автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Резьбонарезные головки с поворотными гребенками и винтовым затылованием

На правах рукописи

ХАРИТОНОВ МИХАИЛ КОНСТАНТИНОВИЧ

РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ГОЛОВКИ С ПОВОРОТНЫМИ ГРЕБЕНКАМИ И ВИНТОВЫМ ЗАТЫЛОВАНИЕМ

Специальность 05.03.01 - "Технологии и оборудование механической и

физико-технической обработки*

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2003

Работа выполнена в «Научно-производственном объединении «Приоритет»

г. Тула.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Протасьев Виктор Борисович

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники,

доктор технических наук, профессор Ямников Александр Сергеевич.

Кандидат технических наук, профессор Стешков Александр Егорович.

Ведущая организация: Серпуховсхий опытный инструментальный завод, Московская область.

Защита состоится "25" ноября 2003 г. в 1У часов в учебном корпусе №1, ауд. 59 на заседании диссертационного Совета Д 212.021.01 в Брянском государственном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета (241035, г. Брянск, бульвар 50-летия Ок-тября,7).

Автореферат разослан "24*окгября 2003г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, доцент

А.В. Хандожко

2_о

"Т87ГГ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проектирование металлорежущих инструментов предусматривает решение вопросов, связанных с их конструкцией, изготовлением и эксплуатацией.

При обработке наружной резьбы так называемыми мерными инструментами, наиболее слабые позиции по всем параметрам имеют цельнометаллические плашки. Это наиболее применяемый инструмент для обработки наружных резьб, конструкция и технология изготовления которого не изменяются длительный период времени. Тем не менее, этим инструментам свойственен ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются следующие:

• плашки практически не перетачиваются;

• отсутствует компенсация размерного износа;

• проблематично применение твердых сплавов;

• задние поверхности зубьев плашек практически не шлифуют»«, а при использовании шлифования диаметральные размеры кругов малы и не имеют достаточной размерной стойкости;

• не используется положительный эффект комплексной взаимосвязи назначаемых геометрических параметров режущей части.

Особенно неблагоприятная ситуация наблюдается при обработке плашками резьб в диапазоне М1... Мб. Здесь по данным некоторых авторов брак по точности нарезаемых резьб стабильно составляет до 90% изготавливаемых инструментов. Наблюдается значительный разброс величин передних и задних углов. Полностью ресурс круглых плашек вообще не используется. Если даже переточка и выполняется, то не более одного раза, в то время как конструкция плашек допускает 2...4 переточки. Поэтому до 50% объема вышеуказанных плашек направлено на восстановление потерь от их нерациональной эксплуатации.

Применение самооткрывающихся винторезных головок не решает проблемы, так как из-за сложности их конструкции (до 20 деталей) оно экономически оправдано в серийном и массовом производствах.

Наиболее существенным решением, улучшающим ситуацию, следует

признать разработку и освоение промышленнрсда» нядаюнклвДОЬфмыми

зливафтся сдитерветг у.

оэ

странами инструментов с поворотными рейканф. когтв|йа^у^^влива1<ггет в

различные положения при работе и при заточке. В конструкциях плашек зги решения применения не нашли.

По мнению автора, прямое копирование идеи поворотных реек для плашек неприемлемо, но сборную плашку, условно выражаясь, можно «вывернуть наизнанку» : для заточки устанавливать рейки во внешнее положение и затачивать их как обычные метчики. В рабочем положении поворотные рейки устанавливают во внутреннее положение. Такая конструкция устраняет практически все недостатки цельных плашек и имеет не более 3...4 деталей. Теория проектирования и изготовления таких инструментов не разработана, и решение этой задачи определяет актуальность выполненной работы.

ЦИЧгМФЯТц

Создание конструкций перетачиваемых и регулируемых сборных резьбонарезных головок, теории их проектирования и элементов технологии изготовления.

Методы исследования

Исследование имеет теоретический характер. При его проведении использовались общепринятые положения и методы теории резания металлов и проектирования режущих инструментов. При расчете рабочих (кинематических) углов инструмента использован универсальный, отличающийся наглядностью, так называемый, векторный метод. Применены некоторые методы анализа из области квалиметрии.

Основные положения, выносимые автором на защиту

• разработанная общая теория проектирования сборных резьбонарезных головок, использующих принцип поворотных режущих элементов (гребенок), и теория их проектирования и изготовления с использованием винтового затылования;

• математическая модель резьбонарезных головок, определяющая их конструкцию и указывающая направления возможного совершенствования;

• методика определения рабочих углов режущих элементов на основе углов их заточки;

• рекомендации по использованию в сборных головках профильных, генераторных и комбинированных схем срезания припуска;

, • результаты производственных испытаний сборных головок.

Научная новизна работы

Создан обобщенный метод расчета и проектирования сборных резьбонарезных головок, изготовляемых с использованием винтового затылования, который может быть положен в основу разработки компьютерной модели проектирования.

Практическая значимость заключается в разработке конструктивно простого и высокотехнологичного сборного инструмента для обработки наружных резьб и рекомендаций по исполнению его конструктивных параметров и геометрии режущих инструментов с использованием процедуры переточек.

Реализация работы

Опытные образцы инструментов приняты к внедрению на ОАО «Арсенал», ОАО «Аркон», ОАО «Туласантехника».

Апробация работы

1. Первая международная конференция по проблемам проектирования, инструментального и метрологического обеспечения и производства зубчатых передач. Тула, ТулГУ. 2000 г.

2. Научно-техническая конференция, Тула, ТулГУ. 1999-2000 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 статей.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка и приложений, содержит 141 страницу печатного текста, 48 рисунков и 19 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность работы и сформулирована общая концепция выполняемых исследований.

В первой главе на основании данных технической литературы выполнен краткий анализ существующих методов обработки наружных резьб в диапазоне М1...М20.

Отмечается, что цельнометаллические плашки являются наиболее распространенным и наименее точным инструментом, применяемым для обработки резьб.

В подтверждение приводятся таблицы применяемости плашек на предприятиях с различными типами производств, обрабатываемыми материалами, СОЖ, режимами резания, степенью износа.

Раскрываются направления совершенствования круглых плашек, оцениваются возможности накатывания резьб различными инструментами и точения резьб самооткрывающимися винторезными головками.

В качестве выводов отмечается, что в конструкциях плашек и других резь-бообразующих инструментов не нашел применения принцип использования поворотных режущих элементов, занимающих различное положение при эксплуатации и заточке, а также способ винтового затылования, имеющий существенные преимущества перед традиционным затылованием.

Сделан акцент на принцип «выворачивания плашки наизнанку» (рис.1), когда в рабочем положении ( рис. 1а) режущие элементы 1 повернуты внутрь в корпусе 2 для нарезания резьбы диаметром (1 на заготовке 3, а задние поверхности шлифуются как обычная резьба диаметром й (рис. 16), и необходимые задние углы образуются автоматически.

Рис.1. Схема конструкции винторезной золовки с поворотными гребенками

В заключение главы формируются общая цель исследования и его основные задачи.

Во второй главе рассматриваются основные конструктивные элементы резьбонарезных головок, их расчет и взаимосвязь.

Принято, что положение, в котором происходит обработка резьбы гребе-. нок, считается технологическим, а в котором обрабатывается резьба заготовки -рабочим.

С целью выявления наиболее рациональных конструкций головок, проведена классификация их типов с учетом одиннадцати квалификационных признаков, каждый из которых имеет от двух до четырех рангов. Полученное число сочетаний явно избыточно, поэтому для дальнейших исследований принята т.н. базовая конструкция, отличающаяся следующими признаками:

• заточка гребенок ведется в рабочем корпусе;

• гребенки имеют регулировку в радиальном направлении;

• при формировании задней поверхности используется винтовое затылование на резьбошлифовальном станке;

• гребенки могут переставляться или не переставляться в пазах рабочего корпуса;

• может использоваться любая схема срезания припуска - профильная, генераторная или комбинированная;

• технологическая резьба многозаходная и углы подъема на обрабатываемой и технологической резьбе одинаковы.

Аналитически связь некоторых классификационных признаков в конечном итоге выразилась зависимостью;

1={0-(к-г+с), (1)

где:

/- число заходов технологической резьбы;

/0- число заходов обрабатываемой резьбы;

2 - число гребенок проектируемой головки;

К - коэффициент заходности технологической резьбы;

С - константа, принимающая значения (-1); 0; (+1).

Коэффициент заход ности К - любое целое число, который показывает, все ли затачиваемые гребенки затем устанавливаются в головку. Если К — 1, то применяются все гребенки, Если К = 2, то затачиваются два комплекта и т.п.

Константа С вносит не только различие в диаметральные размеры технологической резьбы, но, главное, в ее направление. Принимая добавку

С — +1 на технологической резьбе, получим левое направление нитки этой резьбы и ее правое направление в рабочем положении. Если С = —1, то ситуация изменится на обратную. При С = О нарезаемая резьба будет многоза-ходной, и каждая её нитка обрабатывается только одной из 2 гребенок. Такая схема признана нерациональной и в исследовании не рассматривалась.

Зависимость (1), описывающую все возможные случаи заходносги гребенок и обрабатываемых резьб, можно считать математической моделью головки, позволяющей формировать структуру определенного типа (рис.2). Стрелками на рис.2 показаны базовые конструкции головок, где П - любое целое число, равное числу гребенок головки

ТИП головки

Базовая без перестановки

гребенок_

Бамвах с перестановкой гребенок

¡о к ъ

+00 +00 +00

+п +п

+п

1 1

0 0

1

-1 -1

-П -л 0

-00 -00

ч

+1

-1

Рис. 2. Структура классификации типов резьбонарезных головок

Некоторые другие принципиальные схемы винторезных головок представлены в табл. 2, а в табл. 3 показаны параметры головок, рекомендуемые для резьб в диапазоне М1...М10 при С = +1 (без перестановки гребенок) при обработке однозаходной резьбы (/„ = 1).

Для пояснения технической части проектирования головок приведены наложенные друг на друга развертки (рис.3) по средним диаметрам обрабатываемой и технологических резьб.

Табл. 2.

Некоторые принципиальные схемы винторезных головок с поворотными гребенками

Номер Параметры Основные характеристики

схемы С к К Z конструкции

1 1-00 СО 1-00 Головка с прямозубыми поворотными рейками, шлифуемыми снаружи

2 1,2,... 2, 3,... 1,2,-.. Базовый тип, диаметр D2 не минимален

3 1 1 >1 Базовый тип с минимальными i и А

4 ±1 1 0 1,2,... Инструменты типа метчика, у которого шлифуется наружная (при D2 = d2) или внутренняя (D2 = -d2) резьба.

5 1 -1 >1 Шлифуется внутренняя резьба, число заходов z минимально.

6 1,2.... -2,-3,... 1,2,... Тип метчика. Технологическая резьба внутренняя, рабочая - наружная

7 1...СО -оо 1...оо Инструмент по схеме N«1, но технологическая «резьба» - внутренняя.

8 2, 3,... 1 1,2,... Базовая конструкция. D2 минимален. Каждая нитка резьбы заготовки обрабатывается всеми гребенками головки.

9 0 1 1,2,... Схема №8: D2 минимален, но каждая нитка резьбы детали обрабатывается Одной гребенкой головки

10

2, 3.... 1,2,... Схема №9, но Z)2 не минимален.

В таблице 2 <2?2. ' соответственно, средние диаметры нарезаемой и технологической резьб.

Табл.3.

Рекомендуемые сочетания параметров резьбонарезных головок

i 4 7 10

Z = 3

К 1 2 3

i 5 7 9

Z = 4

К 1 2 2

По построению рис. 3. при проектировании головок.

Рис. 3. Схема расположения режущих зубьев аребенок на развертках технологической (а) и рабочей (Е7; резьб при 2-3

Четырехугольник АВСИ показывает развертку по среднему диаметру <¡2 одноза-ходной обрабатываемой резьбы с длиной АВ = л-йг и углом подъема г0. Четырехугольник АВ&Ь с длиной АВ] = я • £>2 отражает развертку четырехзаход ной технологической резьбы с зубьями гребенок, обозначенными знаком д. Пунктиром отмечена линия объединения зубьев гребенок в рабочее положение головки, а сами зубья обозначены знаком (С7).

получены следующие зависимости, используемые

Т0=Т,

(2) (3)

Ж.^-^А-Г. (4)

2 z

где Y- окружной шаг гребенок проектируемой головки в рабочем положении.

Условностью рис 3. является изображение правой по направлению технологической резьбы вместо левой, что выполнено для облегчения восприятия процедуры проектирования винторезных головок. Это объясняется только тем, что при перевороте гребенок из технологического положения в рабочее направление резьбы меняется на противоположное, и это не требует доказательства.

Геометрия получения заднего угла а при перестановке гребенок из технологического положения в рабочее - повороте вокруг оси 0[, показана на схеме (рис.4), из которой можно найти соотношение:

а = а] +а2.

. sin а? ои

/ = -—; (5)

sin ccj a¡

Dn = 0,5-Jüt +d\ +2DTd\ cosa,

где:

а 2 и а] - задние углы на вершинах зубьев в торцовой плоскости, соответственно, в технологическом и рабочем положениях гребенок головки; £>п - диаметр, на котором расположены оси поворота гребенок.

Обозначенная как признак базовой конструкции перестановка гребенок в пазах при их переводе из технологического положения в рабочее возникает

только при С = -1. В этом случае гребенки не только переворачивают на 180°, но и меняются местами для получения необходимого направления резьбы. Схема перестановки (рис.5) неодинакова при четном и нечетном числе гребенок Т в головке.

Перестановка явление нежелательное и исключена из схемы дальнейших исследований.

Рис. 4 . Схема для расчета задних углов и диаметра, на котором расположены оси поворота гребенок головки

В третьей плаве проанализированы и доведены до уровня расчетных методик схемы срезания припуска и параметры режущего клина в рабочем состоянии. Доказано, что резьбонарезные головки допускают использование генераторных, профильных и комбинированных схем срезания припуска.

Наиболее перспективной признана комбинированная схема срезания припуска (рис. 6 ), особенностью которой является наклон передней поверхности Аг под углом Л3. Определенная величина этого угла создает условия, при

котором на калибрующем участке /к задние углы отсутствуют, и головка приобретает свойства самозатягивания. Наличие угла фз на участке 1'р позволяет изменять длину 1р режущей части, что важно при особых требованиях к длине

сбега нарезаемой резьбы. Анализ профильной схемы срезания припуска показывает, что за счет различия винтовых параметров резьбы нарезаемой детали и головки, а так же угла А.3 на заборном конусе /„, схема резания становится

несимметричной (рис.7), и вершина зуба гребенки перемещается по траектории ЕВ'В. При этом изменяются толщины изменяемых слоев на левой ал и правой ап боковых режущих кромках Изменение толщин зависит от величины от-

------а- а а до перестановки

» • • после перестановки

Рис. 5. Схема перестановок гребенок из технологического (а) в рабочее (*) положение

а а 3

ы

6)

Рис. 6. Комбинированная схема (а) вырезания резьбового профиля и геометрия режущей части гребенки (б)

А А' О Е С'

Рис.7. Относительное отклонение профилей резьбы заготовки и гребенки

Получены зависимости для определения толщин срезаемых слоев по правой и левой сторонам профиля. Показано, что в конце вырезания профиля

толщина по правой стороне на 15% больше, чем на левой при номинальной толщине 0,025 мм для резьбы М4-вд.

Основная часть исследований главы посвящена установлению аналитически точных методик определения рабочих углов аР, ур и Лр для любых точек режущего клина резьбонарезных головок.

В разработанных методиках вначале приводится анализ статических углов заточки и даются рекомендации по их выбору, далее методом векторного анализа получены зависимости для расчета рабочих углов ар, ур и ЛР для правой и левой режущих кромок профиля резьбы:

_ -г)-сов е- $т(/3 ±

ЩУр(пм) ~ : ;-:-(в)

-т)^cose^cos(0±g)•cosrP^ПM)

арп=90-(<т + уп)-, (в)

а?л=(сг + Гя)±90. (9)

Для головной режущей кромки:

smg•cos(Xз -е) ъХ _-т)-со$е-5гп(<р3+г)-со5гРГ

а,г=90±(оу + Гг); (12)

где gl е, Уг, Уп, Ул, а, ар - промежуточные параметры, зависящие от исходных статических углов а, у и Я, радиусов расчетных точек г и профильных углов обрабатываемой резьбы.

Фигура 123 (рис. 66) на передней поверхности Ау гребенки является геометрическим местом, на котором расположены точки всех режущих кромок. Тенденция изменения рабочих углов в наиболее информативной точке 3 для резьбы М4-6д показана на рис.8.

Рис. 8. Рабочие угпыССр, ур и Яр для точки 3 режущей кромки в зависимости от углов углом и <рг (6), х - уот, о - аот. (П - правая боковая кромка, Л - левая, Г - головная).

Полученные данные в дальнейшем исследовании использованы в поиске комплексного оптимизированного сочетания всех углов заточки.

В четвертой главе разработана методика конструирования резьбонарезных головок, которая поясняется примером конструирования головок для обработки резьбы М4-6д и рассмотрены важнейшие вопросы технологии изготовления этого инструмента.

; Поскольку геометрические параметры связаны друг с другом, то получить

оптимальное значечие каждого из них невозможно. Практика и экспериментальные исследования показывают, что для большинства обрабатываемых ма-I териалов на изменение периода стойкости наиболее интенсивно влияет изме-

нение заднего угла, менее интенсивно - изменение переднего угла и еще менее - угла наклона режущей кромки. Поэтому вначале назначается задний угол, затем два остальных. Длина режущей части 1р может заранее задаваться или не

задаваться. В последнем случае она определяется углами фъ и Аэ.

Графики влияния этих двух параметров на величину IР показаны на рис.9, где пунктирными линиями изображены оптимальные задние углы в точке 3

Ъ

30

>

20

►

10

10

>3

Рис. 9 .Графики взаимодействия параметров 1Р, Л3, ф}и а2для резьбы М4

В том случае, если длина режущей части не задается, то определение оптимального сочетания и геометрических параметров может быть проведено следующим методом.

Определяются рабочие углы аР, ур\л Яр в характерных точках 1, 2 и 3 передней поверхности и рассчитывается комплексный показатель геометрических параметров на основе экспертных оценок.

Для каждого угла установлены три уровня параметров: °

В-высокий 18°<гР <25°; -5°<ЯР <5°; 8°<аР <12°;

С -средний 5°<уР< 27°; -12° <ЯР< 12°; 6° < аР < 14°; J

Н - низкий 5°> Гр > 27°; -12° > Яр> 12°; 6° >аР > 14°.

Используя значения весовых коэффициентов «д», сумма которых равна единице, определены значения среднего квадратического взвешенного по формуле:

ё = (13)

пн "с

где Qi = 1- I gH -0,5 ; (14)

H=l C=1

gH; gc - весовые коэффициенты низкого и среднего уровней;

пн ;пс - число единичных показателей низкого и среднего уровней.

«

Для головки под резьбу М4-6д расчеты сведены в таблицу 4.

Наиболее оптимальное соотношение углов аР, ур и ЛР получено при ¿5=5°, 03=10°. ПРИ/р= 2,11 ММ.

На рис. 10 приведен чертеж резьбонарезной головки для обработки резьбы М4-6д.

В заключение главы рассмотрены особенности заточки гребенок по резьбовому профилю и распределение конструкторских и технологических допусков.

Табл. 4.

Исходные данные для расчета обобщенного показателя () геометриче-

ских параметров и значений обобщенного показателя

4 <Ръ i У Гр а, я, Й 0. Место

п л г п л г п л г

10° 5° 3,16 1 1 с с в Н Н с н н н 0,280 0,390 3

2 2 с Н в н Н с н н н 0.245

3 3 с Н н в в с в в н 0.485

10° 10° 1,94 4 1 с с в Н Н с н н н 0,280 0,393 2

5 2 с Н в Н Н с н н н 0,245

6 3 с Н с в с с с с с 0,490

10е 15° 1,31 7 1 с с в н Н с н н н 0,330 0,332 4

8 2 с н с н Н с н н н 0,165

9 3 с н с н с с н н н 0,390

5° 10° 2,11 10 1 с с в Н н в н н н 0,330 0,394 1

11 2 с с в Н н с н н н 0,280

12 3 с н с с с в н н в 0,465

15" ю- 1,71 13 1 в Н с с Н Н н н н 0,175 0,299 5

14 2 в н с с Н Н н н н 0,175

15 3 с н н в с с в с н 0,385

В пятой главе рассмотрены направления улучшения конструкций резьбонарезных головок. Наиболее «слабым» местом конструкции предлагаемых головок является то, что они не исключают процедуру свинчивания или хотя бы облегчают ее, поскольку именно при свинчивании из-за попадания стружки под заднюю поверхность зубьев часто наблюдается поломка инструментов.

Предложена конструкция открывающихся при реверсе головок, когда гребенки под действием внешнего усилия отходят от обработанной резьбы. Рассмотрены также вопросы:

• модернизации задней поверхности, использующей уступ для срезания стружки при обратном ходе;

• возможности двухстороннего резания, когда головки, как и плашки, имеют режущую часть на обоих торцах;

• использования порошковых сталей;

• возможности использования однозаходной технологической резьбы;

• возможности модификации схем срезания припуска и использование равностойностой схемы.

Предложенные резьбонарезные головки прошли промышленные испытания на ГУП «Челябинский авгоматно-механичесхий завод», ОАО «Аскон», ОАО «Туласантехника», ОАО «Скуратовсхий механический завод». Наиболее значительные результаты получены при обработке латунных деталей из Л-52 и при нарезании резьб М8-8д на стержнях из вольфрамосодержащих материалов для электронагревательной аппаратуры, где круглые плашки оказались неработоспособными.

6Ь9

Технологическое положение гребенок

В

Рис. 10 Конструкция резьбонарезной головки

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Основным инструментом, применяемым в производстве для нарезания наружных метрических резьб диаметром 1...20 мм, являются стандартные круглые плашки. Органические недостатки, присущие самой конструкции круглых плашек - низкое качество режущих поверхностей, небольшой ресурс, свя-

' занный с незначительным периодом стойкости и редко используемой возмож-

ностью переточек после затупления, отсутствие возможности регулировки диаметров нарезаемой резьбы и т.д. - приводят к необходимости разработки аль-^ тернативной конструкции резьбонарезного инструмента, лишенного или, хотя

бы, сводящего к минимуму эти недостатки.

2. Теория винтового загтылования может быть использована при проектировании сборных винторезных головок с поворотными режущими элементами - гребенками, затылуемыми винтовым шлифованием в одном (технологическом) положении и переставляемыми в другое (рабочее) положение. Комплексная теория проектирования резьбонарезных головок с поворотными гребенками в настоящее время отсутст вует.

2. Один из наиболее технологичных вариантов конструкции головок основан на равенстве углов подъема технологической и обрабатываемой резьб, что вызывает необходимость делать технологическую резьбу многозаходной, получать определенное осевое смешение резьбового профиля каждой последующей гребенки относительно профиля предыдущей. Эта закономерность по) зволяет определить диаметры технологической резьбы.

3. При определенных в этом исследовании условиях требуется не только поворот гребенок на 180° при их перестановке из технологического положения в

1 рабочее, но и перестановка некоторых гребенок местами. Использовать такие

конструкции нежелательно, т.к. априори известно, что при перемене баз возникают погрешности, снижающие точность обрабатываемой резьбы.

4. Предложенная математическая модель резьбонарезных головок с поворотными гребенками определяет их конструкцию, указывает направление в их возможном применении и совершенствовании.

5. Рассмотренные резьбонарезные головки могут вырезать резьбовой профиль по различным схемам - профильной, генераторной, их комбинациям и модификациям. В работе получены зависимости, связывающие углы заточки -

передний, задний, угол режущей части, продольный угол наклона передней поверхности с кинематическими (рабочими) углами ар, ур и Хр режущей части.

6. Как показывают расчеты, рабочие углы ар, ур и Хр на различных

режущих кромках резко отличаются и не существуют комбинации статических углов, позволяющей получить оптимальные рабочие углы в каждой точке режущих кромок. С использованием принципов квалиметрии предложена методика выбора наилучшего сочетания углов заточки.

7. Методика расчета резьбонарезных головок, М4-6д показала хорошие результаты в производственных условиях.

8. Установлены варианты совершенствования резьбонарезных головок: с самооткрывающейся конструкцией, конструкцией двустороннего резания, специфических схем вырезания резьбового профиля, использования порошковых материалов и т.д.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Протасьев В.Б., Харитонов М.К. Выбор числа заходов винторезных головок с постоянными гребенками //Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых переда: Сб. научных трудов-Тула: ТулГУ, 2000 г.. - с. 202 - 205.

2. Харитонов М.К., Спиридонов Э.С. Пути улучшения конструкции резь-^ бонарезных головок с поворотными гребенками //Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых передач: Сб. научных трудов - Тула: ТулГУ, 2000 г.,- с. 200 - 202.

4 3. Харитонов М.К. Расчет кинематических геометрических параметров

резьбонарезных головок с поворотными гребенками. Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения - Технология 2002/ Под общей редакцией д.т.н. проф. В.А. Голенкова, д.т.н. проф. Ю.С. Степанова..- Орел,: 2002 г. -с.143- 147.

4. Харитонов М.К., Спиридонов Э.С. Расчетные зависимости для определения статических геометрических параметров резьбонарезных головок с поворотными гребенками. Тула: ТулГУ, 2002, 14 с. - Деп. в ВИНИТИ 22.01.03 №141 - В2003.

5. Харитонов М.К. Особенности профильной схемы срезания припуска при обработке резьбонарезными головками.// Известия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып.2. Инструментальные системы -.прошлое, настоящее, будущее. .Труды Международной научно-технической конференции.Тула: ТулГУ, 2003 г. с.263-266.

' 6. Спиридонов Э.С., Харитонов М.К. Вариант комплексирования геомет-

рических параметров инструмента при их оценке. // Изёестия ТулГУ. Сер. Машиностроение. Вып.2. Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее. Труды Международной научно-технической конференции. Тула: ТулГУ, 2003 г. с.249-252.

7. Харитонов М.К. Равностойкостная схема срезания припуска в резьбонарезных головках с поворотными гребенками. Справочник. Инженерный журнал № 11, Москва, 2003 г., стр. 25-29.

2-oog-A 1 >87.1 f * 18719

ЛИД 00057 от 10.08.99

ООО РИФ «Инфра» 300034, г. Тула, ул. Революции, д. 39 Тел./факс (0872) 36-47-65, E-mail: npflidar@tula.net I

I

<

Размножено на ризографе.

й

Отпечатано с готового оригинал-макета.

Заказ №532. Тираж 80 экз

Введение.

1. Актуальность, цель и задачи исследования.

1.1. Проблемы в области инструмента для нарезания наружных резьб диаметром 3-20 мм.

1.2. Принцип конструкции сборной резьбонарезной головки с поворотными режущими элементами и ее положительные • особенности.

1.3. Цель работы и задачи, решаемые для ее достижения.

2. Основные элементы конструкции резьбонарезных головок, их расчет и взаимосвязь.

2.1. Типы резьбонарезных головок с поворотными гребенками.

2.2. Расчет основных параметров резьбонарезных головок.

2.3. Математическая модель схемы резьбонарезных головок.

2.4. Другие элементы конструкции и формирование задних углов.!.

3. Схемы срезания припуска и геометрические параметры резьбонарезных головок.

3.1. Схемы срезания припуска резьбового профиля.

3.2. Статические параметры резьбонарезных головок.

3.2.1. Рекомендуемые значения геометрических параметров.

3.2.2. Расчетные зависимости для определения статических геометрических параметров резьбонарезных головок.

3.3. Кинематические параметры резьбонарезных головок.

4. Конструирование резьбонарезных головок.

4.1. Методика расчета конструкции головок.

4.2. Некоторые вопросы технологии изготовления резьбонарезных головок.

5. Пути улучшения конструкции резьбонарезных головок.

5.1. Использование принципа самооткрывания.

5.2. Применение уступа на задней поверхности.

5.3. Резьбонарезная головка двустороннего действия.

5.4. Использование порошковых сталей в конструкциях головок.

5.5. Применение однозаходной технологической резьбы.

5.6. Модификация схемы вырезания резьбового профиля.

5.7. Использование равностойкостной схемы срезания припуска.

Основным направлением развития инструментального производства в настоящее время можно считать повышение качества производимого инструмента, которое в значительной степени определяет надежность функционирования каждого отдельного станка и производственной системы в целом. При выполнении некоторых технологических операций именно инструмент играет роль ограничивающего фактора по таким показателям, как производительность, точность, себестоимость. Это в полной мере относится к процессу нарезания наружных, особенно малоразмерных (до М5), резьб.

Резьбообразующий инструмент по конструктивным и технологическим параметрам можно считать достаточно сложным, уступающим в этом отношении, пожалуй лишь, зуборезному инструменту. Этим объясняется постоянное совершенствование известных конструкций такого инструмента, разработка новых типов, большое число научно-технических исследований.

На эффективность резьбообразующего инструмента, как и вообще любого другого, большое влияние оказывает оптимальность конструкции, возможность использования в режущей части прогрессивных инструментальных материалов, необходимое сочетание всего комплекса геометрических параметров, технологичность в изготовлении, надежность и неприхотливость в эксплуатации.

Одним из существенных недостатков многих резьбонарезающих инструментов является трудоемкость и сложность формообразования передней и задней поверхностей лезвия, обеспечивающих требуемые параметры режущей кромки. У инструмента, предназначенного для обработки наружных резьб, эти поверхности иногда оказываются недоступными для выполнения такой окончательной операции, как шлифование после термообработки. Естественно, что это отрицательно сказывается как на точности обрабатываемой резьбы, так на ресурс самого инструмента.

В последние годы на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета разрабатывается новое направление в формировании задних поверхностей некоторых инструментов, получившее название «винтовое затылование».

Как частный случай такое затылование использовано в конструкции резьбонарезных головок, режущие элементы которых - гребенки - затылуются по винтовой поверхности для получения необходимых задних углов в одном, технологическом положении, а затем устанавливаются в другое, рабочее положение, в котором происходит нарезание резьбы на заготовках.

Общие выводы по работе

1. Основным инструментом, применяемым в производстве для нарезания наружных метрических резьб диаметром 1.20 мм, являются стандартные круглые плашки. Органические недостатки, присущие самой конструкции круглых плашек - низкое качество режущих поверхностей, небольшой ресурс, связанный с незначительным периодом стойкости и редко используемой возможностью переточек после затупления, отсутствие регулировки диаметров нарезаемой резьбы и т.д. - приводит к необходимости разработки альтернативной конструкции резьбонарезного инструмента, лишенного или хотя бы сводящего к минимуму эти недостатки.

2. Разработанная на кафедре ИМС ТулГУ теория винтового затылования может быть использована при проектировании сборных винторезных головок с поворотными режущими элементами - гребенками, - затылуемыми винтовым шлифованием в одном (технологическом) положении и переставляемыми в другое (рабочее) положение.

Комплексная теория проектирования резьбонарезных головок с поворотными гребенками в настоящее время отсутствует.

3.Резьбонарезные головки с поворотными гребенками характеризуются большим числом признаков, что говорит о широких возможностях в области их конструирования для обработки широкого спектра резьб, отличающихся по диаметру, шагу, направлению резьбы, числу заходов и т.д.

4. Один из наиболее технологичных вариантов конструкции головок основан на равенстве углов подъема технологической и обрабатываемой резьб, что вызывает необходимость делать технологическую резьбу многозаходной, получать определенное осевое смещение резьбового профиля каждой последующей гребенки относительно профиля предыдущей. Эта закономерность позволяет определить диаметры технологической резьбы.

5. При определенных условиях требуется не только поворот гребенок на

180° при их перестановке из технологического положения в рабочее, но и перестановка некоторых гребенок местами. Использовать такие конструкции нежелательно, т.к. априори известно, что при перемене баз возникают погрешности, что может сказаться на точности обрабатываемой резьбы.

6. Предложенная математическая модель схемы резьбонарезных головок с поворотными гребенками определяет их конструкцию, указывает направления в их возможном применении и совершенствовании.

7. Поскольку рассматриваемые резьбонарезные головки могут вырезать резьбовой профиль по различным схемам - профильной, генераторной, их комбинациям и модификациям и в работе могут участвовать головная, левая и правая боковые режущие кромки, то возникает вопрос о назначении оптимальных геометрических параметров - переднего, заднего углов и угла наклона режущей кромки. В работе получены зависимости, связывающие углы заточки - передний, задний, угол режущей части, продольный угол наклона передней поверхности со статическими и кинематическими (рабочими) углами у, (1 и X режущей части. Использование этих зависимостей возможно только на основе четких знаний о необходимой величине рабочих углов для конкретных условий обработки, что теория резания металлов не всегда позволяет получить.

8. Как показывают расчеты, рабочие углы у, а и А, на различных режущих кромках резко отличаются и не существует комбинации углов в заточке -переднего, заднего, угла режущей части, угла продольного наклона передней поверхности, позволяющей получить ошимальные рабочие углы на каждой режущей кромке. Предложенная методика, основанная на расчете обобщенного критерия оценки рабочих геометрических параметров, позволяет с учетом имеющихся сведений из теории резания, решить этот вопрос.

9. Методика расчета резьбонарезных головок, апробированная для резьбы M4-6g, показала хорошие результаты в производственных условиях. Теоретические и экспериментальные исследования указали на целесообразность и пути округления вершин зубьев гребенок, учета радиуса округления шлифовального круга при обработке технологической резьбы.

10. Некоторые проработанные моменты, связанные с совершенствованием конструкций резьбонарезных головок, показывают, что путями в этом направлении могут быть самооткрывающиеся конструкции, конструкции двустороннего резания, использование порошковых материалов и специфических схем вырезания резьбового профиля.

11. Принцип получения лезвия винтовым затылованием может быть использован не только для резьбонарезного инструмента, но и, например, для инструмента, обрабатывающего продольным точением фасонные нежесткие заготовки.

1. Алексеев Г.А, Арпшнов В.А., Смольников Е.А. Расчет и конструирование режущего инструмента.-М.; Машгиз, 1951.-602 с.

2. Антонов Н.П. Скоростное нарезание резьбы резцами методом последовательных проходов/Лехнология машиностроения. Вып.23. Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента.-Тула: ТЛИ, 1971.-С.17-28.

3. Батова H.H. Проектирование и изготовление малоразмерных плашек: автореф. Дис.канд. техн. наук. Тула, 1999,-19 с.

4. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов.-М.: Машиностроение, 1975,344 с.

5. Бобров В.Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом.- М.: Машиностроение, 1982. -104 с.

6. Бобров В.Ф., Моисеев A.B. Резание с обеспечением постоянной стойкости резьбового резца на отдельных проходах // Вестник машиностроения, 1974. -№ 3. - С.75-77.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

8. Ведомственные нормали по резьбонарезному инструменту. М.: НИИТАВТОПРОМ, 1957. - 215 с.

9. Ю.Вульф А.М. резание металлов. 2-е изд. - JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1973.-496 с.

10. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов.- М.: Высш. Школа, 1985.-304 с.

11. Гринвальд Г.В., Дрожкин В.Ф. Состояние эксплуатации круглых плашек в промышленности и пути повышения эффективности их использования // Экспресс-информация. Режущий инструмент. Лезвийный инструмент. Вып.З. М.: НИИмаш, 1984.-47 С.

12. ГОСТ 8724-81. Резьба метрическая. Диаметры и шаги.- Введ. 01.01.1982. -М.: Изд-во стандартов, 1981ю -6 с.

13. ГОСТ 9150-81. Резьба метрическая. Профиль. Введ. 01.01.1978. - М.: Изд-во стандартов, 1977, - 5с.

14. ГОСТ 9740-71. Плашки круглые. Технические условия. -Введ.01.07.73.- М.: Госстандарт России, 1992.-63 с.

15. Гост 16093-81. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором. Введ. 01.01.1982,- М.: Изд-во стандартов, 1981. -28 с.

16. ГОСТ 17587-72. Плашки круглые для метрической резьбы. Допуски на резьбу.- Введ. 01.07.73. М.: Изд-во стандартов, 1992.- 28 с.

17. ГОСТ 24705-81. Резьба метрическая. Основные размеры. Введ. 01.01.78. -М.: Изд-во стандартов, 1977.-20 с.

18. Еланова Т.О., Хритинкова О.И. прогрессивный металлорежущий инструмент. Часть 5. Резьбообрабатывающий инструмент: / ВНИИТЭМП, 1992.-44 с.

19. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов.- М.: Машиностроение, 1984. -272 с.

20. Инструкция по эксплуатации винторезных головок с круглыми гребенками.(ГОСТ 21760-76-21765-76).- М. ¡Завод режущих инструментов «Фрезер», 1981.-36 с.

21. Коноплев В.Н, Матвеев В.В. Сила резания при работе метчиками с комбинированной схемой резания // Технология машиностроения. Вып 23. Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента. Тула: ТЛИ, 1971.- С. 60-74.

22. Коганов. И.А., Скрипаль А.И., Кузнецов В.П. Обработка наружных резьб многорезцовыми головками // Прогрессивная технология формообразования и контроля резьб. Тезисы докл. Науч.-техн. конференции. Тула: ТЛИ, 1980.-С. 26-28.

23. Ларин М.Н. Оптимальные геометрические параметры режущей части инструментов. М.: Оборонгиз, 1953.- 146 с.

24. Лапшев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография /Курск. Гос.Техн.ун-т. Курск, 1997.-391 с.

25. Лашнев С.И. Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.Машиностроение, 1980.- 207 с.

26. Лапшев С.И. Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.- 391 с.

27. Литвинов C.B., Хлудов С.Я. Варианты исполнения задней поверхности на режущей части сборной плашки // Исслед. в обл. инструм. пр-ва и обраб. металлов резанием.- Тула: ТулГУ, 1993.- С.83-88.

28. Лукашевич. Г.Е. Винторезные головки. М.Машиностроение, 1968.-100 с.

29. Маслов А.Р. Современные тенденции развития режущих инструментов. Обзор. М.:НИИМаш, 1984.- 51 с.

30. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб. -М.: Машиностроение, 1978.-88 с.

31. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб (машинными метчиками). -М.Машиностроение,-1968. -116 с.

32. Машиностроение. Энциклопедический справочник / Под ред. Кован В.М. Раздел 3. Технология производства машин. Т.7.- М.:Машгиз, 1949.- 708 с.

33. Моисеев A.B. Оптимизация геометрии инструмента и режима резания при нарезании резьб резцом // Исследования в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб.Сб. науч. тр. Тула: ТЛИ, 1979.- С. 22-26.

34. Моисеев A.B. Исследование некоторых вопросов нарезания крепежных резьб резцом. Автореф. Дис. канд.техн.наук. Тула, 1974.- 25 с.

35. Патент РФ № 2030260, МКИ В23 G5/10, 1995. Резьбонарезная головка.

36. Петрухин С.С. Основы проектирования режущей части металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1969.- 163 с.

37. Писаревский М.И. Накатывание точных резьб и шлицев. М.:Машгиз, 1963.176 с.

38. Пертухин С.С, Евдокимов В.А. Классификация схем срезания припуска // Исследования в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб. Тула: ТЛИ, 1979.- С. 2226.

39. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высш. школа, 1974.-587 с.

40. Пономаренко А.И., Закревский A.M., Дашевский И.И. Изготовление плашек из стали Р18 для нарезания резьб 2-го класса точности на труднообрабатываемых материалах // Технология и организация производства. № 3, 1968.-С. 59-62.

41. Попов С.А., Дибнер Л.Г., Каменкович А.С. Заточка режущего инструмента. -М.: Высшая школа, 1970.- 315 с.

42. Протяжки фирмы Wagner, ФРГ.

43. Протасьев В.Б., Соловьев С.И., Мосин А.В. Особенности расчета модульных фрез с винтовым затылованием зубьев // Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием.- Тула: ТулГУ, 1993.-С.5-8.

44. Протасьев В.Б., Харитонов М.К. Выбор числа заходов винторезных головок с поворотными гребенками // Современные проблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых передач: Сб.науч.тр. -Тула: ТГУ, 2000.- С. 202-205.

45. Пушмин Б.М. Исследование многопроходного нарезания упорной резьбы: Автореф. Дис. канд.техн.наук. Тула, 1974.- 26 с.

46. Развитие науки о резании металлов / В.Ф. Бобров, Г.И. Грановский, H.H. Зорев и др.- М.: Машиностроение, 1972.- 413 с.

47. Резьбообразующий инструмент. Учебное пособие / Под общ. Ред. М.З.Хвостикоева. Пенза: Технологич. ин-т, 2000.- 405 с.

48. Родин П.Р. Металлорежупще инструменты. Киев: Вища школа, 1974.- 399 с. 5 7. Садов В.А. Оптимизация процесса многопроходного нарезания резьбырезцом: Дис. кацц.техн.наук. Тула, 1983.- 204 с.

49. Семенченко И.И. реющий инструмент. Т.2. М.: Машгиз, 1938.- 676 с.

50. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, 1963.- 952 с.

51. Соколовский И.А. Режущий инструмент для приборостроения, 3-е изд, перер и доп. - М.: Машиностроение, 1982.- 208 с.

52. Справочник металлиста: в 5-ти т. / Под ред Малова А.Н. и др. М.: Машгиз, 1960.

53. Справочник по обработке металлов резанием / Абрамов Ф.Н., Коваленко В.В., Любимов В.Е. и др. Киев: Техника, 1983.- 239 с.

54. Справочник технолога машиностроителя / Под ред. Малова А.Н. Изд 3-е. М.: Машиностроение, 1973. 568 с.

55. Справочник инструментальщика,- М.: Машгиз, 1949. Tl.- 410 с.

56. Справочник инструментальщика / Под общ. Ред. И. А. Ординарцев а,- Л.: Машиностроение. Ленинг. Отд-ние, 1987.- 846 с.

57. Справочник инструмеш-альпщка-конструктора / Климов В.И., Лернер A.C., Пекарский М.Д., Смирнов Л.М., Шлеймович М.А. М.: Машгиз, 1958.- 608 с.

58. Султанов Т.А. Резьбонакатные головки.- М.: Машиностроение, 1966,- 136 с.

59. Трент E.H. Резание металлов: Пер. с анг.- М.: Машиностроение, 1980.- 263 с.

60. Ушаков М.В., Ушакова И.В. Определение числа . переточек мелкопрофильного инструмента с винтовым затылованием // Исследование в области инструментального производства и обработки металлов резанием. -Тула: ТулГУ, 1993.- С. 14-17.

61. Филипов Г.В. Режущий инструмент. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.-392 с.

62. Фрумин Ю.Л. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент. Изд. 2-е, перер и доп. М.: Машиностроение, 1977.- 183 с.

63. Фрумин Ю.Л. Комплексное проектирование инструментальной оснастки.-М.: Машиностроение, 1987.- 344 с.

64. Харитонов М.К., Спиридонов Э.С. Пути улучшения конструкции . резьбонарезных головок с поворотными гребенками И Современныепроблемы и методология проектирования и производства силовых зубчатых передач: Сб. науч. тр. Тула: ТГУ, 2000.- С. 200-202.

65. Четвериков С С. Металлорежущие инструменты. М.: Высшая школа, 1965.-731с.

66. Шевченко А.Н. Современный зарубежный зуборезный инструмент. Обзор. М: НИИмаш, 1976.- 56 с.

67. Шишкин И.Ф., Станякин В.М. Квалиметрия и управление качеством: Учебник для вузов.- М.: изд-во ВЗПИ, 1992.- 225 с.

68. Щеголев A.B. Конструирование протяжек.- М-Л.: Машгиз, I960.- 351 с.

69. Якунин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьбы. Справочник. М.: Машиностроение, 1989.- 192 с.

70. Ямников A.C., Мягков Ю.В. Оптимизации схемы резания при нарезании резьб многорезцовыми головками // Исследования в области технологии механической обработки и сборки машин.- Тула: ТЛИ, 1978.- С. 53-60.

71. Ямников A.C. Основы разработки высокопроизводительных процессов резьботочения // Прогрессивная технология формообразования и контроля резьб. Тезисы докл. науч.-техн. конференции. Тула: ТЛИ, 1980.- С. 22-25.1391.ометрия заточки I