Проектирование фасонного резца

Исходные данные:

Материал детали – Сталь 30

d1=16мм; d2=24мм;d3=мм; L1=10мм; L2=6мм; L3=10мм; L4=32мм; R=20мм.

Тип резца – круглый.

Рис. 1. Эскиз детали.

1. Составление расчетной схемы

Составление расчетной схемы выполняется на основании рабочего чертежа детали (рис. 1). Фасонная поверхность детали может быть образована сочетанием цилиндрических, конических, торцовых и криволинейных поверхностей. Было бы желательно определить координаты всей совокупности точек режущей кромки фасонного резца. Однако это требование неосуществимо и не требуется при практических расчетах. Коррекционный расчет выполняется для узловых точек фасонного профиля детали. При необходимости расчет выполняется и для других точек, расположенных между узловыми, при этом дополнительные размеры определяются из расчетов в результате подготовительного этапа с учетом заданной точности размеров детали и ее конфигурации устанавливаются координаты узловых точек детали. Далее в результате коррекционных расчетов определяются координаты тех же узловых точек нормального сечения фасонных резцов.

Рис. 2. Определение радиуса дополнительной узловой точки 3.

Радиус дополнительной узловой точки 3 (рис.2)

2. Выбор конструкции резца и державки

В качестве резца выбираем круглый резец с державкой для токарно-револьверных станков.

3. Выбор инструментального материала и геометрических параметров режущей части в базовой узловой точке

Инструментальный материал для режущей части выбирается с учетом физико-механических свойств обрабатываемого материала, жесткости технологической системы и процесса резания.

В качестве материала режущей части выбираем Р6М5. Геометрические параметры режущей части в точке 1:

=10; =25.

4.  Определение  габаритных  и  конструктивных  размеров резца и размеров для его крепления в державке

Для установки, регулирования и крепления фасонных резцов на станках применяются державки, конструкция которых зависит в основном от типа резца и станка, от способа закрепления и регулировки резца и станка, от способа закрепления и регулировки резца в державке. В частности, круглые резцы выполняются с отверстием под штифт и торцевыми рифлениями, предназначенными для закрепления в державках, призматические резцы выполняются с крепежным элементом типа «ласточкин хвост» для закрепления в державках. Условимся, что в данном случае проектируется круглый фасонный резец с отверстиями под штифт.

При проектировании круглых фасонных резцов наружный диаметр можно определить также расчетным путем с учетом конкретных условий обработки. Радиус точки 1, наиболее удаленной от центра резца, определяется по следующей формуле:

, где q - глубина профиля фасонной детали, q = rmax - rmin мм;

е - глубина заточки передней поверхности, необходимая для обеспечения нормальных условий стружкообразования при обработке участком режущей кромки, наиболее приближенном к оси резца. В зависимости от толщины и объема срезаемой стружки глубина заточки выбирается е = 8-12 мм;

f - толщина стенки, выбирается обычно f = 5-8 мм;

r0 - радиус базового отверстия. Выбирается из условий обеспечения достаточной прочности и жесткости крепления резца в державке. Обычно рекомендуется выбирать r0=10-25 мм. Вычисленный таким образом радиус r0 округляется до большего ближайшего нормализованного размера.

Примем R1=40мм.

5.   Определение   формы   и   размеров   дополнительных   участков режущей части под отрезку, для обработки канавок, уступов и фасок

Определение ширины резца, мм:

, где

lд -длина фасонной поверхности детали;

b - ширина режущей части под отрезку, она не должна быть более 3-8 мм;

b1 - дополнительный участок режущей кромки для отрезки с учетом диаметра заготовки Д3;

мм

Определение наибольшей глубины фасонного профиля детали:

, где

Dmax и Dmin - соответственно наибольший и наименьший диаметры фасон­ного профиля детали на ширине обработки фасонным резцом.

Рис. 3. Определение формы и размеров дополнительных участков режущей части под отрезку.

С учетом наибольшей глубины фасонного профиля детали и того факта, что резец проектируется с отверстиями под штифт, выбираем из таблицы следующие размеры резца:

D=60мм; d(H8)=16мм; d1=25мм; bmax=11мм; k=3мм; r=2мм; D1=34мм; d2=5мм.

6. Коррекционный расчет профиля фасонного резца

Исходные данные для проектирования фасонных резцов содержатся в чертеже обрабатываемой детали: форма, размеры, допуски на изготовление детали, параметр шероховатости обрабатываемой поверхности и материал детали. По этим данным составляется расчетная схема, показывающая связь между исходными и определяемыми размерами. Коррекционный расчет включает 2 части: общую, одинаковую для круглых и призматических резцов, и специальную часть.

6.1. Общая часть коррекционного расчета

В этой части определяются расстояния (отрезки прямых) С2, С3, ..., Сn для узловых точек 2, 3, 4, ..., n фасонного резца, измеренных от базовой узловой точки 1 в проекции передней поверхности на рабочую плоскость фасонного резца. При определении этих расстояний производится последовательное решение ряда прямоугольных треугольников, которые можно построить, исходя из рис. 4.

Рис. 5. Расчетная схема общей части коррекционного расчета для круглого фасонного резца.

Расчет диаметра заготовки:

Дз = d4 + 2…3мм; Дз = 32 + 3 = 35мм.

С учетом значений диаметров заготовок из стандартного ряда принимаем Дз=35мм.

6.2. Специальная часть коррекционного расчета круглого фасонного резца

На основании расчетной схемы составляются следующие уравнения, по которым определяются радиусы узловых точек, т.е. исполнительные размеры круглого фасонного резца.

Рис. 6. Расчетная схема специальной части коррекционного расчета круглого фасонного резца.

6.3. Аналитический и графический методы определения профиля фасонных резцов

В практике проектирования фасонных резцов находят применение аналитический и графический методы. В аналитическом методе, который применялся для определения профиля резца для обработки точных деталей, коррекционный геометрический расчет выполняется с точностью до четвертого десятичного знака (мм), с последующим округлением на чертеже до второго десятичного знака (мм). Этот способ основан на широко используемом в практике решении трехчленных уравнений.

Графический метод можно применять для расчета фасонных резцов, обрабатывающих детали, не содержащие точных размеров. В этом случае, деталь и резец вычерчиваются в крупном масштабе, например 50:1, затем по чертежу фасонного резца определяются его исполнительные размеры.

6.4. Погрешности формы деталей при обработке фасонными резцами

В зависимости от формы фасонного резца и расположения его режущей кромки возникают погрешности формы обрабатываемой детали.

Это влияние можно рассмотреть на примере обработки усеченного конуса.

Усеченный конус обрабатывается круглым фасонным резцом, который также выполнен в форме усеченного конуса с передней поверхностью с передним углом +. В сечении усеченного конуса резца плоскостью, отстоящей на некотором расстоянии от оси резца и формирующей переднюю поверхность и режущую кромку, режущая кромка не отрезок прямой, а дуга гиперболы. Размер выпуклости режущей кромки зависит от расстояния от передней поверхности до оси резца

, где

1 + 1 = 1;

R1 – наружный диаметр резца в точке 1;

1 и 1 – соответственно, задний и передний угол в рабочей плоскости;

1 – угол искажения.

В процессе профилирования вместо конического участка получается поверхность однополосного гиперболоида вращения. Возникают погрешности двух видов:

1) погрешность формы режущей кромки;

2) погрешность ориентации режущей кромки.

Погрешность ориентации режущей кромки круглого фасонного резца можно исключить, если ввести угол наклона режущей кромки , т.е. спроектировать резец с базовой линией. Такой прием позволяет существенно уменьшить величину погрешности формы конического участка.

Более точным получается конический участок, если применить призматический фасонный резец с передней поверхностью, расположенной только под углом . В этом случае погрешность формы режущей кромки равна нулю, остается только погрешность ориентации режущей кромки.

Самую высокую точность обработки конических участков могут дать призматические резцы с заточкой передней поверхности под углами  и . В этом случае обе погрешности обращаются в нуль. Режущая кромка представляет отрезок прямой, ориентированный по образующей конуса.

7. Проверка   обеспечения   необходимого  значения  заднего  угла в наиболее неблагоприятной точке профиля фасонного резца

Определяется участок режущей кромки резца, где угол между касательной к рассматриваемой точке и рабочей плоскостью имеет наименьшее значение и с учетом размера этого заднего угла резца определяется размер заднего угла в главной секущей плоскости. Если размер заднего угла получается меньше 3, то нужно рассмотреть возможность поворота базы крепления резца на некоторый угол.

В данном случае размер заднего угла меньше 3, поэтому корректировка базы крепления не требуется.

8. Выбор размеров конструктивных элементов

С учетом определенных ранее габаритных размеров фасонного резца и размеров для его крепления в державке конструктивно определяются недостающие размеры и при необходимости корректируются размеры фасонного резца для крепления в державке.

9. Назначение допусков на размеры фасонного резца

Точность обработки деталей фасонными резцами зависит от многих факторов, в том числе от точности изготовления и установки резца, от степени износа режущих кромок в процессе обработки.

При обработке профиля резца на профилешлифовальных станках достижимая абсолютная погрешность составляет 0,02 мм. Дальнейшее уменьшение погрешности связано с техническими трудностями изготовления. Наиболее оптимальным диапазоном допусков для реализации в производственных условиях принято считать: на диаметральные размеры - 0,04-0,05 мм, на осевые размеры - 0,02-0,03 мм.

На всех этапах проектирования, изготовления и эксплуатации фасонных резцов должно учитываться требование обеспечения необходимой точности обрабатываемых деталей. Необходимо обеспечить высокую точность взаимного расположения различных участков режущих кромок и базовых поверхностей. Допуски на размеры фасонного профиля резца предварительно можно назначить как часть (0,2 - 0,3) допуска на изготовление от нижнего предельного размера конкретного размера детали с обратным знаком. После обработки нескольких деталей размеры профиля резца могут быть уточнены.

Неуказанные предельные отклонения линейных размеров, за исключением радиусов скруглений и фасок, по ГОСТ 25670-83 должны назначаться от 12 до 17 квалитета, для размеров от 1 до 3150 мм по ГОСТ 25346-89, либо по классам точности - точный, средний, грубый и очень грубый по ГОСТ 25670-83. Неуказанные предельные отклонения размеров деталей, обработанных резанием, предпочтительно назначать по 14 квалитету по ГОСТ 25346-89 или по среднему классу точности ГОСТ 25670-83. Отклонения назначаются симметричными или несимметричными с учетом назначения детали.

Неуказанные предельные отклонения радиусов скруглений и фасок назначаются симметричными по 12-17 квалитетам или по классам точности. Неуказанные предельные отклонения углов на чертеже назначаются симметричными ± AT16/2 или ± AT17/2 по ГОСТ 8908-81. При проектировании фасонного резца необходимо учитывать, что каждый участок детали имеет свои размеры и точность. При расчетах точности за основу принимается ступень с меньшим допуском. Допуски при изготовлении этой поверхности детали выдерживаются за счет настройки станка, поэтому размер детали на этой поверхности называется настроечным. Допуски на изготовление других поверхностей фасонного резца обеспечиваются за счет ориентации с заданной точностью остальных участков относительно поверхности фасонного резца, обеспечивающего получение настроечного размера при обработке.

10. Выбор или проектирование державки

Для крепления фасонных резцов на станках применяются различные державки. Как правило, в этих державках предусмотрена возможность регулирования положения режущей части, необходимая при настройке на размер после переточки режущей части. Державки можно классифицировать по типу фасонного резца, по способу закрепления фасонного резца в державке, по способу регулирования положения резца, по типу станка, способу крепления на станке.

С учетом формы и размеров детали и фасонного резца, типа применяемого станка выбираем тип державки и оформляем чертеж державки в сборе с фасонным резцом.

11. Шаблон и контршаблон

Шаблон и контршаблон проектируются для контроля профиля фасонного резца при шлифовании.