CC BY
15
УДК 621.883.382; 681.3.068
ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕЗЦА НА ТОЧНОСТЬ ПРОФИЛЯ ЧЕРВЯКА
Е.Ю. Кузнецов, А.С. Ямников
Рассмотрено влияние отклонения расположения передней поверхности резца на точность профиля нарезаемой винтовой поверхности. Показан принцип назначения технологически обоснованных допусков на применяемый профильный режущий инструмент.
Ключевые слова: профильный резец; нарезание червяков; отклонение профиля
червяка.
На кафедре технологии машиностроения Тульского государственного университета на протяжении многих лет ведутся работы по совершенствованию технологии обработки винтовых поверхностей и резьб [1 - 6]. В ряде работ рассматриваются вопросы автоматизации процесса путем применения станков с ЧПУ [7 - 12], а также повышения производительности и ресурса инструментальной наладки [13 - 15]. Некоторые работы специально посвящены проблемам обеспечения точности обрабатываемых резьб [16 - 18].
Отмечено, что среди прочих факторов на точность профиля витка червяка оказывает влияние отклонение расположения передней поверхности резца от номинального. По известным причинам в станках с ЧПУ используются державки с механическим креплением режущей сменной многогранной пластины (СМП), а система крепления резца в резцовой головке с помощью клина практически полностью исключает применение резцов с переточенной режущей частью при сохранении сечения державки, заявленного в инструкции к станку. То есть расположение передней поверхности резца в выбранной плоскости червяка обеспечивается за счет полной взаимозаменяемости инструмента и определяется точностью изготовления режущего инструмента, подкладной и режущей пластин, а также точностью изготовления и установки резцовой головки.
Рассмотрим влияние отклонения высоты головки резца на точность получаемого профиля. Для этого решим обратную задачу профилирования и найдем профиль впадины архимедова червяка, изображенного на рис. 1, при известном профиле резца.
На рис. 2 показана расчетная схема для определения размеров впадины архимедова червяка нарезанного резцом, передняя поверхность которого смещена в радиальном направлении на величину эксцентриситета e от номинального расположения в осевой плоскости червяка.
Рис. 1. Чертеж червяка
В данном случае высота нарезанного витка червяка будет равна И\ вместо номинальной высоты И . Величина Ие может быть найдена через треугольник п0 п0 по формуле
И
2 \
е2 +
а
\2
а1
2
И
где аа1 - средний диаметр вершин витков червяка, мм.
Вследствие того, что боковая поверхность червяка представляет сор
бой винтовую поверхность с винтовым параметром —, где Р2 - ход витка
2 р
червяка, точки те и Iе впадины червяка, спрофилированные точками т и
г режущих кромок резца, будут сдвинуты в направлении параллельном оси червяка на расстояние пропорциональное углу поворота е. В результате этого профиль нарезанный впадины становится несимметричным и углы
профиля червяка аеХ1 и аех2 - не равными углу наклона боковых режущих
кромок резца ах.
Расчет углов профиля червяка аХ1 и аХ2 может быть произведен аналогично расчету углов наклона боковых сторон теоретического профиля передней поверхности резца при отрицательном переднем угле у, приведенному в работе [19].
Рис. 2. Схема, поясняющая коррекционный расчет профиля впадины вырезаемой резцом, передняя поверхность которого смещена
в радиальном направлении
Применительно к рассматриваемому случаю зависимость будет иметь вид
¿1е х ± ^
х12 =-—,
где И(е3е - активная высота режущей части резца, мм.
67
ge
-t.
В свою очередь, угол e определяется из выражения e =
Зная углы aexi и aex2 вырезаемой впадины и номинальное значение высоты головки витка hal, нетрудно найти величину расчетной толщины витка нарезанного червяка Sf по зависимости
Sf = q + (hf - ha1 ){tgaexl + tgaexi),
где q - ширина вершины резца, мм
Представив соответствующие зависимости в виде графиков на рис. 3, можно сделать вывод, что, если передняя поверхность режущей пластины расположена ниже осевой плоскости червяка на e = 0,54 мм, что соответствует полю допуска h14 на высоту головки резца, то отклонение расчетной толщины витка для червяка на рис. 1 составит 0,01095 мм, что составляет 11,5 % допуска на соответствующую величину червяка, при этом отклонение высоты витка червяка будет равно 0,01655 мм. В случае, если отклонение высоты головки резца не превышает e = 0,21 мм (h12), то отклонение расчетной толщины витка будет меньше 1,8 % от допуска на толщину витка червяка. В случае, если смещение передней поверхности режущей пластины будет осуществляться вверх от осевой плоскости червяка, то в приведенных расчетных формулах необходимо сменить знак пе-
Pz
ред винтовым параметром —^ на противоположный.
2р
Описанные отклонения будут иметь место в том случае, если резец, установленный на станок, был привязан при настройке с помощью датчика (англ. tool setter) и без каких-либо дополнительных корректировок используется при дальнейшей работе.
Разумеется, реальное положение вещей будет иным. При настройке станка, а также при оперативном контроле размеров изготавливаемого червяка наладчиком или оператором вносятся изменения в корректор станка, отвечающий за вылет профильного резца, опираясь на данные о величине контролируемых параметров червяка.
При способе контроля, описанном в работе [20], вылет резца будет настроен с учетом годности червяка по шаблону, то есть таким образом,
чтобы на диаметре й!реа11, отстоящем от реального диаметра цилиндра
вершин червяка на величину ha1 (в номинальном случае на диаметре делительной окружности d1), контролируемая ширина впадины соответствовала расчетной [20].
0,012
0,008
"О
0,004 0,002 0
2,205 2,2 2,195 2,19 2,185 2,18
0,1
0,1
0,2
0,3 е, мм
а
0,2
0,3 е, мм
б
0,4
0,4
0,5
0,6
0,5
0,6
Рис. 3. График зависимости смещения передней поверхности резца в радиальном направлении от отклонения расчетной: а - толщины витка нарезанного червяка; б - высоты витка нарезанного червяка
При подобной корректировке высота нарезанного витка червяка будет стремиться к своему номинальному значению ® ^ , отклонение
расчетной толщины витка нарезанного червяка А^по сравнению с ранее рассмотренным случаем будет уменьшаться, отклонения углов профиля Аа^ и Аа'Х 2, наоборот, увеличиваться. При граничном значении, когда
69
0
0
0
= И1 , отклонение расчетной толщины витка в зависимости от смещения
передней поверхности резца в радиальном направлении будет иметь вид, показанный пунктиром на рис. 4.
-а
0
-0,0002 -0,0004 -0,0006 -0,0008 -0,001 -0,0012
0 0 1 > ^^ 0 3 0 ,4 0 5 0,
е, мм
Рис. 4. График зависимости отклонения расчетной толщины витка нарезанного червяка от смещения передней поверхности резца
в радиальном направлении
Таким образом, отклонение расположения передней поверхности режущей пластины от осевой плоскости червяка на е = 0,21 мм (И12) при нарезании червяка с модулем т = 1 мм приведет к отклонению расчетной
толщины витка нарезанного червяка на - величину Д^ = 0,011 мм, расчетных делительных углов профиля на - величины ДОх1 = 1°51'34" и
Даех2 = 1°54'47", расчетной высоты витка на величину 0,01655 мм от соответствующих номинальных величин.
Учитывая заявленный допуск на толщину витка рассматриваемого червяка, а также тот факт, что высота измерительной части шаблона не превышает активную высоту профиля витка червяка, то есть не учитывает величину радиального зазора у поверхности впадин червяка, в обоих рассмотренных случаях рассматриваемый червяк будет годным.
Из вышесказанного следует, что для минимизации отклонения профиля витка червяка от номинального необходимо назначать рационально жесткий допуск на высоту головки резца, опираясь при этом на точность нарезаемого червяка. Для рассмотренного примера технологически обоснованным будет являться допуск не грубее 1Т11.
70
Список литературы
1. Ямников А. С. Многорезцовые резьбонарезные головки с твердосплавными режущими элементами // Электротехн. промышленность. Сер. Технология электротехн. производства. 1976, Вып. 11 (90). С. 3.
2. Ямников А. С. Основы разработки высокопроизводительных процессов резьботочения // Прогрессивная технология формообразования и контроля резьб. Тула: ТПИ, 1980. С. 22-25.
3. А.С. № 931296 СССР. Способ нарезания резьбы резцами /
A.С. Ямников. Опубл. в БИ № 20. 1982.
4. Прогрессивная технология обработки винтовых поверхностей и резьб: монография / А.С. Ямников [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008, 233с.
5. Кузнецов Е. Ю., Ямников А. С. Прогрессивная технология нарезания витков червяков: монография. 2012. 187 с.
6. Волков Д.П., Маликов А.А., Ямников А.С. Формообразование многозаходных винтовых выступов на прессовой оправке: монография. Тула. Изд-во ТулГУ, 2016. 141 с.
7. А.с. № 1563872 СССР. Способ нарезания резьбы / А.С. Ямников,
B.М. Красильников, С.Г. Гамов, В.М. Макарченков. БИ № 18. 1990. 16 с.
8. Кузнецов Е. Ю. Особенности автоматизации нарезания витков многозаходных червяков за счет использования токарных станков с ЧПУ // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. 2009. Ч. 2.
C. 63-66.
9. Кузнецов Е. Ю. Особенности двухрезцового способа обработки винтовых поверхностей на станках с ЧПУ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 8. Ч. 1 С. 202 - 207.
10. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение ресурса инструмента при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // СТИН, 2015, №6. С. 17-21.
11. А.8. Yamnikov, A. O. Chuprikov and A. I. Khar'kov. Extending Tool Life in Buttress-Thread Cutting on High-Strength Blanks, Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35. No. 12. Р. 953 - 956.
12. Чуприков А.О., Ямников А.С. Нарезание наружной резьбы по комбинированной схеме // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 9. Ч. 2. 291 с. С. 200 - 204.
13. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение производительности точения резьбы резцами с керамическими пластинками // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Машиностроение. 2014. Т. 14. № 4. С. 37 - 45.
14. Ямников А.С., Харьков А.И., Чуприков А.О. Физикотехнологи-ческие основы повышения прочности керамических СМП при нарезании резьб на закаленных заготовках // Перспективные направления развития финишных методов обработки деталей; виброволновые технологии: сбор-
ник трудов по материалам международного научного симпозиума технологов-машиностроителей (Ростов-на-Дону, 14 - 17 сентября 2016 г.). Ростов н/Д: ДГТУ, 2016. С. 109 - 111.
15. Чуприков А.О., Ямников А.С. Определение напряжений в резь-борежущей пластине численным моделированием в среде Solidworks // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 8. Ч. 1. С. 180 - 186.
16. Ямников А.С., Федин Е.И., Попов М.А. Управление точностью при многопроходном резьбонарезании // СТИН. 1999. №10. С.11 - 12.
17. Ямников А.С., Иванов В.В., Чуприков А.О. Снижение систематических погрешностей при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов» // Справочник. Инженерный журнал. № 9. 2013. С. 31-36.
18. Чуприков А.О., Иванов В.В., Ямников А.С. Обеспечение точности изготовления резьбовых полузамков на тонкостенных сварных корпусах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 137 с.
19. Бобров В. Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. М.: Машиностроение, 1982.104 с.
20. Кузнецов Е. Ю., Ямников А. С. Измерение толщины витков червяков предельными листовыми калибрами // Известия ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. 2009. Вып. 2. Ч. 2. С. 17-21.
Кузнецов Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, доц., ke_tsu@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., yamnikovas@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE INFLUENCE OF CUTTER FRONT SURFACE LOCATION TO THE WORM THREAD PROFILE ACCURACY
E.U. Kuznetsov, A.S. Yamnikov
The problems with worm thread profile accuracy by reason cutter front surface location are shown.
Key words: worm thread cutter, worm thread profile accuracy.
Kuznetsov Evgeny Urevich, candidate of technical sciences, docent, ke tsu a mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yamnikov Aleksander Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, yamniko-vas@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
