CC BY
19
А.И.Промптов, Т.В.Зарак
Автоматизация проектировании режущей части круглых протяжек е винтовые зубом
Расчет большинства режущих инструментов является многовариантной задачей. Оптимальную конструкцию устанавливают по ряду критериев, учитывающих требования по точности и качеству получаемой поверхности, эксплуатационный режим, технико-экономические показатели технологического процесса. Необходимо создание такого сочетания параметров конструкции и условий обработки, которое не противоречит установленным для них ограничениям и обеспечивает минимальные производственные затраты. В связи с большим числом входных данных и величин, подлежащих определению, при частичном отсутствии прямых функциональных связей между ними решение, удовлетворяющее максимальному числу выбранных критериев, можно найти только путем перебора вариантов. Осуществить такой поиск оперативно и с достаточной полнотой реально возможно только с привлечением системы автоматизированного проектирования режущего инструмента (САПР РИ).
Известен опыт создания САПР внутренних протяжек с кольцевыми зубьями [1, 2], С его использованием и с привлечением общих рекомендаций по расчету и конструированию протяжек [3] была разработана система автоматизированного проектирования винтовых протяжек для цилиндрических отверстий. Предлагаемый алгоритм учитывает существенные отличия в работе винтового зуба в сопоставлении с кольцевым, что нашло отражение в примененных расчетных формулах.
Структуру проектирования круглых винтовых протяжек можно представить в форме, показанной на рис.1. Она исходит из того, что в дополнение к характеристике протягиваемого отверстия задано и протяжное оборудование (станок или ручной протяжной пистолет). Этапы проектирования представлены в виде блоков, связи между которыми отражают последовательность осуществления расчетов.
Началом проектирования, как это присуще САПР РИ в целом, служит выбор материала для создаваемого инструмента, так как он однозначно определяется деталью и с другими параметрами инструмента имеет однонаправленную связь. Блоки проектирования хвостовика, передней направляющей и калибрующей части имеют один уровень, между собой не связаны и последовательность их расположения в расчетном алгоритме может быть любой. Определение параметров шейки и переходного конуса требует наличия информации о протяжном оборудовании, хвостовике и
передней направляющей, что и устанавливает положение соответствующего блока,
Блок расчета режущей части является ключевым. Исходными для него служат данные о протягиваемом отверстии в их основном объеме, о материале заготовки, о силе протягивания, допускаемой хвостовиком, и о диаметре калибрующей части. Определению подлежат толщина среза, шаг зубьев, угол их наклона, размеры зуба и стружечной канавки в продольном и нормальном сечениях.
В основу построения алгоритма расчета положена иерархическая подчиненность. Выбор или расчет параметров, определяющих конструкцию протяжки, расположен в порядке нарастания функциональных связей при их разделении на основные и дополнительные. Эмпирические соотношения и справочные таблицы сведены до минимума, обусловленного границами применения протяжек с винтовым зубом. Некоторые предписания пришлось давать в форме «от» и «до», что предполагает вариантное решение задачи.
В качестве исходной примем формулу, описывающую связь между глубиной стружечной канавки, подъемом на зуб и числом заходов зубьев для винтовых протяжек [4]:
где И - глубина стружечной канавки; К - коэффициент её заполнения; /0 - длина протягиваемого отверстия; - подъем на зуб; п - число заходов зубьев протяжки,
.Алгоритм работы блока предусматривает следующую последовательность действий:
1. Задать марку и твердость материала заготовки; точность и шероховатость отверстия согласно чертежу на деталь, По этим данным выбрать группу обрабатываемости материала заготовки и группу качества обработанной поверхности [5].
2. Задать диаметр предварительно обработанного отверстия ¿/0, диаметр готового отверстия (1 и
длину заготовки /0,
3. Выбрать материал режущей части протяжки в зависимости от группы обрабатываемости и типа производства [5].
4. Определить число заходов протяжки п в зависимости от её диаметра [4].
Рис.1. Укрупненная схема проектирования протяжки с винтовым зубом при заданном протяжном оборудовании
5, Установить предварительно угол наклона зубьев со исходя из назначения инструмента [4].
6, Определить расчетный средний диаметр режущей части
с!ср = 0,5(£/0+Й?).
7, Определить осевой шаг зубьев
Л(1„
Ра
ср
П
8, Принять значение шага по нормальному ряду. Для двузаходных протяжек проверить выполнение условия устойчивого положения протяжки в отверстии (рис. 2.)
К
Если р0 > —, уменьшить осевой шаг.
9. С учетом принятого осевого шага уточнить значение угла наклона зубьев:
со = агс^
пй
ср
РоП
10. Вычислить суммарную ширину среза [3]:
/
яс1Л
ср
РоП
11. Из условия «технологической жесткости» определить глубину стружечной канавки
К =(0,15... 0,20)4,.
12. Установить значение коэффициента заполнения стружечной канавки К [6].
13. С помощью формулы (1) вычислить подъем на
зуб.
14. Выполнить расчет режущей части протяжки на прочность, для чего:
14.1. Определить силу протягивания
Р2 -10 -п-(1-км'К0-кк'КРр>
где - осевая сила резания, приходящаяся на 1мм длины режущей кромки [5], к , ка, к - поправоч-
ные коэффициенты, учитывающие физико-механические свойства обрабатываемого материала, вид применяемой смазочно-охлаждающей среды, группу качества получаемой поверхности [5], кр - поправочный коэффициент, учитывающий угол подъема винтовой канавки:
__\_
Крр ~ (0,28 + 0,72соб2^)^' где р - угол подъема винтовой канавки.
14.2, Определить крутящий момент Мк=д0-10-п-(1-км • к0 • кк • кРм ,
где Кр - поправочный коэффициент, учитывающий
влияние угла подъема зуба на крутящий момент: 0,14 со5 р
~ 0,28 + 0,72соэ2 р
14.3. Установить площадь опасного сечения протяжки как меньшую из площадей опасного сечения хвостовика (из блока расчета хвостовика) Ехв и технологической канавки между передней направляющей и режущей частью :
{кйх - 2Н)1 —;—■
где с11 - диаметр первого зуба.
14.4. Вычислить нормальные растягивающие напряжения
к
14.5, Вычислить касательные напряжения
М,
=
где - момент сопротивления опасного сечения. 14,6. Определить приведенные напряжения
= + 4Т2
Рис. 2. Схема к определению устойчивого положения протяжки в отверстии
Механика и машиностроение
14.7. Проверить выполнение условия апр < [сг],
где [ст] - допускаемые напряжения [5].
Если условие не выполняется уменьшить подъем на зуб, скорректировать глубину стружечной канавки и повторить расчет на прочность.
15. Вычислить полный припуск
Л - с! ~ с10.
16. Вычислить длину режущей части
/ =АРо Р 2З2 '
17. Вычислить угол наклона режущей части
Л
Я - агс1%——> 11 р
18. Проверить выполнение условия Я <15'. При его невыполнении увеличить / .
19. Определить форму и размеры стружечной канавки зуба:
£ = (0,1...0,2)ро, г = 0,5/г,
где g - ширина задней поверхности зуба, г - радиус закругления дна канавки.
20. Выбрать углы передний у и задний а в зависимости от обрабатываемого материала [3],
21. Определить число стружкоделительных канавок с округлением до ближайшего целого четного числа
Пк 2 + 0,9^
и угол между стружкоделительными канавками
360° V* =-■
Представленный алгоритм расчета режущей части протяжки с винтовыми зубьями предусматривает реализацию в диалоговом режиме следующих этапов проектирования: ввод исходной информации об отверстии и используемом оборудовании, выбор материала инструмента, контроль получаемого профиля зубьев. Базы данных участвуют в решении задач определения материала и геометрических параметров инструмента, выбора коэффициента заполнения стружечной канавки, расчета протяжки на прочность.
Выполненная разработка, формируя системный подход к проектированию протяжек с винтовым зубом, значительно упрощает труд конструктора-инструментальщика, позволяет избежать принципиальных ошибок. Вместе с тем она имеет и перспективы развития в направлениях дальнейшей формализации процесса проектирования, сокращения мест взаимодействия компьютера и человека.
Библиографический список
1, Максимов М.А., Кудинов Е.И., Назарков В,А. Проектирование круглых протяжек, - Горький: Горьковский политехнический институт, 1974, - 103 с.
2, Лукина С.В„ Седов Б.Е., Гречишников В.А, Повышение эффективности протяжного инструмента на основе математического моделирования II Вестник машиностроения. - 1997. - №2. - С, 23-26,
3, Щеголев A.B. Конструирование протяжек. - М.-Л: Маш-гиз, 1960, - 352 с.
4, Промптов А.И., Зарак Т.В, Определение параметров зуба круглой винтовой протяжки II Вестник ИрГТУ. - 2003. -№1 (13). - С. 16-18,
5, Протяжки для обработки отверстий / Д.К.Маргулис, М,М.Тверской, В.Н, Ашихмин и др. - М,: Машиностроение, 1986. - 232 с.
6, Драчук A.B. Протягивание винтовых шлицев. - М,: Машиностроение, 1972, - 88 с.
22. Выдача результатов.
О.П.Лившиц
Оптимизационная модель концевого фрезерования
Фрезерование является одним из самых распространенных методов обработки деталей машин как на предварительных, так и на окончательных операциях. В ряде отраслей машиностроения (например, в самолетостроении) на фрезерных станках с ЧГЗУ основной объем работы выполняют концевые фрезы. Это налагает особую ответственность при назначении для них режимов резания.
При проектировании операций режимные параметры устанавливают преимущественно с помощью
нормативных или опытных данных, что приводит к неоднозначности технологических решений. Анализ справочных материалов по концевому фрезерованию показал, что приводимые в разных источниках расчетные формулы или числовые значения в табличной форме дают существенное расхождение по предлагаемому уровню режимов резания. Так, например, для одних и тех же условий скорость резания и минутная подача могут отличаться в 1.5 ... 2 раза [1, 2, 3].
