Основные части инструментов принципы построения их конструкции реферат
Обновлено: 07.07.2024
Режущие инструменты применяют для образования требуемых формы и размеров поверхностей заготовок резанием, срезанием сравнительно тонких слоев материала (стружки). Несмотря на большое различие отдельных видов инструментов по назначению и конструкции, у них имеется много общего: условия работы, общие конструктивные элементы и способы их обоснования, принципы расчета. Основные определения и обозначения общих понятий по режущим инструментам и обработке резанием даны соответственно в ГОСТ 25751—83 и ГОСТ 25762—83.
Общей характеристикой всех видов режущего инструмента является наличие рабочей и хвостовой частей. Рабочая режущая часть имеет лезвие с геометрическими параметрами: задний угол a, передний угол g, главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j1, угол наклона кромки l, угол заострения b, радиус вершины rв.
Срезание стружки осуществляется лезвиями клинообразной формы, ограниченными передними и задними поверхностями.
Основную роль в процессе резания играет клин (угол заострения b) с режущими кромками, образованный передней поверхностью лезвия, по которой сходит стружка, и задней поверхностью лезвия, обращенной в процессе резания к обрабатываемой поверхности.
Единство геометрии режущего лезвия всех видов инструмента обусловлено в основном единством законов резания металлов.
У всех режущих инструментов имеются рабочая и крепежная части. Рабочая часть выполняет основное служебное назначение — резание, удаление излишнего слоя материала. Крепежная часть служит для установки, базирования и закрепления инструмента в рабочем положении на станке (технологическом оборудовании).
В рабочей части различают участок с режущими зубьями, предназначенный для снятия припуска, и участок с калибрующими зубьями, предназначенный для удаления оставшегося припуска после срезания его основной части режущими зубьями, и окончательного формирования обработанной поверхности заготовки; кроме них бывают участки с переходными и выглаживающими зубьями.
По числу лезвий (зубьев) могут быть инструменты одно- и многолезвийные (одно- и многозубые).
На зубьях, как однолезвийных, так и многолезвийных инструментов имеются главная и вспомогательная режущие кромки, их сопряжение образует вершину лезвия. Различают зубья черновые, переходные, чистовые и калибрующие в зависимости от сечения срезаемых слоев.
К основным конструктивным элементам лезвийного режущего инструмента относятся:
- зубья, несущие на себе элементы с режущими лезвиями;
- стружечные канавки, предназначенные для размещения и транспортирования стружки в процессе резания;
- каналы для подвода охлаждающей жидкости к режущим элементам или отвода вместе с охлаждающей жидкостью стружки из зоны резания;
- элементы крепления инструмента и элементы баз при изготовлении, контроле и переточках инструмента.
Каждый режущий инструмент независимо от вида и размера имеет почти все перечисленные геометрические параметры и конструктивные элементы.
При проектировании инструментов основными поверхностями формирования профиля являются плоскости, поверхности вращения и винтовые поверхности.
Плоскости предназначены для оформления стержневых резцов, зуборезных гребенок.
Поверхности вращения используются в трех основных видах:
- с образующей в виде прямой, параллельной оси вращения (развертки, цилиндрические фрезы);
- с образующей в виде прямой, наклоненной под некоторым углом к оси вращения (угловые фрезы, конические развертки, зенковки);
- с криволинейной образующей (фасонные резцы, фасонные фрезы).
Винтовые поверхности занимают одно из важных мест в конструировании режущего инструмента. Для многих видов инструмента (например, резьбонарезные инструменты, червячные зуборезные фрезы) винтовая поверхность является основной для образования профиля детали.
У концевых фрез и зенкеров расположение режущих зубьев по винтовой линии обеспечивает равномерное резание благодаря постепенному входу и выходу их в обрабатываемую поверхность, способствует лучшему отводу стружки из зоны резания. В некоторых случаях (например, у спиральных сверл) винтовая поверхность предназначена для получения более оптимального переднего угла и сохранения формы режущей части после переточек.
Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00
Цель конструирования инструмента заключается в выборе типа инструмента, определении всех его размеров путем расчетов и графических построений, в составлении рабочего чертежа и технических условий, по которым инструмент может быть изготовлен.
При этом задачи конструктора сводятся к следующему:
- произвести анализ сил резания, действующих на режущие элементы инструмента, определить оптимальную геометрию режущих зубьев, подобрать подходящий инструментальный материал, выбрать форму рабочей части, обеспечивающей свободное отделение стружки;
- выполнить необходимые расчеты профиля зубьев сложного инструмента;
- определить наиболее целесообразные габаритные размеры рабочей и присоединительной части инструмента;
- произвести расчеты кинематических параметров инструмента;
- рассчитать рабочую и присоединительную часть инструмента на прочность, жесткость, надежность;
- составить рабочий чертеж инструмента, технические условия на его изготовление, определить допуски на все размеры, обеспечивающие точность работы инструмента.
В большинстве случаев работа конструктора упрощается, если инструмент конструируют для определенных условий работы с точно заданными условиями резания и данными об обрабатываемой детали.
3.2. Рабочие и присоединительные части инструмента
Рекомендуемые материалы
ДМ1519 - Проектирование привода цепного транспортера с двухступенчатым цилиндрическим редуктором выполненным по развернутой схеме
Вариант 1635, привод ленточного транспортера с двухступенчатым цилиндрическим редуктором, по развернутой схеме
ДМ № ПСА 25 - Привод ленточного транспортера с червячным редуктором (нижее расположение червяка) и ременной передачей от электродвигателя к редуктору
Каждый из инструментов, независимо от вида и назначения, имеет общие части: рабочую и присоединительную.
Рабочая часть - непосредственно осуществляет снятие стружки и для этого снабжена одной или несколькими режущими кромками. У многих инструментов рабочую часть можно разделить на режущую, выполняющую основную работу по снятию стружки, и калибрующую, предназначенную для окончательного формирования размеров обрабатываемой поверхности и зачистки её для обеспечения соответствующей шероховатости.
Рабочая часть инструмента является основной его частью, поэтому определение её формы и размеров составляет основную задачу при расчете и конструировании инструментов.
Присоединительная часть - предназначена для передачи усилий, развиваемых станком, к рабочей части инструмента. С помощью этой части инструмент присоединяется - устанавливается и закрепляется к исполнительным органам станка (шпиндель, суппорт, резцедержатель и т.д.).
Конструкции, как рабочих частей, так и присоединительных весьма разнообразны. Целесообразно стремиться к сокращению этого разнообразия. Для этого осуществляется стандартизация инструментов, особенно важная для присоединительных частей, так как от их форм и размеров зависят формы и размеры гнезд в исполнительных органах станков. Поэтому при конструировании инструментов необходимо пользоваться существующими стандартами на различные виды инструментов.
3.3. Крепление инструментов на станках
Все виды соединения инструмента со станком можно разделить на три группы:
- жесткие соединения, передающие усилия шпонками, штифтами
или какими-либо выступами;
- фрикционные соединение, передающие усилия силами трения в местах стыка между соединительными частями инструмента и станка;
Важным условием при конструировании присоединительной части является легкая и быстрая установка инструмента на станке.
3.4. Простота и технологичность конструкций
Конструкция инструмента должна быть по возможности простой, лишенной каких-либо излишеств, не вызываемых крайней необходимостью.
Одновременно конструкция инструмента должна быть технологичной, то есть сравнительно простой в изготовлении; учитывающей возможности изготовления инструмента в конкретных условиях.
Важно учесть особенности материалов, из которых будет изготавливаться инструмент и методы их обработки, технологические и метрологические возможности оборудования.
В сборных инструментах необходимо предусмотреть особенности изготовления каждой детали.
Конструктор должен ясно представлять технологию изготовления данного инструмента, в том числе специфические особенности инструментального производства, так что при конструировании инструмента все эти вопросы решаются комплексно. Особо следует подчеркнуть важность их комплексного решения в условиях индивидуального производства в инструментальных цехах заводов.
3.5. Рабочий чертеж инструмента
После необходимых расчетов выполняется рабочий чертеж инструмента. Основные требования к чертежу регламентируются стандартами.
При вычерчивании инструмента существует ряд условностей, упрощающих графическую работу:
- не всегда изображаются стружечные канавки (метчики, развертки, фрезы);
- вычерчиваются обычно только 2-3 зуба у многозубых инструментов;
- винтовые линии на чертежах заменяют прямыми;
- профиль инструмента обычно вычерчивается отдельно в увеличенном масштабе;
- сечения для обозначения величины передних и задних углов выполняется частично.
На чертеже необходимо указать все размеры. Если это однотипные инструменты (комплект метчиков, нормали резцов и т.п.), на чертеже проставляются буквенные обозначения размеров, а числовые значения их даются в таблицах.
Обязательно должна быть указана шероховатость поверхностей инструмента, особенно важно указать ее на важнейших поверхностях; ими являются:
- режущие поверхности зуба;
- опорные, установочные и контрольные поверхности.
На рабочем чертеже должны быть указаны технические требования к данному инструменту:
- допуски на размеры, биение основных поверхностей;
- обозначение материала инструмента;
- твердость отдельных частей инструмента;
- описание маркировки, что маркируется и на каком месте инструмента.
Технические требования к инструментам содержатся в технических условиях, которые на большинство инструментов стандартизованы.
Можно сказать, что стандартизация инструментов занимает важное место и служит основой повышения качества инструмента и эффективности его использования.
Любой из режущих инструментов имеет рабочую (режущую) и крепежную части. В основе режущей части лежит клин, предназначенный для снятия стружки.
Крепежная часть, оформленная в виде корпуса или хвостовика, служит для установки, базирования и закрепления инструмента на станке.
Режущий клин ограничен двумя поверхностями: передней, по ко-торой сходит стружка, и задней, обращенной к поверхности резания, которая образуется после снятия стружки. Если эти поверхности пло-ские, их называют гранями. При пересечении они образуют режущую кромку (лезвие).
Различают главную и вспомогательную режущие кромки. Первая служит для срезания основной части припуска, а вторая – лишь частично участвует в этом процессе и служит для зачистки и окончательного формирования обработанной поверхности. У некоторых инструментов, например резьбонарезных, вспомогательные режущие кромки отсутствуют. Для обеспечения работоспособности многолезвийных инструментов пространство между зубьями должно быть достаточным по объему для свободного размещения снимаемой стружки. С этой же целью на передних поверхностях часто предусматривают углубления, уступы и другие элементы для завивания или дробления стружки. При большой ширине срезаемых слоев на режущих кромках делают канавки или выемки для деления стружки по ширине и рационального распределения нагрузки между зубьями.
У многих режущих инструментов (сверла, зенкеры, развертки, про-
тяжки и др.) рабочая часть делится на режущую и калибрующую.
Режущая часть служит для снятия основного припуска, а калибрующая – для окончательного формирования обработанной поверхно-
сти и восполнения режущей части инструмента при переточках. В неко-
торых случаях она также служит для направления инструмента и обес-
печения его самоподачи, например у резьбонарезных инструментов.
У инструментов для обработки отверстий калибрующая часть оформляется в виде ленточек, на которых расположены вспомогательные режущие кромки. При этом ленточки служат для направления и базирования инструментов в отверстии, а вспомогательные кромки – для окончательного формирования обработанной поверхности отверстий. Для предотвращения защемления инструментов в отверстии и снижения сил трения на ленточках вследствие упругой деформации обработанных поверхностей, как правило, предусматривается небольшая обратная конусность, т.е. уменьшение наружного диаметра инструмента в направлении к хвостовику.
Для подвода смазочно-охлаждающих технологических средств
(СОТС) в рабочей части инструментов могут быть выполнены внутренние каналы.
В зависимости от назначения инструмента и формы поверхности
детали режущие кромки по форме могут быть прямолинейными, винтовыми или фасонными.
Винтовые стружечные канавки и режущие кромки, располагаемые
на них, обеспечивают лучшие условия удаления стружки из зоны резания и более равномерную работу инструмента.
Работоспособность, прочность и стойкость всех режущих инструментов зависят от материала, из которого изготовлен режущий клин, физико-механических свойств обрабатываемого материала (твердость, прочность и др.) и от углов заточки режущего клина, называемых геометрическими параметрами инструмента. На оптимальное значение последних влияют режимы резания: скорость v, подача s и глубина t.
На рабочих чертежах инструментов не принято указывать угол заострения режущего клина. Приводят только значения углов заточки: переднего и заднего , имея в виду, что 90 ( ) . Эти углы отсчитываются от координатных плоскостей: основной и плоскости резания, задаваемых кинематикой взаимодействия инструмента и заготовки в процессе резания. Положение взаимно перпендикулярных координатных плоскостей (рис. 1, а) определяется двумя линиями: режущей кромкой и векторами скорости резания (плоскость резания) и подачи (основная плоскость). Передний угол – это угол между передней плоскостью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Задний угол – это угол зазора между задней поверхностью и плоскостью резания. Если в сечении, нормальном к режущей кромке, передняя и задняя поверхности инструмента криволинейны, то их заменяют прямыми, касательными к ним (рис. 1, б). Кроме обязательных углов и , режущие кромки могут быть заточены также с углами в плане
и 1 и с углом наклона главной режущей кромки к основной плоскости.
Рис. 1. Сечение режущего клина инструмента плоскостью, нормальной к главной режущей кромке: а – передняя и задняя поверхности (грани) прямолинейные; б – передняя и задняя поверхности криволинейные
На форму режущих кромок, а также стойкость инструмента, производительность и точность изготовления детали оказывают влияние принятый метод формообразования поверхности детали и принятая схема резания.
Окончательное формообразование поверхности детали может быть
осуществлено методами: следа, копирования и обката.
При использовании метода следа (рис. 2, а) обработанная поверхность образуется вершиной режущей кромки в соответствии с формой траектории ее движения, задаваемой станком.
Форма режущей кромки совпадает с образующей обработанной поверхности только при методе копирования (рис. 2, б), реализуемом при радиальной подаче инструмента.
Рис. 2. Методы формообразования инструментом (И) поверхности детали (Д) при точении: а – по следу; б – копирования; в – огибания
При методе обката (рис. 2, в) обработанная поверхность является огибающей различных положений режущей кромки, которые обеспечиваются кинематикой процесса обработки, т. е. согласованными движениями инструмента и заготовки.
Под схемой резания понимают последовательность удаления припуска режущими кромками. В конструкциях режущих инструментов применяются следующие схемы резания: профильная, генераторная, комбинированная, одинарного и группового резания.
При профильной схеме режущие кромки подобны профилю обработанной поверхности, а припуск удаляется за счет превышения каждого последующего зуба над предыдущим. Таким образом, обработанная поверхность окончательно формируется последним режущим зубом, т.е. применяется комбинированная схема.
При генераторной схеме форма режущей кромки не совпадает с профилем детали, а обработанная поверхность формируется последовательно всеми зубьями инструмента. При этом качество поверхности несколько ухудшается, но удается значительно увеличить подачу и стойкость инструмента. В этом случае для снижения шероховатости поверхности последние зубья инструмента выполняют по профильной схеме.
Эти схемы резания, а также одинарная и групповая схемы используются главным образом при протягивании и служат для перераспределения нагрузки между зубьями.
При заточке режущих клиньев на зубьях, предназначенных для чистовой, окончательной обработки, необходимо обратить внимание на остроту лезвия, которая характеризуется радиусом скругления , и назначаемую толщину срезаемого слоя. На инструментах из быстро режущей стали после заточки и доводки минимальное значение радиуса =0,005 мм. Затупление режущего клина вызывает увеличение этого радиуса, и при az 0,02 мм вместо резания происходит смятие и уплотнение срезаемого слоя (рис. 3, а). При этом возможно появление нароста и резкое ухудшение качества обработанной поверхности. Снятие минимальной толщины среза требует тщательной заточки и доводки рабочих поверхностей режущего клина.
Рис. 3. Форма режущего клина при:
а – заточке; б – износе по передней грани; в – износе по задней грани
При работе с большими подачами износ клина концентрируется на
передней поверхности в форме лунки (рис. 3, б), а при снятии тонких
стружек и при обработке хрупких материалов – на задней поверхности в
виде площадки износа (рис. 3, в). Это необходимо учитывать при на-
значении припуска на переточку и выборе формы режущих зубьев и
методов их заточки.
Технико-экономическая целесообразность использование того или иного инструмента зависит от размеров и конструкций самой детали и принятого типа производства.
Для обработки отверстия в деталях типа втулок в массовом производстве рационально использовать специальную протяжку, а при серийном — расточной резец или зенкер. В то же время, если деталь корпусная и относительно больших размеров, целесообразно применить тонкую расточку или блок плавающих резцов.
Критерии выбора режущего инструмента
высокая производительность процесса механической обработки при оптимальной стойкости инструмента;
удобное и быстрое крепление инструмента на станке;
возможность восстановления размеров рабочей части или использование его отходов.
Высокая производительность процесса обработки при оптимальной стойкости, долговечности и надежности работы инструмента обеспечивается
а) за счет применения современных инструментальных материалов и различных методов облагораживания поверхностного слоя рабочей части инструмента;
6) благодаря назначению оптимальных геометрических параметров и схем резания;
в) в результате увеличения суммарной длины режущих лезвий одновременно работающих зубьев инструмента;
г) за счет использования существующих комбинированных, специальных и создания новых конструкций инструментов;
д) оптимальной жесткостью и виброустойчивостью конструкции инструмента и т. д.
Относительно невысокая стоимость режущих инструментов достигается технологичностью их конструкций и рациональным использованием дорогостоящих инструментальных материалов вследствие применения при изготовлении инструмента таких методов, как сварка, наварка, наплавка, напайка, наклейка и т. д.
Увеличение срока службы инструмента обеспечивается за счет применения регулируемых или сменных элементов рабочей части, а также за счет некоторого изменения конструкции инструмента. Например, введение в конструкцию протяжки нескольких групп так называемых запасных калибрующих зубьев с отрицательным передним углом у фаски и цилиндрической ленточкой шириной / позволяет повысить срок службы протяжки в 4—5 раз при увеличении ее длины только на 5—10%.
Возможность восстановления инструментов или использование их отходов является большим резервом в снижении себестоимости выпускаемой продукции.
На крупных машиностроительных заводах путем восстановления размеров режущих инструментов хромированием, наплавкой и другими методами, а также в результате переделки инструмента на меньший размер удовлетворяется до 20—25% потребности в нем цехов предприятия.
Удобное и быстрое крепление инструмента на станке в зависимости от его типа, а также содержания операции, типа оборудования и производства может осуществляться различными методами. В условиях единичного и мелкосерийного типов производства.
Сверло в основном крепится или непосредственно в шпинделе станка, или с использованием переходной втулки. В то же время в шпинделях многошпиндельных сверлильных головок и агрегатных станков при крупносерийном производстве крепление его осуществляется с помощью специального переходника-удлинителя, а в массовом производстве на автоматических линиях рационально применять бесподналадочную конструкцию инструмента, имеющую специальные компенсирующие устройства, а также быстросменное крепление.
Необходимо отметить, что при конструировании инструмента метод крепления его на станке следует увязывать с конструкцией приспособления и оперативным контролем.
Так, при назначении длины рабочей части сверла при сверлении отверстий в изделии по кондуктору необходимо учитывать высоту кондукторной втулки и зазор между втулкой и деталью.
В то же время, если сверление предшествует развертыванию отверстия или нарезанию резьбы с использованием того же кондуктора, то следует предусмотреть возможность контроля просверленного отверстия гладким калибром без извлечения детали из кондуктора.
Оснащая технологический процесс механической обработки деталей машин, механизмов и приборов режущими и вспомогательными инструментами, необходимо уделять должное внимание вопросам стандартизации, нормализации и унификации, позволяющим сократить время на подготовку запуска нового производства, а также снизить расходы, связанные с использованием инструментов. Стандарты на режущие инструменты можно разбить на три группы. К первой группе следует отнести стандарты классификаций, подразделяющие режущие инструменты по эксплуатационным и конструктивным признакам и типоразмерам, а также устанавливающие терминологию и условные обозначения. Стандарты сортаментов и размеров следует отнести ко второй группе. Они устанавливают размерные характеристики инструмента, его геометрические параметры, а также допускаемые отклонения и рекомендации по использованию.
Стандарты технических условий относятся к третьей группе.
Под термином унификация следует понимать единообразие, т. е. когда на основании проведенного всестороннего анализа применяемости конструктивных элементов и геометрических параметров инструментов исключаются из обращения инструменты, имеющие ограниченное применение, путем их равноценной замены на параметры, имеющие широкое использование.
У многолезвийных инструментов принято изображать на чертежах только два-три зуба, винтовые же канавки фрез, сверл и других инструментов показывать прямыми линиями под определенным углом, а полные сечения заменять вырыванием.
При необходимости изображения нескольких однотипных инструментов вычерчивают один из них и на чертеже дают буквенное обозначение размеров конструктивных элементов и геометрических параметров инструмента, а также общую сводную таблицу всех численных значений размеров. Профиль лезвий фасонного инструмента, стружечных и стружкоразделительных канавок обычно выносят отдельно, но на том же формате в увеличенном масштабе. Проекции же инструмента на чертеже обычно даются в масштабе 1:1. в чертежах режущи. Помимо графического изображения инструментов, а иногда в виде отдельного приложения, указываются технические условия на изготовление инструмента, его контроль, испытание и упаковку. Эти технические условия содержат: указания о материале, его твердости и методе облагораживания, маркировке, требования к внешнему виду инструмента и классы чистоты поверхности, допуски на размеры и т. д.
Так как производство мелкосерийное, принимаем стандартную развертку 0 40. В том случае, если производство крупносерийное и применение протяжки или стандартной развертки по каким-то причинам невозможно, то проектирование специального зенкера с кольцевой заточкой конструкции. Для случая, когда рабочая часть инструмента изготавливается из инструментальной стали, рационально с целью повышения стойкости, предусмотреть один из методов: низкотемпературное цианирование, электролитическое хромирование и т. д. Размеры посадочного отверстия в корпусе необходимо определить расчетом или принять на основании рекомендаций технической литературы. Число, форма и размеры зубьев-ножей зенкера, его конструктивные размеры определяются расчетом или на основании рекомендаций таблиц. Геометрические параметры рабочей части назначаются исходя из условий рациональной эксплуатации зенкера.
В том случае, если зенкер использовался бы на автоматической линии, в конструкции удлинителя следовало предусмотреть компенсационное устройство — винт со сферической головкой и контргайкой для установки зенкера на размер вне станка, а также его быстросменное крепление.
При оформлении рабочего чертежа спроектированного зенкера необходимо будет учесть и условности, предусмотренные при вычерчивании режущих инструментов.
Если бы потребовалось дать чертежи двух однотипных зенкеров, у которых различаются только диаметры D и главные углы в плане ср, то, как указывалось выше, достаточно было бы вычертить один чертеж. На нем буквенно обозначить параметры D и d а в таблице указать числовые их значения.
По материалам : Жигалко Н. И., Кисилев В. В. Проэктрирование и производство режущего инструмента
Читайте также: