18.2. Написав уравнение окружности радиусом r1 общем виде

(x-x0)2+( y-y0)2=r1,

поставим в него координаты любых трех точек из табл. 1, например, А1; В1; С1 . Тогда,

x02+y02= r12;

(12- x0)2+(6.942-y0)2=r12;

(22- x0)2+(2.766-y0)2=r12;

решение этих уравнений позволяет получить

x0=12.06, y0=-7.00, r1=13.944.

18.3. Поскольку, дуга окружности r1=13.944 проведена через точки А1; В1; С1 , то для этих точек высоты h1 на профиле резца будут соответствовать табл. 1. Для других точек, замена расчетной кривой окружностью вызовет отклонение величин h1 от величин, полученных в результате профилирования. Так, для точки F1 получаем:

(7-12.06)2+(y-7.00)2=13.9442,

откуда

y=5.933,

видно, что высота профиля отличается от h1 на 6.038-5.933=0.044 м. Если такое отклонение может быть допустимо, то расчет на этом заканчивается. Если же требуется более высокая точность, то кривую А1…С1 следует заменить двумя или тремя дугами окружностей различного радиуса, выполнив соответствующие расчеты.

19. Алгоритм решения и комментарии к нему.

19.1 Определим ширину профиля канавки

19.2 Резец призматический с y=120, y=80, d0=80 d=90

определим высоту профиля

h0=0.5d*sin(y-yd)/ siny;

sinyd=( d0/ d) siny=80/90*sin120=0.1848;

yd=10.650;

h0=0.590*sin 1.350/ sin120=5.099 мм

Определим высоту профиля резца в нормальном к задней поверхности сечении

h1=h0*cos(y+y)=5.099*cos 200=4.7915 мм

19.3 Так как резец принят круглым, то можно определить его радиус и координаты центра привяжем координаты к точке С. Тогда координаты точек

А(-8.916;0) В(8.916;0) К(0;4.7916)

Проведем окружность через эти точки

(x-a)2+(y-b)2=R2;

(-8.916-a)2+b2=R2;

(8.916- a)2+b2=R2;

a2+(4.7916-b)2=R2;

(-8.916-a)2-(8.916- a)2=0;

2*8.916a+2*8.916a=0;

a=0;

R2-b2=8.9162;

R2=(4.7916-b)2=4.79162-2*4.7916b+b2=0;

b=(8.9162-4.79162)/2*4.7916=5.899;

d=2*(h1+b)=2*(4.7915+5.899)=21.38.

20. = 14

21. . а) вариант 1 - спроектировать резец с боковым наклоном передней поверхности x 10030

б) вариант 2 - спроектировать резец, ось которого в плане была бы повернута по отношению к оси заготовки на угол =300

ГЛАВА 3 ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБ

3.1 РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ

Широко распространенной разновидностью стандартных фасонных профилей на изделиях является резьба, для получения которой могут применяться призматические и круглые фасонные, а также обычные стержневые резцы. В зависимости от способа установки по отношению к заготовке резьбовые резцы разделяются на два вида. У первых передняя поверхность инструмента располагается в диаметральной плоскости изделия, у вторых - перпендикулярно направлению средней винтовой поверхности. Рассмотрим оба варианта на примере стержневого резьбового резца.

Рис. 11

На рис. 11а показан резьбовой резец первого вида с углом у=00. Он предназначен для изготовления резьбы с шагом p и углом профиля 2. Передняя поверхность резца расположена в диаметральной плоскости изделия на линии центров. Поэтому профиль передней поверхности инструмента полностью совпадает с профилем резьбы, который, как известно, тоже расположен в диаметральном сечении изделия. В этом одно из важных преимуществ резцов первого вида. Кромки у них прямолинейны, а угол профиля 2 совпадает с углом профиля резьбы, что удобно с точки зрения изготовления и контроля инструмента.

Резцам первого вида свойственен недостаток, состоящий в различных условиях стружкообразования на левой и правой кромках инструмента. Рассечем изделие и инструмент цилиндрической поверхностью диаметром dcp (средний диаметр резьбы) и развернем сечение на плоскость ( эскиз сечения показан на рис.11б). Видно, что между основными плоскостями O1O1 и O2O2, проведенными перпендикулярно направлению резания в точках m и n и передней поверхностью инструмента, возникают различные по знаку передние углы - слева х0, а справа - х0. Если резец заточен симметрично с задним углом xo, то в процессе резания возникают задние углы x= xo- и x= x+, где - угол подъема резьбы на среднем диаметре.

Неодинаковость задних углов, вызывающая неодинаковый износ задних поверхностей инструмента у стержневых резцов, можно устранить, если инструмент заточить несимметрично (рис.11в) под углами xo= x+ и xo= x -, где x - задний угол, который желательно получить в процессе резания. Что касается различия в передних углах, то его нельзя устранить, не меняя форму передней поверхности, а с нею и профиль резца, что нежелательно. В связи с этим сила резания на левой и правой кромках инструмента, особенно при прорезке резьб с достаточно крупным шагом, будут разными, что повлияет на точность изделия, различной будет и шероховатость поверхности на левой и правой поверхностях резьбы.

Резьбовые резцы второго вида (рис.12) устанавливают перпендикулярно направлению винтовой линии на среднем диаметре резьбы. В связи с этим передние углы на левой и правой кромках инструмента x = x =0, а при симметричной заточке резца и задние углы x = x. Равенство углов обеспечивает идентичные условия резания на обеих сторонах профиля инструмента. Вместе с тем, поскольку передняя поверхность, лежащая в плоскости OO, пересекает винтовую поверхность резьбы под углом , кромки инструмента, строго говоря, не должны быть прямолинейными, а должны специально профилироваться. Если криволинейные кромки, форма которых получена профилированием (линии1, рис.12), заменить прямолинейными (2, рис.12), то винтовая поверхность на изделии будет иметь погрешности тем больше, чем больше угол подъема резьбы.

Из изложенного вытекает, что резцы первого вида следует применять для чистовой обработки резьбы, когда припуск невелик, невелики силы резания. Эти резцы имеет смысл оснащать пластинами из твердых сплавов, способных работать при 0 и 0.

Резцы второго вида целесообразно применять при черновой прорезке резьбы. В этом случае нет необходимости в профилировании кромок. Достаточно скорректировать угол профиля 2, оставив кромки прямолинейными. Поскольку высота K на передней поверхности резца и на профиле резьбы одинакова, а b=b*cos, где b- размер на профиле изделия, соответствующий среднему диаметру резьбы (теоретически b=0,5p), то вместо угла на изделии получаем угол на передней поверхности резца, причем

tg = tg * cos (3.15)

При нарезании резьб используют также и круглые фасонные резцы. Конструкция этих инструментов в принципе не отличается от конструкции круглых фасонных резцов общего назначения. Различие состоит в том, что резьбовым круглым фасонным резцам часто придают передний угол у=0 и устанавливают их по второму из рассмотренных выше вариантов, то есть ось резца располагают под углом к горизонту. Если обрабатывают резьбу с малым шагом, то профиль резца в плоскости передней поверхности делают прямолинейным, угол рассчитывают по формуле (3.15). Как всегда, при у=0 , и в данном случае h0=h, где h=0,5(d-d1) - высота профиля резьбы, наружным диаметром d, а внутренним d1. Зная, h0, по формуле (3.13) можем рассчитать высоту профиля h1 в диаметральном сечении инструмента, а затем для этого сечения скорректировать угол профиля по формуле

(3.16)

3.2. РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ

Высокопроизводительным способом изготовления резьб на ходовых винтах станков, тяговых винтах прессов и других аналогичных деталях, является процесс обработки резцовыми головками (вихревое резьбонарезание), схема которого показана на рис.13. Один, чаще несколько (3…4) резцов, работающих по методу копирования, закреплены в резцовой головке, вращающейся вокруг оси A с помощью отдельного привода с частотой n2. Заготовка, установленная в центрах станка, вращается вокруг оси A1 с частотой n1 n2.

Величина

(3.17)

Представляет собою подачу на один резец, измеренную по наружной окружности заготовки d. Как видно из формулы (3.17), с увеличением частоты вращения головки n2 при заданной подаче S (например, допускаемой с точки зрения прочности инструмента) или толщине среза

(3.18)

можно увеличивать частоту вращения заготовки n1, а с нею и производительность процесса. Поэтому головки для вихревого резьбонарезания оснащают резцами с твердосплавными пластинами и применяют частоты вращения n2, соответствующие высоким скоростям резания =2…7 м/с. На производительность процесса и качество поверхности резьбы влияет также эксцентриситет e между режущим инструментом и заготовкой. Величина e оказывает влияние как непосредственно, что видно из формулы (3.18), так и через значение угла контакта

(3.19)

Формула (3.19) получена из рассмотрения ?AA1K (рис.13).

Вихревое резьбонарезание применяют для изготовления винтов с крупным шагом и достаточно высокими требованиями к точности профиля резьбы. Поэтому инструмент устанавливают по отношению к заготовке по второму варианту (см. выше) и профилируют, т.е. определяют формулу кривых I (рис.12), описывающих режущие кромки. Профилирование резца может быть выполнено графически или аналитически.

При графическом способе следует, пользуясь методами начертательной геометрии построить винтовые поверхности канавки резьбы (рис.14) и далее построить сечение этой поверхности плоскостью, проходящей перпендикулярно направлению средней винтовой линии. Аналитическое решение, в процессе которого используется ЭВМ, менее трудоемко и более точно.

Рис. 15

Рассмотрим аналитическое профилирование резцов, предназначенных для вихревого резьбонарезания. Винтовая поверхность (рис.14) возникает при вращении прямой ab вокруг оси и одновременном перемещении этой прямой вдоль оси на величину шага за каждый оборот. В системе координат (ось в сечении - проходит перпендикулярно плоскости чертежа) уравнение поверхности , как известно из аналитической геометрии, имеет вид:

(3.20)

где - угол между линией ab и осью . Нетрудно видеть, что в сечении плоскостью - (x=0) уравнение (3.20) обращается в уравнение прямой =y tg.

Нас интересует сечение поверхности плоскостью, проходящей через середину дна впадины 1 под углом к оси заготовки. Решение этой задачи осуществим в три этапа:

1) уравнение (3.20) преобразуем, перейдя в систему координат 1111, начало которой передвинуто из точки в точку 1; 2) преобразуем уравнение, полученное в этапе 1, перейдя в систему координат, перевернутую на угол вокруг точки 1; 3) решим совместно полученное уравнение с уравнением плоскости x2=0 и этим путем опишем уравнение интересующей нас кривой.

На первом этапе получаем для любой точки, расположенной на линии ab:

y1=y; x1=x; z1=z-f

где =ac-m=0.5d1tg-m. Тогда

(3.21)

Второй этап - переход в систему координат 2122, повернутую на угол по отношению к оси 11, осуществляем по правилам аналитической геометрии

фреза резец протяжка

z1=z2cos-x2sin,

x1= z2sin+x2 cos, (3.22)

y1=y2.

Подставляя (3.22) в (3.21), получаем

(3.23)

Формула (3.23) описывает уравнение винтовой поверхности в системе координат, проходящей через центр впадины резьбы, причем ось 2 расположена перпендикулярно к средней винтовой линии резьбы.

В третьем этапе расчета, полагая x2=0, получаем

(3.24)

Это выражение и есть искомое уравнение кромки резьбового резца, установленного по второму варианту (рис.12).

В формуле (3.24) связь между координатами y2 и z2 присутствует в неявном виде. Чтобы построить кривую z2= (y2), описывающую профиль кромки, зададимся рядом значений высот профиля на передней поверхности инструмента h01=0; h02….h0i. Все эти высоты, как мы уже отмечали ранее, отсчитываются от базовой линии BB (рис.15). Для точки, имеющей высоту профиля h0i, получаем y2i=0,5d1+ h0i. Подставляя это значение в уравнение (3.24), с помощью ЭВМ выполняем ряд итераций, определив соответствующее значение z2i. Выполнив эту операцию для ряда точек, имеем возможность построить профиль инструмента на его передней поверхности. При необходимости, кривая, описывающая профиль, может быть заменена дугой окружности (или дугами окружностей), как было показано выше.

3.3 РЕЗЬБОВЫЕ ГРЕБЕНКИ

Резьбовые гребенки представляют собой разновидность призматических или круглых фасонных резцов. Характерной их особенностью является наличие заборной части, позволяющей заложить в конструкцию инструмента радиальную подачу, необходимую для обработки всего профиля резьбы за один проход инструмента. На рис. 16 показана круглая резьбовая гребенка, режущая (заборная) часть которой имеет длину L1, а калибрующая - L2.

Рис.16

Из эскиза режущей части инструмента (рис.16, справа) видно, что при движении гребенки вдоль оси изделия, кромки, расположенные на заборном конусе, входят в обрабатываемый материал последовательно, снимая стружки различного сечения (сечение стружек заштрихованы). Для всех кромок радиальная подача имеет одно и то же значение

S=ptg . (3.25)

Соответственно и толщина среза

a=Scos =Psin (3.26)

также для всех кромок одна и та же. Чем меньше угол заборного конуса , тем тоньше стружка и выше качество обработанной поверхности резьбы. Однако, с уменьшением увеличивается длина заборного конуса L1=h/tg, следовательно увеличивается общий габарит инструмента и время на его врезание в заготовку. Практически применяют значения =12…20.

Высоту профиля h1 на калибрующей части гребенки, измеренную в диаметральном сечении инструмента, рассчитывают так, как и для обычного круглого фасонного резца.

3.4 МЕТЧИКИ

Метчики, предназначенные для изготовления резьбы в отверстиях, представляют собой инструмент, в котором объединены несколько резьбовых гребенок. Они, как и обычные гребенки, имеют режущую (заборную) часть L1 (рис.17) и калибрующую L2 . Хвостовик инструмента заканчивается элементами крепления - квадратом L3 или квадратом и фиксирующей канавкой m. Последняя используется при установке метчика в быстросменном патроне.

Для режущей части метчика в принципе справедливы формулы (3.25) и (3.26), однако в связи с тем, что метчик имеет z гребенок (зубьев), на каждый зуб приходится подача и толщина среза, описываемые соответственно выражениями

; (3.27)

 (3.28)

Метчиками работают на металлорежущих станках (машинные и гаечные метчики) или вручную (слесарные метчики). В зависимости от размеров резьбы метчики могут быть одинарными или работать в комплекте из двух или трех штук. Одинарные метчики применяют, как правило, при изготовлении вручную мелких крепежных резьб, а также при работе на станках. При необходимости изготовить вручную резьбу более высокого качества, особенно если диаметр резьбы больше 10-12 мм, применяют метчики, работающие в комплекте.

В этом случае возможны два способа распределения съема металла между метчиками, работающими в комплекте, - генераторный и профильный. При генераторном способе все метчики в комплекте имеют один и тот же средний диаметр, равный среднему диаметру резьбы изделия, но разные наружные диаметры dI, dII и dIII (в комплекте из трех штук). Профиль резьбы образуется так, как показано на рис. 17а. Если же применяют профильную схему съема материала (рис. 17б), то метчики в комплекте изготавливают с различными средними dIср, dIIср и dIIIср и различными наружными диаметрами. Только у последнего (в данном случае третьего) метчика средний и наружный диаметры резьбы изделия равны.

В обеих схемах на первый метчик приходится около 50% объема срезаемого материала, на второй - 35% и на последний - 15%. Для выравнивания нагрузок им придают разные толщины среза а а а. Как видно из формулы (3.2), при заданном можно сделать это только путем придания метчикам различных углов заборного конуса . Так как длина заборного конуса теоретически

, (3.29)

где d1 и d2 -наружный и внутренний диаметры резьбы, то

l1Il1IIl1III

Геометрические параметры режущей части метчика (сечение Y-Y, рис.17) выбирают в зависимости от качества обрабатываемого материала в пределах y= 10…25, y= 8…10. Передняя поверхность вблизи режущей кромки может быть очерчена частью цилиндра радиусом r или плоскостью, наклонной под углом y к основной плоскости. Задняя поверхность, как у многих фасонных многолезвийных инструментов, очерчивается архимедовой спиралью с падением затылка

(подробно об этом см. ниже, стр.78).

Калибрующая часть метчика (рис.17, сечение Y1-Y1) имеет тот же передний угол y, что и режущая часть. Задняя поверхность зубьев, однако, здесь имеет несколько другую форму, чем на режущей части инструмента. На зубе предусматривают фаску длиною без заднего угла, а затем уже архимедову спираль с задним углом k0.25y. Это удлиняет срок службы, в течение которого периодически перетачиваемый метчик будет обеспечивать получение изделий в задних пределах точности. Калибрующей части метчика придают так называемый обратный конус, т.е. диаметр инструмента по направлению к хвостику уменьшают примерно на 0,001 мм на каждый миллиметр длины. Это делают с целью предотвратить защемление метчика в обрабатываемом материале и облегчить его выворачивание из отверстия по окончании процесса резьбонарезания. Защемление метчика в отверстии наиболее вероятно при обработке жаропрочных материалов и нержавеющих сталей. Для улучшения условий резьбонарезания при обработке этих материалов иногда применяют так называемые шахматные метчики, у которых часть режущих и калибрующих зубчиков удаляют в шахматном порядке (1, стр.172).

Большую роль в деле обеспечения эффективной работы метчиков играют канавки между зубьями, по которым отводится стружка и подается охлаждающе-смазывающая жидкость. Применяют метчики с прямыми канавками (рис.17), винтовыми (рис.18а), прямыми со скосом (рис.18б) или несквозными (рис.18в). При прямых канавках каждый зубчик, расположенный на заборной или калибрующей частях метчика, работает как резьбовой резец первого варианта, со свойственным ему преимуществом и недостатками. В частности, к последним относится различное качество обработанной поверхности на левой и правой боковых поверхностях резьбы. Прямые канавки просты в изготовлении, но мало содействует выводу стружки из нарезаемого отверстия.

Рис. 18

Рис. 19

Ряда упомянутых выше недостатков лишены метчики с винтовыми канавками. Режущие зубчики в них работают как резцы второго варианта, что ведет к улучшению качества обработанной поверхности изделия. В связи с наличием угла стружка направляется вперед (по ходу движения метчика), что при обработке сквозных отверстий исключает повреждение ею готовых участков резьбы. Вместе с тем, поскольку метчики с винтовыми канавками не профилируются, прямолинейность боковых сторон профиля резьбы не обеспечивается.

Промежуточным вариантом являются метчики со скосом и прямыми канавками (рис.18б). Режущая часть инструмента здесь работает по схеме резьбового резца первого варианта, а калибрующая - второго. Обеспечивается транспортировка стружки по направлению движения инструмента.

При нарезании резьб в сквозных отверстиях находят применение метчики с несквозными канавками, иногда называемые бесканавочными (рис.18в). В этом случае существенно повышается прочность инструмента, что особенно важно при обработке отверстий небольшого диаметра в деталях из высокопрочных материалов. Метчики хорошо направляются в отверстии, калибрующая часть инструмента обеспечивает резьбы, что повышает качество последней.

3.5 КРУГЛЫЕ ПЛАШКИ

Круглая плашка (рис.19) так же, как и метчик, представляет собой инструмент, в котором объединены несколько резьбовых гребенок. Для того, чтобы при нарезании резьбы плашку можно было устанавливать в плашкодержатель любым торцем, резьбовые гребенки на ней имеют две заборные части l1 при одной калибрующей l2. На заборных частях плашки затылованием (см. ниже) создается задний угол y. На калибрующей части задний угол равен нулю. Передний угол y образуется как угол между основной плоскостью, проходящей через центр инструмента ( и изделия) и касательной к поверхности стружечного отверстия диаметром d0. Размер стружечных отверстий и диаметр окружности D0, на которой расположены их центры O1, определяют расчетом.

Из ?OO1K:

или

,

откуда

(3.30)

В формуле (3.30): d1 - внутренний диаметр резьбы, 2 - центральный угол, соответствующий дуге MK. Величину угла 2 определим, если зададимся соотношением между длиной пера плашки LM и размером просвета между перьями MK а именно LM =c.MK (на практике с=0,65…0,8). Поскольку

где =360/z - центральный угол между зубьями плашки, то

(3.31)

Из ?O1OK: получаем также

(3.32)

В держателе плашку закрепляют с помощью пяти винтов. Два из них, имеющие угол конуса 60, предназначены для зажатия инструмента, а остальные три, показанные штриховыми линиями на рис.19, для закрепления и регулирования. Регулировочный винт 1 входит в продольный паз на наружной поверхности плашки, а винты 2 - в отверстия с углом конуса 90, ось которых смещена от диаметрального сечения инструмента на величину e=0,5…2мм. При заворачивании винтов 2 каждый из них оказывает односторонее давление, направленное в сторону наиболее гибкой части плашки. Это позволяет (при ослабленном винте1) деформировать корпус инструмента и влиять на размер нарезаемой резьбы. Особенно сильное влияние можно оказать на размер резьбы изделия, если прорезать перемычку между пазом и стружечным отверстием под винтом 1.

3.6 РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ГОЛОВКИ

Круглые плашки применяют при слесарных работах, а также при мелкосерийном изготовлении резьбовых изделий на револьверных станках и автоматах. В массовом производстве круглые плашки не применяют, так как из необходимо свинчивать по окончании рабочего хода. Это увеличивает время операции и может вызвать повреждение обработанной поверхности при обратном ходе инструмента. Срок службы круглых плашек невелик.

Чтобы избежать упомянутых выше недостатков в массовом производстве резьбовых изделий (особенно деталей крепежа) применяют резьбонарезные (или как их иначе называют, самооткрывающиеся) головки. В головках используют плоские, а чаще круглые резьбовые гребенки (рис.16). Гребенки установлены таким образом, что при рабочем ходе они нарезают резьбу, а при холостом - быстро разводятся, что позволяет ускоренно отвести резьбонарезную головку в исходное положение для обработки, следующей заготовки.

3.7 ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ

Накатывание резьбы - это процесс пластического деформирования материала заготовки. Накатной инструмент вдавливается в заготовку. Материал заготовки, деформируясь, заполняет впадину инструмента, формируя выступ обрабатываемой резьбы.

Рис. 20

3.7.1 Для накатывания наружной резьбы применяют три способа: а) плоским инструментом с тангенциальной подачей - накатывание плоскими плашками; b) приводным круглым инструментом - накатывание роликами с радиальной подачей; c) неприводным круглым инструментом с тангенциальной подачей - накатывание роликами с осевой подачей.

a) Накатывание резьбы плоскими плашками

Рис. 21. 1- подвижная плашка; 2- деталь; 3- неподвижная плашка

Резьба на плашках изготавливается с тем же профилем, что и обрабатываемая резьба, угол наклона резьбы на плашках изготавливается противоположным направлению резьбы у обрабатываемой детали. Длина плашек выбирается в зависимости от среднего диаметра резьбы по ГОСТ 2248-60. Плашки устанавливаются параллельно друг другу со сдвигом на 0,5 шага в середине плашек.

b) Накатывание резьбы цилиндрическими роликами с радиальной подачей инструмента

Рис. 22. 1- неподвижный ролик; 2- деталь; 3- упор; 4- подвижный ролик.

Ролики вращаются синхронно, для этого в станке предусмотрена соответствующая кинематическая связь. Один из роликов получает радиальное перемещение. На роликах изготавливается многозаходная резьба противоположного направления, но с одинаковым углом подъема с обрабатываемой деталью, поэтому

D2*N=D2*n

здесь d2 и D2- средние диаметры резьбы обрабатываемой детали и накатного ролика соответственно, а N и n- число заходов резьбы ролика и обрабатываемой детали.

здесь Т - длина хода резьбы у ролика

t - длина хода резьбы обрабатываемой детали.

Применяют ролики с открытым и закрытым контуром. У роликов с открытым контуром впадина резьбы не участвует в формировании вершины накатываемой резьбы, а потому не ограничивается точными размерами. У роликов с замкнутым контуром впадина резьбы формирует вершину накатываемой резьбы, и поэтому форма и размеры изготавливаются с соответствующими допусками. Ролики с замкнутым контуром применяются для изготовления резьб с посадками с натягом. Размеры роликов для накатывания метрических резьб регламентированы ГОСТ 9539-72.

c) Накатывание резьбы с осевой подачей.

Наибольшее распространение получил способ с роликами с кольцевой нарезкой. Преимущество этого способа заключается в том, что выбор роликов зависит только от шага накатываемой резьбы. В процессе работы ролики устанавливаются под углом к оси детали так, чтобы совместить направление витков нарезаемой резьбы кольцевой нарезки роликов (см. рис.).

Рис. 23. 1,2- накатные ролики; 3- деталь.

Ролики со стороны входа детали в пространство накатки имеют конический заборный участок с углом 3ч50. при таком способе накатки ролики вращаются свободно под действием вращения заготовки, при этом заготовка имеет осевое перемещение на величину хода резьбы наоборот.

3.7.2 Накатывание внутренних резьб

Применяют в основном два способа получения внутренней резьбы пластическим деформированием с помощью метчиков- накатников, и с помощью самонарезающих винтов. Конструкция метчика- накатника показана на рис.

В поперечном сечении рабочая часть раскатника имеет форму многогранника со скругленными гранями. Заборная часть представляет собой коническую резьбу с полным профилем, угол 5ч100, число граней для резьб до М6-3, до М20- 6. Диаметр заготовки под накатку резьбы определяют исходя из баланса металла до раскатки и после ее

здесь d- наружный диаметр раскатника;

P- шаг резьбы;

dср- средний диаметр резьбы раскатника;

d1- внутренний диаметр резьбы.

3.8 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Перечислите основные виды инструментов, применяемых для образования наружных и внутренних резьб на деталях машин. Охарактеризуйте области их применения, нарисуйте циклограммы их работы.

2. Сопоставьте резьбовые резцы с передней поверхностью, расположенной в диаметральной плоскости резьбы (1-й вариант) и с передней поверхностью, расположенной в плоскости, перпендикулярной средней винтовой линии резьбы (2-й вариант). Какие преимущества и недостатки имеет каждый из видов?

3. Когда следует применять способ вихревого нарезания резьбы? Какова его схема?

4. Для какой цели на резьбовых гребенках предусматривают заборную часть?

5. Как следует устанавливать ось круглой резьбовой гребенки по отношению к линии (оси) заготовки?

6. Совпадает ли профиль в диаметральном сечении круглой резьбовой гребенки с профилем резьбы в диаметральном сечении изделия?

7. Как влияет длина заборной части резьбонарезных инструментов на производительность процесса обработки, точность резьбы и силы резания?

8. По какой поверхности (или поверхностям) перетачивают резьбонарезные инструменты?

9. Охарактеризуйте способы распределения съема обрабатываемого материала при нарезании резьбы метчиками, работающими в комплекте. Как отражается способ распределения на наружном, среднем и внутренним диаметрах резьбы метчиков, работающих в комплекте?

10. Чем отличаются друг от друга заборные части метчиков, работающих в комплекте?

11. Должны ли машинные метчики жестко закрепляться в шпинделе станка?

12. Как должно располагаться поле допуска на резьбу метчика по отношению к полю допуска нарезаемой резьбы?

13. Чем отличаются и когда применяются «шахматные» метчики?

14. Как влияет на процесс резьбонарезания направление стружечных канавок метчика?

15. Чем отличаются и когда применяются бесканавочные метчики?

16. Как регулируют диаметр резьбы круглой плашки?

17. Как перемещаются гребенки резьбонарезной головки за цикл обработки резьбы на заготовке? В чем преимущество резьбонарезных головок по сравнению с круглыми плашками? Когда их следует применять?

18. Назовите основные типы резьбонаканатных инструментов и поясните принцип их работы.

19. Почему резьбонаканатные ролики делают многозаходными, если накатываемая резьба однозаходная?

20. Под какими углами 1 и 2 следует заточить резец (рис.6), предназначенный для нарезания двухзаходной метрической резьбы шагом p=3мм на заготовке, наружный диаметр которой d=40мм, если необходимо, чтобы в процессе резания задние углы инструмента на каждой из режущих кромок составляли =6. В процессе резания =y=0 (резец первого варианта).

21. Какой угол между кромками в плане 2 должен иметь резьбовой резец, показанный на рис.6, если в процессе резания его передняя поверхность будет установлена по отношению к оси изделия под углом, равным углу подъема винтовой линии на среднем диаметре резьбы (резец второго варианта). Размеры изделия - по задаче 31, кривизной профиля резьбы в сечении, перпендикулярном направлению средней винтовой линии, пренебречь.

22. Ходовой винт товарного станка обрабатывается методом вихревого (скоростного) резьбонарезания (рис.7). Диаметр винта d=60мм, шаг резьбы p=12 мм, резьба трапециоидальная, высота профиля резьбы h=6мм. Диаметр резьбовой головки D=150 мм, число резцов в ней z=3. Скорость резания =188,5 м/мин, частота вращения заготовки n1=3,8 об/мин. Определите подачу, приходящуюся на один зуб головки, а также наибольшую толщину среза на поперечной кромке резца.

23. При нарезании на проход наружной резьбы М24х1,5 применяется круглая резьбовая гребенка диаметром D=30мм с передним углом 00. Рассчитать угол в плане заборной части гребенки, если по условиям качества поверхности изделия толщина среза не должна превышать 0,2 мм. Какой угол должен иметь профиль кольцевых витков гребенки в ее диаметральном сечении, если ось инструмента, параллельная оси заготовки, расположена по отношению к последней с превышением 3,0 мм..

24. При нарезании резьбы метчиками в заготовках из конструкционной углеродистой стали b=750 МПа момент резания рассчитывают по формуле

где D и p - соответственно наружный диаметр и шаг резьбы изделия 6. Для машинных метчиков Cm=0,27 и Xm=1,4, а для гаечных Cm=0,041 и Xm=1,7. Влияние угла заборного конуса метчика и его числа зубьев может быть учтено, если эту формулу представить в виде

Причем для гаечных метчиков Cm=0,015, а для машинных Cm=0,12.

Рассчитать момент резания для трехперового гаечного метчика М16х2, если толщина среза, приходящегося на зуб az=0,1 мм.

25. Пользуясь формулой, приведенной в задаче 24, рассчитать угол заборного конуса метчика М6*0,75, при котором обеспечивается прочность инструмента. Метчик трехперый из быстрорежущей стали. Запас прочности метчика должен быть не менее 3,0.

26. При нарезании вручную резьбы М8х1,25 используют комплект из трех метчиков. Рассчитать наружный диаметр калибрующей части каждого из метчиков, входящих в комплект, если между ними предусмотрена генераторная схема распределения площади срезаемого металла в пропорции 0,5:0,3:0,2.

27. Определить наружные диаметры метчиков М8х1,25, если комплект состоит из двух инструментов, причем на первый из них приходится 60% общего съема металла.

28. В условиях задачи 26определить угол и длину заборного конуса каждого из метчиков, работающих в комплекте, если z=3; диаметр переднего торца метчика D0=6,3мм, а толщина среза aZ1=0,025, aZ2=0,05, aZ3=0,13 мм/зуб.

29. Получить формулы для расчета наружного и среднего диаметров метчиков, работающих в комплекте, если применяется профильная схема съема металла (рис.9).

30. Рассчитать наружный и средний диаметры метчиков применительно к условиям задачи 26, если применяется профильная схема распределения съема металла.

31. Какой диаметр должны иметь стружечные отверстия круглой плашки из быстрорежущей стали, предназначенной для нарезания резьбы М16х2 на болтах, изготовленных из стали 45 (b=600МПа). Количество перьев плашки z=4, угол заборной части 2=400, длина пера плашки, измеренная по внутренней окружности резьбы, составляет 60% от длины промежутка между перьями.

32. Центры стружечных отверстий плашки М12х1,5 (D1=10,4 мм) расположены на окружности диаметром D0=16мм. Число перьев плашки z=3, длина пера, измеренная по внутренней окружности резьбы q=4мм, угол заборной части 2=500. Определить передний угол инструмента в главной секущей плоскости, полагая последнюю проходящей перпендикулярно к образующей заборного конуса.

33. Десятизаходный резьбонаканатный ролик имеет средний диаметр Dср=120мм и шаг между витками p=1мм. Для какого из перечисленных ниже изделий он предназначен:

М10х1; М12х1; М16х1 ?

3.9 ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Для нарезания наружных резьб применяются:

? резьбовые резцы призматические, круглые и стержневые, резцы для вихревого резьбонарезания, резьбовые гребенки, круглые плашки и накатные ролики;

? при нарезании внутренних резьб используют резцы, обычно стержневые, метчики;

2. Резьбовые резцы первого варианта имеют прямолинейные кромки и угол профиля совпадает с углом профиля резьбы. Недостаток - различаются: х0 слева, х0 справа,

х=хо- - слева и х=хо+ - справа здесь - угол подъема резьбы на среднем диаметре.

Резьбовые резцы второго варианта имеют в процессе работы одинаковые передний и задний угол на обеих режущих кромках, но при прямолинейных режущих кромках резьба будет иметь место погрешность профиля.

3. Вихревое резьбонарезание применяют для изготовления ходовых винтов с крупным шагом при высокой производительности процесса и точности получаемой резьбы.

4. На резьбовых гребенках предусматривается заборная часть, в конструкцию которой закладывается радиальная подача, необходимая для обработки всего профиля резьбы за один проход инструмента.

5. Ось круглой резьбовой гребенки устанавливают параллельно по отношению к оси заготовки.

6. Профиль круглой резьбовой гребенки не совпадает с профилем резьбы в диаметральном сечении изделия.

7. Увеличение длины заборной части резьбонарезных инструментов уменьшает силы резания, увеличивает время обработки; точность резьбы зависит от качества изготовления калибрующей части инструмента.

8. Резьбонарезные инструменты перетачивают по передней поверхности.

9. Применяют два способа распределения съема металла между метчиками, работающими в комплекте: генераторный и профильный.

? при первом способе все метчики имеют средний диаметр одинаковый со средним диаметром изделия, но разные наружные диаметры;

? при профильной схеме метчики изготавливают с различными средними диаметрами резьбы и различными наружными диаметрами;

? внутренний диаметр резьбы метчиков не зависит от номера метчика в комплекте.

10. С целью выравнивания нагрузок, метчики комплекта имеют различные углы заборного конуса IIIIII.

11. Так как метчики хорошо центрируются в обрабатываемом отверстии, что не следует жестко крепить метчик в шпинделе станка.

12. Предельный контур резьбы метчика приближают в верхней границе предельного контура резьбы изделия, оставляя некоторый запас на величину разбивки.

13. У шахматных метчиков удаляют часть режущих и калибрующих зубьев в шахматном порядке. Делается это для предотвращения защемления метчика в обрабатываемом материале. Наиболее эффективны такие метчики при обработке жаропрочных и нержавеющих сталей.

14. Для обеспечения одинаковых условий резания на обеих сторонах режущего зуба метчика (подобно резцам второго рода) применяют метчики с винтовой стружечной канавки. Эти метчики дают хорошую поверхность резьбы, но вносят некоторое искажение профиля нарезаемой резьбы.

15. Бесканавочные метчики применяют для изготовления сквозных резьб небольшого диаметра и длины в деталях из высокопрочных материалов.

16. Для обеспечения регулирования диаметра нарезаемой резьбы у плашек делают продольные пазы, в которые водят специальные регулировочные винты. Под действием этих винтов корпус плашки деформируется. Для усиления этого эффекта иногда плашки делают разрезными.

17. Резьбонарезные головки отличаются тем, что их гребенки в конце рабочего хода расходятся в радиальном направлении и тем самым позволяют ускоренно вывести резьбонарезную головку в исходное положение для обработки следующей заготовки.

18. Основные типы инструментов для накатки резьб:

? накатные плашки, накатные ролики с радиальной подачей и винтовой нарезкой, накатные ролики с кольцевой нарезкой и осевой подачей для наружных резьб;

? метчики-раскатники и самонарезающие винты для внутренних резьб.

19. Накатные ролики изготавливают многозаходными для того, чтобы обеспечить одинаковый наклон резьбы роликов и резьбы обрабатываемой детали.

20. Известно, что для резцов I вида рабочие задние углы равны:

х=хо-; а х=хо+.

Поэтому хо= х + , а хо= х -, где - угол наклона резьбы, хо и хо - углы заточки на левой и правой кромках резца.

,

где K-число заходов резьбы, p- шаг резьбы.

=273

По условию на обеих кромках надо обеспечить главные задние углы =6, тогда,

,

где =60

Определяем углы заточки в плоскости X-X

хо= 6,91+2,73=9,64

хо=6,91-2,73=4,18

Задние углы заточки в главной секущей плоскости

tgо= tgхо*sin=tg 9,64* sin 60, о=8,37.

tg о = tg хо * sin = tg 9,64* sin 60 , о=3,62.

Ответ: о=8,37, о=3,62

21. Из решения предыдущей задачи известно, что

P=3мм, =2,73;

Pn=P* cos .

;

;

;

N=59,94=5956.

Ответ: N= 5956.

22. Алгоритм решения

22.1 Определяем частоту вращения резцовой головки

n=400 об/мин.

22.2 Определяем круговую подачу, приходящуюся на зуб головки

22.3 Определяем эксцентриситет между осями головки и винта:

e=0,5D-0,5(d-2h)= 51мм.

22.4 Определяем угол контакта

23. Толщина среза определяется для резьбовых гребенок по формуле

a = P sin

или

здесь - угол заборного конуса гребенки, P - шаг резьбы.

По условиям задачи a=0,2мм, P=1,5мм

,

=740

Для определения угла профиля гребенки, рассмотрим гребенку, как круглый фасонный резец, у которого высота профиля, из-за наличия заднего угла уменьшится, по сравнению с исходным профилем нарезаемой резьбы

здесь R- радиус гребенки, hо- высота профиля резьбы

у=0 (по условию)

;

=1130

hо=0,866P=1,299,

.

Угол профиля гребенки равен

.

=61,12

Ответ: =740, =61,12.

24. Ответ: M=10Hm

25. Указание: наибольшие напряжения, возникающие при кручении стержней некруглого сечения, рассчитывают приближенно по формуле

max=Kmax

Где .

max- напряжения, возникающие в круглом стержне, а K- так называемый коэффициент концентрации напряжений. Для профилей, близких к профилю трехперового метчика K3,2.

Допускаемое напряжение на сдвиг для быстрорежущей стали 1800МПа.

Ответ: 8,6.

26. Алгоритм решения

26.1 Пользуясь эскизом профиля стандартной метрической резьбы (рис.26), рассчитаем площадь, подлежащую удалению из одной впадины при нарезании резьбы в гайке (площадь cnqf)

26.2 Определим площадь cnqf для метчика наружным диаметром D(i)

26.3 Определим отношение

откуда

По схеме, приведенной на рис.26, пишем

D(i)=d+0,25H-2Hi

26.4 Имея в виду, что

H=0,5p*ctg 30=0.866p,

для первого метчика (=0,5) получаем

H1=0,538H=0,466p;

D1=d-0,715p =7,1мм.

26.6 Для второго метчика =0,5+0,3=0,8;

H2=0,353H=0,306p;

D2=d-0,395p =7,5мм.

Ответ: D1= 7,1мм; D2= 7,5мм; D3=d=8мм.

27. Ответ: D1= 7,22мм; D2= 8мм.

28. Ответ: 1 =3,4;

;

2 =6,9; l2 5мм.

29. Ответ: ,

D(i)=d+0,25H-2Hi;

D(i)cp= D(i) -0,75H.

30. Ответ: D(1)=7,54; D(1)cp=6,728мм

D(2)=7,834; D(2)cp=6,728мм

D(3)=8,00; D(3)cp=7,188мм

31. Ответ: dо 9мм. (15; у 16; =28)

32. Ответ: 1130

33. Угол наклона витков накатного ролика

, p=1,518

Это соответствует резьбе М12х1.

ГЛАВА 4 ПРОТЯЖКИ

4.1 ОБЩИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРОТЯЖЕК

4.1.1 Конструктивные элементы протяжек

Протяжки - это высокопроизводительный многолезвийный инструмент, предназначенный для изготовления поверхностей сложной формы. По назначению их можно разделить на основные три группы:

а) протяжки для обработки отверстий - цилиндрических или фасонных (многогранных, шпоночных, шлицевых и т. д);

б) протяжки для обработки наружных поверхностей (плоскостей, фасонных профилей);

в) протяжки для обработки наружных поверхностей на телах вращения.

Протяжки могут быть цельными или сборными (в том числе оснащенными пластинами из твердых сплавов), нерегулируемыми или регулируемыми.

Несмотря на большое разнообразие типов и форм протяжек, всем им свойственны некоторые общие элементы конструкции. К этим элементам относится, прежде всего, хвостовая часть инструмента, предназначенная для установки и закрепления протяжек в станке, передачи ей тяговой силы и движения. За хвостовой частью (считая по направлению, обратному направлению движения протяжки) располагается передняя направляющая часть инструмента, имеющая целью осуществить ориентацию заготовки по отношению к режущей части протяжки. Последняя, содержит определенное количество зубьев, осуществляющих съем припуска и придающих обработанной поверхности заданную форму и размеры. Следующим элементом конструкции является калибрующая часть протяжки, зубья которой гарантируют получение заданной точности размеров и формы обработанной поверхности. На некоторых протяжках для обработки отверстий за калибрующими следуют выглаживающие зубья, предназначенные для повышения шероховатости и твердости поверхностных слоев изделия методами пластического деформирования. Заключительным элементом конструкции протяжек является задняя направляющая, имеющая целью ориентировать изделие по отношению к протяжке при завершении операции. Эта ориентация необходима, во-первых, для центрирования заготовки при прохождении ею калибрующих зубьев, а, во-вторых, для того, чтобы в момент схода заготовки с инструмента не повредить обработанные поверхности изделия. С этой же целью на протяжках иногда предусматривают заднюю цапфу, которая, будучи установлена в подвижном люнете, предотвращает провисание инструмента и связанное с ним искажение формы изделия.

4.1.2 Схемы резания

Протяжки относятся к инструментам, в которых подача заложена в конструкцию их режущей части. Это видно, например, на схеме, приведенной на рис. 28. Режущие зубья возвышаются друг над другом на величину az. При движении по направлению стрелки каждый из зубьев, находящихся в контакте с заготовкой, удаляет полоску металла объемом l*B*az. Зубья находятся друг от друга на расстоянии, равном шагу p, они имеют одинаковую ширину B и высоту h. Подача обозначается Sz=a*z.

Схема резания, показанная на рис.28, называется одинарной. В ней не все режущие зубья могут иметь один и тот же подъем. Припуск на обработку заготовки может быть распределен между черновыми и чистовыми зубьями протяжки. Тогда первые имеют подъем az, а вторые az'<az. Общий баланс съема материала при одинарной схеме резания имеют вид:

Cmax=C1+C2,

где Cmax- максимально-возможная величина припуска, рассчитываемая с учетом допуска на заготовку и изделие. Так, например, для случая обработки протяжкой цилиндрического отверстия

Cmax=0/5(dmax-d0min),

где dmax - наибольший возможный диаметр готового отверстия в пределах допуска по чертежу изделия ,а d0min - наименьший возможный диаметр отверстия заготовки в пределах допуска на нее.