцы, должны перетачиваться по передней поверхности. Для получения на стадии изготовления и сохранения на стадии эксплуатации после каждой переточки формы передней поверхности фасонного зенкера с нецилиндрической сердцевиной должны выполняться следующие условия: профиль и параметры установки дискового инструмента (при заточке - шлифовального круга) для формирования винтовой передней поверхности не должны изменяться.
Известны только приближенные способы формирования передней поверхности, описанные в ряде авторских свидетельств, полученные с нарушением геометрических параметров последней. Она всегда получается как поверхность с непрерывно изменяющейся образующей, а режущая кромка, как линия пересечения производящей поверхности зенкера с передней поверхностью будет сложной пространственной кривой. Сформировать заднюю поверхность для такой режущей кромки можно только путем ручной подгонки.
Задняя поверхность у фасонного зенкера для сохранения формы режущей кромки после переточки должна быть затылованной и винтовой, образованной винтовым движением режущей кромки. Способ получения такой поверхности описан в авторском свидетельстве СИ. Лашнева и М.И. Юликова.
Общий метод формообразования винтовых поверхностей дисковыми инструментами разработан проф. СИ. Лашневым и М.И. Юлнковым, проф. Б.А. Перепелицей. Решению вопросов автоматизированного проек-
тирования металлорежущего инструмента посвящены работы проф. В.А. Гречишникова, А.Н. Борисова, И.А. Ординарцева. Б.И. Ящерицина. П.Р. Родина. к.т.н. СИ. Климакова, С.Я. Хлудова. С.Г. Емельянова. Е.В. Серовой. СВ. Лобановой. Н.Н. Щеголькова, М.А. Максимова.
Метод расчета режущей кромки для винтовой стружечной канавки фасонного зенкера с нецилиндрической сердцевиной в литературе отсутствует.
Перечисленные технологические трудности формирования поверхностей режущей части фасонных зенкеров с нецилиндрической сердцевиной и винтовыми зубьями привели к тому, что такие зенкеры применяют редко и всегда имеют большие погрешности формы профиля обработанной поверхности отверстия. Эти погрешности увеличиваются в период эксплуатации зенкера за счет его переточек. В результате каждой переточки фасонного зенкера по передней поверхности его режущая кромка изменяет свою форму, что вызывает погрешности профиля формируемой поверхности и, тем самым, ограничивает величину запаса на переточку инструмента.
Повышение размерной стойкости фасонных зенкеров является зада-, чей актуальной. Настоящая работа посвящена решению этой задачи путем сохранения условий формообразования поверхностей режущей части фасонного зенкера за счет создания оптимальной геометрической модели режущей части фасонного зенкера с винтовыми зубьями и нецилиндрической сердцевиной, обеспечивающую получение на стадии изготовления и сохранения на стадии эксплуатации высокой геометрической точности поверхностей его режущей части и формируемой поверхности.
На основе обзора литературы и анализа основных проблем сформулирована цель работы.
Цель работы. Целью представленной работы является совершенствование конструкции, методов расчета и технологии изготовления фасонных зенкеров с винтовыми зубьями и нецилиндрической сердцевиной, создание математического, алгоритмического и программного обеспечения проектирования инструмента.
Автор защищает формулировку условий существования фасонных зенкеров с винтовыми зубьями и нецилиндрической сердцевиной; метод проектирования режущей части этих инструментов, включающий расчет параметров винтовой передней поверхности и режущей кромки фасонного зенкера, профиля затылованной винтовой задней поверхности и профиля фасонного дискового инструмента для ее формирования, оценочных параметров режущего клина; результаты численного анализа независимых параметров геометрической модели фасонного зенкера; результаты реализации математического обеспечения методов расчета винтовых зубьев исследуемого инструмента в виде программного обеспечения.
Научная новизна. Впервые формализованы условия существования фасонных зенкеров с винтовыми зубьями и нецилиндрической сердцевиной. В комплексе разработаны методы расчета винтовых зубьев фасонного зенкера и углов резания. Создан алгоритм автоматизіфованного проектирования фасонных зенкеров как часть общей системы автоматизированного проектирования режущих инструментов.
Методы н с с л е д о в а и и я. Исследования выполнены на основе анализа логических связей зависимостей геометрической модели фасонного зенкера, содержащих заданные, зависимые и независимые параметры с использованием положений дифференциальной и графоаналитической геометрии. Задавая статус каждого параметра модели конструктор определяет вид задачи формообразования, способ формирования поверхности, вид и тип режущих кромок. Результатом исследования явилось создание алгоритма и программного обеспечения расчета режущей части фасонных зенкеров с винтовыми зубьями и нецилиндрической сердцевиной с возможностью их использования в общей системе САПР РИ на базе ПЭВМ типа IBM 386/486.
Структура и обьем работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, перечня использованной литературы и приложений. Работа содержит 121 страницу машинописного текста, 64 рисунка, список использованной литературы из 83 наименований и 39 страниц приложений.