CC BY
15
УДК 621.9.042; 621.992.5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИМИТАЦИОННЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ ВЕЛИЧИНЫ ПОДРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ ПРИ ФРЕЗОТОЧЕНИИ
О. А. Ямникова, О.В. Чечуга
Рассмотрены причины образования органических погрешностей формообразования резьбы при фрезоточении. Представлены аналитические зависимости, описывающие траекторию относительного перемещения инструмента и заготовки. С помощью разработанной методики имитационного моделирования получены численные значения величин подрезов и недорезов резьбы в зависимости от количества режущих зубьев и радиуса фрезы.
Ключевые слова: резьба, фрезоточение, имитационное моделирование, органические погрешности.
Известны работы в области фрезоточения резьб, в которых отмечается перспективность применения фрезоточения в массовом производстве радиаторных ниппелей, изготавливаемых из ковкого чугуна и имеющих правую и левую резьбу. В 1941 г. - Скухторов С. И. и Хлунов В. Н. предложили способ нарезания резьбы винтовым инструментом при одновременном согласованном вращении инструмента и заготовки [1]. В 1948 г. Грановский Г. И. предложил общую классификация схем резания [2]. В 1960 г. Загурский В. М. включил схему в описание прогрессивных способов изготовления резьбы [3]. В 1968 г. Этин А. О. провела анализ сравнительной эффективности различных методов нарезания резьбы [4]. В 1971 г. Лоцманенко В. В. предложил методику расчета параметров профиля производящей поверхности рассматриваемого инструмента при разнонаправленных движениях вращения БИ и Бд [5]. В 1978 г. фирма «Traub» (ФРГ) оснастила свои токарно-револьверные станки специальным приспособлением для фрезоточения инструментом с винтовой производящей поверхностью наружных резьб по латуни и легкому сплаву [6].
В 1982 г. в Японии заявлен способ одновременного нарезания левой и правой резьбы составным инструментом (рис. 1) [7].
В 1987—1993 г. г. Воронов В. Н. и Ямников А. С. развили способ нарезания резьбы винтовым инструментом [8, 9, 10, 11]. Особенно много внимания было уделено практической реализации способа. В 1993 г. Серова Е. В. и Лашнев С. И. разработали теорию профилирования инструмента для фрезоточения резьбы. Они показали, что при нарезании резьбы методом попутной обработки ухудшается качество обработанной поверхности из-за увеличения огранки [12].
Поскольку процесс назван фрезоточением, то есть формообразование поверхности детали производится с помощью винтового инструмента, который в большинстве работ называется фрезой [8, 9, 10, 11], то в дальнейшем мы этот инструмент также будем называть винтовой фрезой, или, для краткости, в данной статье просто фрезой.
Рис. 1. Схема одновременного нарезания правой и левой резьб
Было доказано также, что работоспособными из предложенных Вороновым В. Н. схем фрезоточения (таблица), являются только три схемы: 1.1; 2.2 и 2.3, в которых инструмент вращается навстречу заготовке.
Классификация способов и схем обработки резьбы винтовым инструментом с радиальной подачей по Воронову В. Н.
Виды главных движений
Обработка наружных резьб
Внешнее касание VI
Внутреннее касание V2
Обработка внутренних резьб
Внутреннее касание V3
Два вращательных в одну сторону Ф1
1.1
1.2
1.3
Два вращательных в разные стороны Ф2
2.1
2.2
2.3
Способ нарезания резьбы винтовым инструментом при одновременном согласованном вращении инструмента и заготовки и радиальной подачей сближения (врезания) эффективен при нарезании мелких резьб длиной до 10 шагов. В противном случае приходится значительно снижать подачу и сам процесс резания с чрезмерно малыми подачами становится неэффективным.
Традиционные способы исследования погрешностей профиля резьбы (графо — аналитический и аналитический) неполноценно описывают кинематику формообразования из-за двумерного представления процесса. Предлагается рассмотреть процесс в трехмерном формате (ЗБ). Этапы имитационного моделирования представлены на рис. 2.
Рис. 2. Алгоритм выбора схемы обработки
При реализации предложенного алгоритма была применена методика имитационного 3D моделирования процесса фрезоточения резьбы при параллельных осях заготовки и фрезы. В соответствии с рис. 2, моделируются в пространстве эталонная резьбовая поверхность и поверхность, полученная фрезоточением при заданных параметрах.
Затем эти две поверхности сопоставляются и по расстояниям между ними судят о величине погрешностей.
Для случая нарезания наружной резьбы по схеме внешнего касания (схема процесса 1.1, рис. 3) получим уравнение координат точки ^при произвольном угле Дф:
=(R +R-h)cosAy-R, yBl = (RU + R3 -h)sinAcp;
где Rti — радиус фрезы, R3 — радиус заготовки, h — высота профиля резьбы.
Для случая охватывающего фрезоточения наружной резьбы (схема 2.2) уравнение координат точки Вг при произвольном угле Дер примет вид ХВХ -cos(2Acp)-(i??/ -R3 + /?)• cos Дер;
УВх~ ' sin(2Acp) - (Ru -R3 +h)- sin Дф.
60
Рис. 3. Схема расчета координат траектории зуба фрезы при фрезоточении наружной резьбы при внешнем касании фрезы и заготовки (схема процесса 1.1)
Для случая фрезоточения внутренней резьбы (схема 2.3) уравнение координат точки Вх при произвольном угле Дер примет вид xBl = Rl{ • cos(2Acp) + (R3 - Ru + h) • cos Аф;
УBx ~ Ru ' ^т(2Аф) + (R3 - Ru + h) • sin Аф.
По последним уравнениям рассчитаны значения углов контакта зуба фрезы с заготовкой ц/ для наружной резьбы при разных схемах фрезоточения (рис. 4).
Рис. 4. Влияние радиуса фрезы на угол контакта при обработке
наружной резьбы
Имитационное 3D моделирование процесса фрезоточения позволило объективно описать процесс сортировки нити и формирование ошибок в ее профиль, которые могут быть оценены качественно и определено количественно. Показано, что профиль впадины резьбы (даже если четырех-зубой фрезе) может быть образован тремя резами, а не только 1.. .2, так как у Воронова В. Н.
Для количественной оценки величины погрешностей выведена формула для расчета диаметральной компенсации погрешностей в виде недорезов или зарезов профиля, полученных в ходе моделирования и измеренных по нормали к номинальному профилю резьбы.
Эти погрешности пересчитываются на средний диаметр по зависимости
/,,роф = А зар/sin §, где fпроф — диаметральная компенсация погрешности профиля в виде зарезов или недорезов, измеренной по нормали к её профилю; А зар — величина зареза, a — угол профиля резьбы, для трубной резьбы a = 55o .
На рис. 5 представлена 3D модель детали, полученная в результате имитационного моделирования процесса фрезоточения.
Рис. 5. 3Б модель детали
На рисунке видно, что винтовая поверхность резьбы получена как огибающая множества следов от прохождения зубьев фрезы в теле заготовки. Одна из главных задач имитационного моделирования - получить оценку значений геометрических погрешностей обработки резьбы, что было получено вычитанием из 3Б модели теоретической винтовой поверхности 3Б модели поверхности, построенной с учетом выбранной схемой фре-зоточения.
На рис. 6 представлен результат моделирования подрезов профиля резьбы.
Рис. 6. 3Б модель подрезов профиля резьбы
Для численной оценки погрешностей обработки используются сечения результата моделирования. На рис. 7 показан пример сечения резьбы, полученной по схеме 1.1 при радиусе фрезы - ^=50 и количестве зубьев в ней - г=32.
Если максимальное заглубление меньше полной глубины профиля, то оно характеризует недорез по вершине (в нашем случае 0,07 мм), то менее заглубленный зуб фрезы дает выступ на боковом (рабочем) участке профиля резьбы высотой 0,18мм при недорезе по профилю 0,03 мм.
Рис. 7. Типовой частный случай сечения профиля резьбы, полученного
имитационным моделированием
На рис. 8 представлена зависимость огранки по дну впадины резьбы от радиуса фрезы и количества зубьев.
Из трехмерного графика на рис. 8 видно, что увеличение количества зубьев во фрезе до 32 практически сводит огранку к нулю. Увеличение радиуса фрезы от 20 до 50 мм увеличивает огранку при количестве зубьев во фрезе 32 до 0,03 мм.
5
огр
О, О, О, О,
50
К мм
г=32
Рис. 8. Зависимость огранки по дну впадины резьбы от радиуса фрезы
и количества зубьев
В то же время при уменьшении количества зубьев во фрезе до 8 огранка может вырасти до 0,9 мм, что превышает все допустимые пределы. Таким образом, имитационное моделирование позволяет объективно оценить существующую картину процесса фрезоточения резьбы в кинематике.
1. Скухторов С.И., Хлунов В.Н. Фрезерование резьбы по методу обката // Машиностроитель. 1941. № 2. С. 6-9.
2. Грановский Г. И. Кинематика резания. М.: Машгиз, 1948. 323 с.
3. Загурский В. И. Прогрессивные способы нарезки резьбы. Свердловск: Машгиз, 1960. 216 с.
4. Этин А. О. Сравнительная эффективность различных методов нарезания резьбы // Резьбообразующий инструмент. М.: ЭНИМС, 1968. 51 с.
5. Лоцманенко В. В. Нарезание резьбы червячной фрезой при попутном фрезеровании и радиальной подаче фрезы / Отчет по научн. ис-след. работе. 49-69. Владивосток, Дальневосточн. политех. инст. им. В. В. Куйбышева, 1971. 57 с.
6. Солянкин Д.Ю., Ямников А.С. Относительная производительность фрезоточения резьб // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». 2010. № 6 (284). С. 109-114.
7. Воронов В.Н. Изготовление резьб винтовым инструментом // Станки и инструмент. 1991. № 10. С. 14-16.
8. Воронов В.Н., Серова Е.В. Формообразований резьбы винтовым инструментом с радиальной подачей // Технология механической обработки и сборки: Тула: ТулГТУ, 1993. С. 87-95.
Список литературы
9. Ямников А.С., Воронов В.Н. Фрезоточение резьбы методом обката // Проблемы резания материалов в современных технологических процессах: тез. докл. междунар. семинара, часть II. Харьков, 1991. С. 25 -29.
10. Солянкин Д. Ю., Ямников А. С., Ямникова О. А. Методика определения параметров срезаемых слоев и огранки при фрезоточении резьб // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 272 - 278.
11. Солянкин Д. Ю., Ямников А. С., Ямникова О. А. Фрезоточение резьб. Обоснование технологии и конструкций инструмента: монография, Изд-во Ламберт, ФРГ. 2012. 176 с.
12. Лашнев С. И., Серова Е. В. Расчет параметров производящей поверхности фрезы — протяжки для обработки круглых резьб // Автоматизированные станочные системы и роботизация производства: сб. науч. тр. Тула: ТулГТУ, 1993. С. 87-92.
Ямникова Ольга Александровна, д-р техн. наук, проф., yamnikovaoa@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чечуга Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доц., sourie I@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINATION SIMULATION MODELING OF THE TRIMMING THREAD WHEN
MESOTOCIN
O.A Yamnikova., O.V. Czeczuga
The reasons for the formation of organic errors of farmoor reference thread when mesotocin. Presented analytical dependences, OPIE-Sabaudia the trajectory of relative motion of tool and workpiece. Using the developed method of simulation of the obtained numerical initial values of undercut scores and adercut threads depending on the number of re-free teeth and radius cutters.
Key words: carving, mesotocin, imitating modeling, organic errors.
Yamnikova Olga Aleksandrovna, doctor of technical science, professor, yamniko-vaoa@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chechuga Olga Vladimirovna, candidate of technical science, docent, souie I a,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
