ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СБОРНЫХ СВЕРЛ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИНСТРУМЕНТЫ

УДК 621.9

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СБОРНЫХ СВЕРЛ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ

А.А. БАКАНОВ, ассист. канд. техн. наук.,

ТПУ, г. Томск

Разработанный автором подход по анализу геометрии сборных сверл позволяет целенаправленно совершенствовать их конструкции.

An approach to geometry analysis of assembled drilling tools developed by the author allows us to purposefully improve their design.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СБОРНЫЕ СВЕРЛА, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, МЕТОДИКА РАСЧЕТА.

Высокая эффективность применения сборных резцов и фрез с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) из твердого сплава обусловила появление в последние годы разнообразных концевых лезвийных инструментов (фрез, сверл, зенкеров, расточных блоков и т.п.), оснащенных данным типом режущих элементов. Результаты использования такого инструмента при обработке сталей повышенной твердости (в частности, при сверлении объемно-закаленных рельсов) показали его низкую работоспособность.

При проектировании этих инструментов необходимо учитывать специфическое свойство их конструкции, заключающееся в том, что получаемые геометрические параметры для каждой точки режущей кромки определяются способом ориентации СМП заданной формы в корпусе. Дополнительная трудность анализа геометрии связана с тем, что чем ближе рассматриваемая точка режущей кромки к оси инструмента, тем больше изменится положение статической основной плоскости Рус и соответственно статической плоскости резания Рпс [1].

Статические геометрические параметры в произвольной точке лезвия сборных сверл определяются по

известной форме СМП с учетом ее ориентации в корпусе. За начало отсчета принимается вершина О (рис.1,а), в которой скорость резания максимальна. Станочные оси координат хуг имеют следующие направления относительно инструмента: Ох - вдоль оси сверла; О - по радиусу; О., - касательно к диаметру. Ориентация СМП в корпусе задана двумя углами: осевым ух и радиальным у , положительные значения которых также показаны на рис.1,а. В отличие от ух, имеющего одинаковые значение для всех точек главной режущей кромки, величина уу зависит от радиуса точки А.

Инструментальная система координат хиуиги с центром в точке О жестко связана с СМП, причем ее плоскость хиОуи всегда параллельна опорной поверхности гнезда корпуса под режущую пластину [1]. На рабочих чертежах концевых инструментов часто угол уу задается расстоянием С от вершины СМП до диаметральной плоскости, параллельной обеим пластинам (рис. 1,а). Тогда в точке О имеет место формула

■ О С

smУy=-Б-,

"и

где Яи - радиус инструмента.

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ИНСТРУМЕНТЫ

ас,'

Х7

\ Ч.

V

о : 0 0 0 ^ ч 1 Я ■ 10 1 Я-,.. 1

ас.

N

Л У / /

/' *

о У : 0 * 0 ( 0 0 I Ю 1 !0 1 Ю 1 ¡0 \ 1

— ун»1 —у*=5» —>=№ ——

фи,'

- Уу=0°----Уу=5°--7у=]0°---Уу=-5°--У)'-Ю"

фи,'

а б

Рис.2. Изменение статического заднего угла в зависимости от инструментального угла в плане, аиА = 7°: а - ууА = 10°; б - ух = 10°

ус,1

20" о - — —

—<* ** У*? у у

/ У / /

/ У / г

0__^ 0 1 Ю ,.-'1' 10 V / ¡0 1 » 1

/ ■г

-У *

фи,'

-5 "10 "15

"20

N

\ .. \ 4 / / Г *

\ \ \ * У / /

\\ ч / у

о"'--: Ч V,. Х< 0 1 » ; 6 1 У А 50 1

\ ' \у

--------- ! ч Тй У У

фи,с

а б

Рис.3. Изменение статического переднего угла в зависимости от инструментального угла в плане, уиА = 5°: а - ууА = 10°; б - ух = 10°

Возьмем на рабочем участке режущей кромки СМП произвольную точку А (рис.1,б). Параллельный перенос станочной системы координат из точки О в точку А дает статическую систему координат [1]. Положение статической основной плоскости в этой точке РА^/С изменится по сравнению с точкой О, и фронтальный угол ориентации СМП для нее определится из соотношения.

■ А "и ■ О 51Пу?=-^31Пу£,

НА

где ЯА - величина радиуса точки А.

Статические геометрические параметры для точки А режущей кромки определяются из соотношений, выведенных на основе векторной алгебры:

А = эту* ^'"Уу +*9Фи совуу ; ° сову* '

вт Хс = втфи • втуу - совфи • эту* • сову у

Б1пус = -СОЗУи(СОЗфи втуу Н-втфи Этух С08Уу)+

+п Уи [э1п Ух • сов ух • ап у у (в! п ф„ • сов - сов2 ) -- сов Ух ' сов Уу (в1п Фи • сов Фи + сов2 ф^)], эта;? =соваи(з1пфи ^¡пух созуу+ +СОвфи ■ вшуу) + вШОС^ ■ совух ■ СОБУу ,

А

где фс - статический угол в плане для точки А;

ХсА - статический угол наклона режущей кромки в точке А;

А ~ л

ус - статический передний угол в точке А;

сА

ас - статический задний угол в точке А; ух - фронтальный угол ориентации СМП в корпусе сверла;

Фи - инструментальный угол в плане для точки А.

А

уи -передний угол на пластине в точке А; аи -задний угол на пластине в точке А. Зависимости изменения статического заднего и статического переднего углов сборных сверл с СМП от углов ориентации пластины в корпусе представлены соответ-

ИНСТРУМЕНТЫ

ственно на рис. 2, 3. Они позволяют определять статические геометрические параметры во всем диапазоне изменения инструментального угла в плане на сборных сверлах. Наиболее актуальной задачей является определение значений углов ориентации СМП в корпусе, при которых задний угол становится равным нулю или отрицательным.

Наряду со статическими геометрическими параметрами также необходимо учитывать кинематику процесса сверления. В работе [2] автором установлено, что наибольшее влияние на геометрические параметры кинематическая составляющая оказывает в области, близкой к оси инструмента. Это влияние тем больше, чем меньше величина с (рис.1,а).

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Таким образом, представленный в данной работе подход позволяет проводить геометрический анализ существующих сборных сверл с СМП и на его основе осуществлять целенаправленное совершенствование их конструкций.

Список литературы

1. Петрушин С.И. Основы формообразования резанием лезвийными инструментами: учеб. пособие. - Томск: Из-во НТЛ, 2004. - 204 с.

2. БакановА.А. Влияние кинематики процесса сверления на значения рабочих углов сверл с СМП // Современные наукоемкие технологии. - 2006. - №6. - С. 60.

УДК 621.9

ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ СБОРНЫХ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ

С.И. ПЕТРУШИН, профессор, доктор техн. наук,

А.В. Махов, аспирант, ТПУ, г. Томск

Разработана методика геометрического анализа сборных концевых фрез. A procedure of geometry analysis of assembled end milling cutters has been developed. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: КОНЦЕВЫЕ ФРЕЗЫ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, МЕТОДИКА РАСЧЕТА.

Все существующее многообразие конструкций концевых фрез с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) с точки зрения определения их геометрических параметров можно свести к двум группам расчетов: расчет геометрии на торцевой части фрезы и расчет геометрии на цилиндрической части фрезы.

На рис. 1,а показана СМП концевой фрезы в инструментальной системе координат (ИСК). За начало отсчета принята точка О, находящаяся на наибольшем диаметре фрезы, хотя она может и не принадлежать к рабочему участку режущей кромки. Через точку А проводятся три координаты плоскости: инструментальная основная PVи, инструментальная резания Pти и инструментальная главная секущая Pпи.

В статической системе координат (ССК) (рис.1,б) через начало координат О проводится ось Охс, направленная параллельно оси вращения фрезы, ось Оус, задающая радиальное направление и ось Оzс, касательная к наружной окружности фрезы. В точке О СМП наклонена на осевой угол ух и радиальный угол у

Особенность расчета геометрических параметров вращающихся инструментов с СМП заключается в том, что в зависимости от положения текущей точки А относительно оси инструмента изменяется положение основной плоскости PVс (рис.1,б), которая согласно ГОСТ 25762-83 проходит через ось фрезы и точку А. Поэтому, если осевой угол у)( постоянен для всего лезвия, то радиальный уу необходимо рассчитывать в каждой точке. По теореме синусов из АОфОА

■ А ■ О ГФ sinyp =siriYy

ГА

(1)

где уу - радиальный угол в начале координат; Гф и га радиус фрезы и текущей точки А соответственно. В свою очередь,

ГА=^с+(Гф~Ус)2,

(2)

где ¿Ас и уАс - статические координаты точки А.

На основе векторной алгебры были получены следующие выражения для статических углов в текущей точке А торцевой части концевой фрезы с СМП: угол в плане -

tgcpc =

sincpjJ-cosYx+tQ^n -siriYx

sin9^-sinYx-sinYy+cos9M-cosYy-tgA,^-c°SY?-sinYy.

угол наклона кромки -

sinA,c =совЯи (совфи -siriYy -sin<p„ siny° cosYy) + +sinA,„ cosy® cos Уу-,

(3)

главный заднии угол -