Forming processes when machining of a solid of revolution by external broach

Abstract

The article describes forming process when machining of a solid of revolution by external broach.

Full Text

В настоящее время ведущие отечественные и зарубежные станкоинструментальные фирмы активно разрабатывают технологическое оборудование и обрабатывающие инструменты для реализации технологии протягивания тел вращения. На данный момент одним из нерешённых и малоизученных вопросов является формообразование детали при протягивании тел вращения. Общеизвестными являются несколько видов протягивания тел вращения. Один из способов – протягивание плоской протяжкой с подъемом на зуб – рассмотрен в работе [1]. В ней отведено несколько глав на исследование огранки обработанной детали и способы её уменьшения. Основной вывод, который сделан в данной работе, состоит в том, что при протягивании тел вращения получить теоретически правильную окружность в поперечном сечении обрабатываемой детали невозможно. Формообразование, как показано на рисунке 1, при таком способе протягивания происходит по спирали, и форма обработанной детали в поперечном сечении получается овальной с максимальным отклонением от теоретически правильной окружности на величину δ, характеризующей огранку поверхности. Также в работе [1] приводятся графики зависимости величины огранки δ от радиуса r и подачи S0 (рисунок 2). Для уменьшения величины огранки предлагается вводить калибрующие зубья. Причём, так как режимы резания не меняются, траектория движения калибрующих зубьев совпадает с траекторией движения режущих зубьев, а значит, количество калибрующих зубьев зависит от желаемой точности формы поперечного сечения обрабатываемой детали. Исходя из данных, полученных в результате исследований величины огранки, в работе [1] сделан следующий важный вывод: точка траектории резания калибрующего зуба, в которой определяется максимальная величина огранки, делит пополам дугу, соединяющую точку касания окружности конечного диаметра обработки и траектории резания предыдущего зуба с точкой, в которой на траектории резания предыдущего зуба имеется максимальная высота гребешка. Рисунок 1 – Схема определения величины огранки Рисунок 2 – Зависимости величины огранки δ от радиуса r и подачи S0 В работе [2] рассмотрена обработка тел вращения плоской протяжкой без подъёма на зуб. Протяжка имеет ширину, равную длине L обрабатываемой поверхности, и движется со скоростью резания V по касательной к обрабатываемой поверхности радиуса R – t. Деталь будет иметь вращение с числом оборотов na в минуту, обусловливающее круговую подачу. Поскольку вращение детали непрерывно, траектория относительного перемещения каждого резца в детали будет криволинейной, как это показано на рисунке 3. Траектория может быть представлена как дуга, проведённая из центра О1 (а для последующего резца О2) радиусом кривизны ς. Математическое описание принципа минимизации площади, заключённой между номинальным профилем обрабатываемой детали и профилем, образуемым при обработке следами инструмента, рассмотрено в работе [3]. В данной работе сделано несколько очень важных выводов: форма, точность и качество рабочих поверхностей инструмента в значительной степени влияет на точность и качество обработки поверхностей деталей. Это обусловлено тем, что макро- и микрогеометрия поверхности инструмента напрямую копируется на обрабатываемой поверхности и обусловливает достигаемый уровень параметров качества данной поверхности. Рисунок 3 – Схема определения длины дуги контакта и толщины среза при поперечном строгании поверхности вращения плоской протяжкой Особенно значительное влияние форма рабочих поверхностей инструмента оказывает на качество и технико-экономические показатели механообработки сложнофасонных поверхностей. Это обусловлено тем, что такие поверхности, например, с образующими в виде кривых второго порядка, обрабатываются методом построчечного огибания при точечном касании поверхности детали и инструмента. В таком случае от того, сколько дискретных положений касательно к обрабатываемой поверхности занимает инструмент в процессе обработки, а также от того, какую форму имеет формообразующая поверхность инструмента (прямая, окружность и т. д.), зависит величина и форма гребешка на обрабатываемой поверхности (рисунок 4). Это в свою очередь либо определяет параметры микрогеометрии поверхности обработанной детали, либо величину и форму припуска, который необходимо удалить последующей обработкой для получения заданных параметров качества. Рисунок 4 – Формообразование поверхности в виде семейства прямых или семейства окружностей На сегодняшний день метод обработки тел вращения протягиванием изучен недостаточно. Помимо больших габаритных размеров инструмента и высокой стоимости его изготовления образование огранки на поверхности детали является одним из основных недостатков данного метода. Решение данной проблемы выведет метод обработки тел вращения протягиванием на совершенно новый уровень, так как уже сейчас обеспечивается достаточно высокая точность получаемых деталей. Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы: метод протягивания тел вращения протяжками с подъёмом на зуб подходит для использования в первую очередь при черновой обработке, при добавлении в устройство инструмента калибрующих зубьев – при получистовой обработке. Для чистовых операций наиболее целесообразно использование наружной протяжки без подъёма на зуб с оптимизацией режимов резания для уменьшения величины образуемого гребешка. После решения вопроса о формообразовании поверхности детали при протягивании тел вращения следующими этапами проектирования данного инструмента будут оптимизация режимов резания, геометрических параметров инструмента и гибкости системы: o определение толщины срезаемого слоя; o определение скоростей перемещения детали и инструмента; o расчёт углов и усилий резания; o определение величины огранки; o выбор геометрических параметров зубьев; o определение состава блоков и геометрических параметров инструмента.