Расчет протяжек.

Большое значение при проектировании протяжки имеет схема резания, т.е. последовательность удаления срезаемого слоя, и схема формообразования поверхности.

Существует две схемы резания: профильная и генераторная.

Каждая из них может быть одинарной (когда последующий зуб выше предыдущего) или групповой (прогрессивной), когда подъем делается на секцию, а в пределах секции зубья изготавливают одинакового размера.

Профиль всех зубьев протяжек одинарной профильной схемы резания подобен профилю протянутой поверхности детали. Наиболее широкое применение получили протяжки групповой схемы резания, характеризуемой тем, что слои металла по всему профилю срезаются не каждым зубом, а группой (секцией) из 2 – 5 зубьев. При этом первые (прорезные) зубья секции прорезают в слоях металла канавки, а последним (зачистным) зубом срезаются оставшиеся выступы. Схемы резания выбирают с учетом получения оптимальной конструкции протяжки (наименьшей ее длины, более полного использования тяговой силы станка, обеспечения прочности протяжки и ее работоспособности и стойкости, а также величины подъема зубьев, определяющей толщину срезаемого слоя лезвием протяжки).

На режущих кромках больше 6...8 мм изготавливают стружкоразделительные канавки с внутренним углом 60...45⁰ в шахматном порядке.

Режущую часть рассчитывают с учетом следующих факторов:

1) Прочность режущей части и тела протяжки.2) Возможность размещения стружки в канавке.3) Использование конкретного станка.4) Обеспечение размеров и качества поверхности.

5) Обеспечение минимальной длины для сокращения машинного времени.6) Уменьшение расхода материалов и трудоемкости изготовления.

Для проектирования протяжек необходимо:

1) Исходные данные о размерах и форме с указанием точности и допуска обрабатываемой поверхности.

2) Характеристика станка: сила тяги, длина хода ползуна, расстояние от патрона до опорной поверхности станка и рабочая скорость.

Предварительно определяют шаг зубьев:

Q – коэффициент, зависящий от схемы резания.

Q = 1, 25...1, 5 при профильной схеме резания.Q = 1, 45...1, 9 при генераторной схеме резания.

Число одновременно участвующих в резании зубьев:

Берут ближайшее значение из нормализованных размеров по ГОСТ.

Чтобы не было вибраций, шаг делают неравномерным с отклонением 0, 5 мм.

Производится расчет канавки в зависимости от материала заготовки и толщины срезаемого слоя. Определяют силу резания в зависимости от формы режущей кромки и ее длины на одном зубе, материала заготовки, значения переднего угла и подачи СОЖ. Определяют напряжения в опасных сечениях тела протяжки по сечению хвостовика и по впадине первого зуба.

Длина режущей части: , - число режущих зубьев;

В конце режущей части предусматривается 2-3 переходных и чистовых зуба с уменьшенным подъемом. На калибрующей части – 4-5 зубьев с шагом:

Зная длины элементов протяжки, определяют ее общую длину, которая должна быть согласована с ходом ползуна станка.

Особенности конструкций протяжек:

наиболее часто применяют профильную схему резания, при которой на зубьях в шахматном порядке располагают небольшие стружкоразделительные канавки; первые зубья выполняются с усиленной спинкой зуба; для плавного входа протяжки в зону резания зубья протяжки располагают наклонно на ее оси под углом 30…45˚. Направление наклона должно обеспечить прижим протяжки к упорной боковой плоскости; непрерывный боковой отвод стружки обеспечивается наклонам дна стружечной канавки на 10…35˚ и наклонам режущей кромки 10…30˚.При расчете протяжек определяют: 1) размеры конструктивных элементов режущей части, исходя из прочности тела протяжки, силы протягивания и соответствия этой силы тяговой силе двига­теля станка, удовлетворения условий фор­мирования и размещения стружки в стружечных канавках, из наименьшей дли­ны протяжки и соответствия этой длины длине хода ползуна протяжного станка, возможности изготовления протяжки; 2) исполнительные размеры калибрующих зубьев, обеспечивающие требуемые пара­метры обработанных поверхностей. Расчет и конструктивные элементы про­тяжки взаимосвязаны и взаимозависимы. Это многовариантная задача, решать которую нужно с точки зрения обеспе­чения условий оптимизации конструкции.

Для проектирования (расчета и констру­ирования протяжек) необходимы следую­щие исходные данные: 1) о детали: форма и размеры (с указанием точ­ности, допусков) обработанной поверх­ности, материал; форма и размеры по­верхностей, подлежащих обработке, их длина; общая форма и размеры заго­товки; 2) об оборудовании; характе­ристика станка (сила тяги), длина хода ползуна, расстояние от патрона до опор­ной поверхности станка, рабочая скорость ползуна станка и пр.; оборудование мо­жет быть выбрано и по результатам расчета протяжки

Шлицевые протяжки предназначены для обработки шлицевых отверстий. Конструкция аналогична круглым протяжкам. Но отличаются рабочая часть, передняя и задняя направляющая части.

Обработка канавок производится по генераторной схеме резания. Для уменьшения трения на боковых сторонах предусматривается угол в плане φ ₁. Калибрующая и рабочая части должны соответствовать форме шлицевого отверстия.

Протяжки для обработки многогранных отверстий проектируются по различным схемам резания. Отверстие заготовки круглое. Квадратное отверстие образуется срезанием припуска зубьями по противоположным сторонам. Эти протяжки более технологичны в изготовлении и переточке. Недостаток: худшая шероховатость обработанной поверхности.

Шпоночные протяжки предназначены для обработки шпоночной канавки. Особенность заключается в том, что приложение силы резания с одной стороны и оно учитывается уменьшением допускаемых напряжений на разрыв. Применяется в основном генераторная схема резания.

Обработка протяжкой осуществляется следующим образом: заготовка устанавливается на специальную втулку, закрепленную на планшайбу станка и имеющую продольный паз для направления протяжки.

Протяжки сборные, оснащенные пластинами из твердого сплава и для обработки наружных поверхностей.

Сборные протяжки, оснащенные пластинами из твердого сплава, предназначены:

1) для экономии инструментальных материалов; 2) для применения новых материалов (твердых сплавов); 3) для повышения точности и качества обработанных поверхностей;

4) для повышения долговечности работы; 5) для упрощения изготовления;

Составные протяжки для изготовления отверстий имеют хвостовики из конструкционной стали, приваренные или механически закрепленные с рабочей частью.

Сборные протяжки делают из отдельных колец или втулок из быстрорежущей стали или твердых сплавов. Пластины припаивают, приклеивают или закрепляют механически.

Применяют сборные конструкции со сменными кольцами или втулками только на калибрующей части и при износе их заменяют.

Для улучшения плавности работы изготавливают протяжки с винтовыми зубьями.

Протяжки для обработки наружных поверхностей изготавливают сборной конструкции. Рабочую часть – из отдельных секций для обработки определенного участка поверхности заготовки. Секции закрепляются на инструментальной плите. Расположение секций на плите бывает: - последовательное; - параллельное; - параллельно-последовательное;

При последовательном расположении малая сила резания, но большая длина протяжки. При параллельном – наоборот. Тогда трудно отводить стружку, и сложнее регулировка и крепление секций. Стараются применять параллельно-последовательное расположение. Секции на плите крепятся следующим образом:

1) Винтами сверху через секцию; 2) Винтами снизу (недостатки: затруднено регулирование, т.к. нужно снимать протяжку со станка); 3) Боковыми болтами; 4) Клиньями с наклонной поверхностью у секции и на плите; 5) Через промежуточную деталь;

Их делают постоянного профиля по длине. Обработку осущ. на спец. ст. горизонтал. или вертикал. типа.Ее рабочая часть состоит из отдельных секций: 1- фасочных, 2-круглых и 3-угловых, закрепленных на корпусе (инструментал. плите 4).Каждая секция предназначена для обработки определенного участка поверхн. заготовки. Расположение секций на инстумент. плите может быть последовательным, параллельным и парал.-посл. При посл. Получается малая сила Р, можно обеспечить хорошие условия отвода стружки, обеспечиваются простота и удобство крепления и регулирования положения секций, но при этом получается большая длина протяжки. При паралл. Получается малая длина пр., но требуется большая сила Р, затруднен отвод стружки, сложнее крепление и регулирование секций.При пар.-пасл. имеются раб. и калибрующ. части, форма и размеры зубьев которых аналогичны внутренним протяжкам. Для регулирования раб. размеров протяжки по высоте и ширине применяют продольные клинья, положение которых регулируют винтами, или подкладки; при использовании последних невозможно подрегулировать размеры при наладке, но обеспечивается большая жесткость крепления. Для предохранения от возможных перегрузок и поломок зубьев из-за завышенного припуска или неправильной установки заготовки 1-е зубья делают увеличенной толщины. Зубья наружных пр. оснащают пластинами из тв. сплава, пластины припаивают к зубьям секций, крепят с помощью продольных и поперечных клиньев или припаивают к регулируемым вставкам.

Типы и назначение резцов. Резцы являются наиболее простыми и широко распространенными инструментами. Их применяют на токарных, револьверных, карусельных, расточных и долбежных станках, автоматах и полуавтоматах.

Резец – это однолезвийный инструмент для обработки деталей с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в любом направлении. Резец является наиболее распространен­ным инструментом, его применяют на токарных, револьверных, карусельных, расточных, строгальных и долбежных станках, токарных автоматах и полуавто­матах и на многих специальных станках. В зависимости от вида станка и рода выполняемой работы применяют резцы различных типов, отличающихся по назна­чению, форме, конструкции и размерам.

Типы резцов:

1) По виду обработки: а) проходные (для наружных цилиндрических поверхностей):

- прямые; - отогнутые; - оттянутые; - изогнутые; - упорные (имеют угол в плане φ =90⁰ и применяются для обработки ступенчатых валиков и нежестких деталей); Отогнутые резцы получили широкое распространение из-за их универса­льности, позволяющей вести обработку не только цилиндрических, но и торцовых поверхностей с поперечной подачей.

б) подрезные (для обработки торцовых поверхностей с поперечной подачей, /оси вращения детали

в) расточные (для обработки отверстий);

г) отрезные (с режущими кромками прямолинейной, скошенной и криволинейной формы);

д) резьбонарезные: - стержневые; - призматические; - круглые;

е) резцы для контурного точения (обеспечивают возможность обработки тел вращения с фасонной образующей на станках с копировальными устройствами и с ЧПУ);

ж) фасонные (для обработки деталей сложного профиля);

2) По характеру обработки: - черновые; - чистовые; - для тонкого точения;

3) По установке относительно детали: - радиальные; - тангенциальные;

4) По направлению подачи: - правые; - левые;

5) По конструкции головки: - прямые; - изогнутые; - оттянутые; - отогнутые;

6) По сечению корпуса: - прямоугольные; - квадратные; - круглые;

7) По конструкции: - цельные; - составные; - сборные;

8) По материалу режущей части: - из твердого сплава; - из быстрорежущей стали; - из керамических материалов; - из алмаза и сверхтвердых синтетических материалов;

9) По креплению режущих пластин твердого сплава: - механическое крепление; - припой; - приклеивание.

Геометрические параметры резцов. Геометрическая форма лезвия резца определяется следующими геометрическими параметрами: Главный передний угол γ, главный задний угол α, угол заострения β, угол резания δ, главный угол в плане φ.

Эти параметры выбирают по справочникам, исходя из физико-механических свойств заготовок, характера обработки, назначения резцов, их размеров и материала режущей части.Угол γ может быть положительным, отрицательным и = 0. Угол наклона главной режущей кромки λ может быть положительным, отрицательным и = 0. Его значение влияет на прочность режущей кромки лезвия и направление схода стружки. При прерывистом резании угол λ должен быть положительным до 20⁰, т.к. в момент резания нагрузка будет приложена не к вершине лезвия, а на участок режущей кромки, удаленый от неё. При положительном λ стружка отводится в направлении противоположном движению подачи.

Твердосплавные резцы. Особенности конструкции отрезных, строгальных, фасонных резцов. Твердосплавные резцы обеспечивают более высокие скорости резания (до 5 раз по сравнению с резцами из быстрорежущей стали). Они бывают цельными, составными (с припаянными или приваренными пластинами) и с механическим креплением чаще всего многогранных пластин.

Цельными выполняют мелкие резцы (расточные). Резцы с припаянными твердосплавными пластинами просты по конструкции, технологичны, виброустойчивы и удобны в эксплуатации. Но они имеют следующие недостатки:

- коэффициент линейного расширения твердого сплава в 2 раза меньше, чем у конструкционных сталей;

- при остывании могут возникать микротрещины и снижение режущей способности твердого сплава;

- при работе корпус под пластиной сминается и происходит отпаивание пластин или их поломка;

- число переточек резцов 4...6 и это приводит к увеличению расхода твердого сплава;

- твердосплавными резцами обрабатывают детали со скоростями V=120...300 м/мин. и при обработке пластичных материалов образуется сливная стружка, которая опасна для рабочего, мешает наблюдению за обработкой, может повредить обработанную поверхность, и не допустима при работе на гибких производственных системах.

Указанные недостатки отсутствуют у резцов с механическим креплением пластин, а именно:

- повышенная прочность лезвия из-за отсутствия внутренних напряжений из-за пайки;

- повышенная надежность и долговечность из-за высокой твердости опорной поверхности под пластиной;

- экономия конструкционных сталей из-за длительного использования корпуса резца;

- отсутствие заточки резцов; - большинство многогранных пластин имеют фасонную форму передней поверхности, обеспечивающей ломку стружки;

- возможность переработки изношенных пластин для извлечения вольфрама и других элементов.

Способы крепления многогранных пластин:

1) прихватом; 2) рычагом; 3) качающим штифтом; 4) поворотным элементом, прижимающим пластину к боковой поверхности закрытого паза корпуса (для пластин с отверстием). Но такое крепление не гарантирует точного прилегания опорной пластины к корпусу.

5) крепление пластины с коническим отверстием с помощью винта с конической головкой. Ось винта сдвинута относительно отверстия пластины.

Отрезные резцы примен-ся на токарных и револьвер. станках, автоматах и полуавтоматах. Работают они в условиях, связанных с затруднительным отводом стружки из зоны резания, недостаточностью охлаждения, большим вылетом головки резца. Исполь-ся отрезные резцы различных конструктивных форм. Большой надежностью обладают отрезные резцы с механич. креплением твердосплавной пластины. Чтобы увеличить работоспособность отрезного резца, рекомендуется устанавливать его вершину ниже центра заготовки или линии центров станка на 0, 5…1, 0 мм. Если же эту величину уве-лич. до1, 5мм то произойдет полный отрыв твердосплавной пластины от державки резца. Форма режущей кром-ки отрезного резца влияет на длину режущего лезвия, виброустойчивость и отвод стружки. Отрезные резцы имеют передний угол 15…25˚. Задний угол главной режущей кромки принимается равным 8˚ (на пластине) и 12˚ (на державке). Строгальные резцы применяются для обр-ки плос-тей и фасонных поверх-тей на строгальных станках. В процессе работы резец периодически входит в контакт с изделием, испытывая ударную нагрузку. Ра-злич. след. типы строгальных резцов: проходные, подрезные, пазовые или канавочные, фасонные черновые, чистовые.Режущая кромка резца должна быть расположена под углом наклона к основной плоскости10…20˚, что-бы удар при врезании приходился не на вершину резца, а на более удаленную от нее часть режущей кромки с большим поперечным сечением и более высокой прочностью

Ротационное резание производится чашечным резцом при непрерывном обновлении режущих пластинок. Вращение режущей чашки осуществляется за счет взаимодействия её с материалом заготовки, т.к. чашка устанавливается под определенным углом к оси обтачиваемой детали.

В результате замены в зоне контакта деталь – задняя поверхность инструмента трения скольжения трением качения уменьшаются силы трения сходящей стружки о переднюю поверхность режущей чашки. И поэтому стойкость ротационных инструментов увеличивается в десятки раз, а производительность в 5...10 раз.

Фасонные резцы предназначены для обработки деталей сложного профиля, тел вращения или призматических деталей в массовом и крупносерийном производстве на токарных автоматах и п/а из-за высокой стоимости.

Преимущества использования фасонных резцов:

1) высокая производительность за счет сокращения машинного и вспомогательного времени;

2) высокая точность формы и размеров обрабатываемых деталей;

3) простота эксплуатации, т.к. их перетачивают только по передней поверхности.

Их применяют для обработки наружных и внутренних поверхностей, и они подразделяются:

1) по форме: - круглые; - призматические; 2) по виду обрабатываемой поверхности: - наружные; - внутренние; 3) по установке и направлению подачи: - радиальные; - тангенциальные; В радиальных резцах подача выполняется в направлении перпендикулярном оси заг.Тангец. резцы обрабатывают сложный профиль последовательно, в результате чего уменьшаются силы резания и вероятность появления вибраций; по расположению оси круглых резцов – с параллельным и на-клонным располож. осей дет. и резца.Наклонное расположение используют для создания задних углов на участках профиля, перпенди-кулярных оси заготовки; поформе образующих – с кольцевыми и винтовыми образующими для обр-ки малоустойчивых к прогибу заг. неглубоких профилей.4) по расположению резца относительно детали: -с параллельным расположением осей; - с повернутым расположением осей; 5) по конструкции: - цельные; - составные.

Выводы

Развитие машиностроения тесно связано с совершенствовали конструкций технологических машин и, в первую очередь, металлорежущих станков. Надежная и высокопроизводительная работа оборудования невозможна без комплектации его столь же надежным производительным режущим инструментом и инструментальной оснасткой. Являясь слабым звеном любой технологической системы, именно инструмент обеспечивает эффективность ее работы. Поэтому специалисты, которым предстоит работать в отраслях машиностроительного комплекса, должны уметь грамотно проектировать различные виды режущего инструмента, в том числе, для станков-автоматов, автоматических линий, станков с ЧПУ и гибких производственных систем с учетом требований к обрабатываемым деталям.

Широкое применение гидропривода объясняется тем, что он дает возможность бесступенчатого регулировать скорости в широких пределах, плавно реверсировать движущиеся органы станка, автоматически предохранять его от перегрузки, легко обеспечивать смазку и т. п. Гидрофицированные станки занимают меньшую площадь, их детали и агрегаты можно легко стандартизировать и нормализовать. Недостатками гидроприводов являются утечка рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры и времени и др.

Обычно гидропривод металлорежущего станка состоит из следующих основных частей: бака с рабочей жидкостью; насоса, подающего рабочую жидкость в систему; гидроаппаратуры, предназначенной для изменения и поддержания заданного постоянного значения давления или расхода рабочей среды, либо для изменения направления потока рабочей среды; гидгжцилинров для прямолинейного движения или гидромоторов для вращательного движения; трубопроводов, соединяющих элементы гидропривода в единую систему.

Применяемые на станках гидроприводы работают с давлением масла до 20 МН/м²(200кгс/см²).Автоматизированное машиностроительное производство характеризуется постоянным наращиванием выпуска продукции, резким повышением требований к её качеству, все более частой сменяемостью моделей машин и приборов, позволяющей непрерывно совершенствовать их конструкции. Отсюда возникает необходимость организации гибкого переналаживаемого производства, внедрения гибкого технологического оборудования во всех типах производства I от мелкосерийного до массового. Главное условие здесь - обеспечение максимальной экономической эффективности, то есть производство изделий с инимальными затратами труда и денежных средств.По сравнению с обычным автоматизированное производство характеризуется более высоким технологическим, техническим и организационным уровнем. В каждом отдельном случае особое внимание обращается, а его экономическую эффективность и сокращение сроков внедрения автоматизации.

Накопленный опыт по автоматизации сборки показывает, что почти все ее средства специальны. В дальнейшем необходимо более широкое использование стандартных и нормализованных узлов и устройств, при разработке которых нужно обращать большое внимание на легкость ремонта и регулировки, на быструю замену отдельных узлов, на доступность для осмотра, очистки и смазки. Большое значение имеет повышение износостойкости отдельных элементов автоматических устройств и повышение их надежности работы в целом.

В производствах непрерывного типа должна предусматриваться комплексная автоматизация с централизованным управлением технологических процессов с помощью ЭВМ. В серийных производствах осуществляется переход к числовому программному управлению (ЧПУ).Цель проектирования режущего инструмента - создание оптимальной конструкции для конкретных условий использования. Задачи проектирования, состоящие из разработки присоединительной и направляющей частей, а также технических требований к ним, можно решать с позиций двух принципиально разных подходов к проектированию:

1. Аналоговое проектирование - использование хорошо отработанных и широко известных конструкций;

2. Синтезирование - использование общих элементов, обладающих лучшими свойствами, для различных конструкций инструментов.

Эффективность режущих инструментов определяется не только их конструкцией, но и рациональными условиями эксплуатации.Согласно современным требованиям к будущему специалисту-машино-стоителю, он должен владеть навыками спользования систем автоматизированного проектирования (САПР) в своей практической Деятельности.

Литература

I Автоматизация процессов машиностроения / Я. Буда, В. Гановски, В. С. Вихман и др.; Под ред. А И. Дащенко. -М: Высш. шк., 1991.-480 с: ил.

2. Корсаков В. С. Автоматизация производственных процессов. - М.: Высш. шк..Д987. — 295

с: ил.

3. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов /Под общ. ред. В. Э.

Пуша. - М.: Машиностроение, 1986. - 256 с: ил.

4. Общетехнический справочник / Е. А. Скороходов, В. П. Законников, А. Б. Пакнис и др.; под общ. ред. Е. А. Скороходова. -М.: Машиностроение, 1990. -496 с: ил.

5. Режущий инструмент. Курсовое и дипломное проектирование. Учебное пособие. / Под ред. Е. Э. Фельдштейна-Мн.: Дизайн ПРО, 1997.-384 с: ил. Щ

6. Чернов Н. Н. Металлорежущие станки. -М.: Машиностроение, 1978. - 389 с: ил.

7. Ящерицын П. И., Еременко М. Л., Жигалко Н. И. Основы резания материалов и режущий инструмент - Мн.: Выш. шк., 1975. - 528 с: ил.