Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8952| Назва: | «Аналіз системи проектування різьбових фрез з урахуванням забезпечення технологічності їх виготовлення» |
| Автори: | Канашевич, Георгій Вікторович Вертипорох, Степан Володимирович |
| Ключові слова: | Системи проектування |
| Дата публікації: | 2024 |
| Короткий огляд (реферат): | АНОТАЦІЯ Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Аналіз системи проектування різьбових фрез з урахуванням забезпечення технологічності їх виготовлення» Виконавець: студент групи мТМ-32 Вертипорох Степан Володимирович. Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович. Кваліфікаційна робота містить 99 сторінок формату А4, 40 рисунків, 19 таблиць, 54 літературні джерела. У роботі досліджується проєктування кінцевих гребінчастих різьбових фрез з урахуванням технологічних можливостей сучасного обладнання, зокрема шліфувально-заточувальних верстатів із числовим програмним керуванням (ЧПК). Розроблено алгоритм і систему проєктування різьбових фрез, що забезпечує точність виготовлення різьби відповідного класу точності та підвищення продуктивності їх виготовлення. Актуальність роботи полягає в необхідності імпортозаміщення різьбових фрез та забезпеченні їх виробництва відповідно до сучасних стандартів. Перший розділ присвячений аналізу властивостей і конструкцій різьбових фрез, методів їх виготовлення та сучасного обладнання для їх проєктування. Другий розділ охоплює розробку алгоритму автоматизованого створення креслень та оцінку конструкцій різьбових фрез. Третій розділ містить результати експериментального дослідження працездатності виготовлених зразків фрез та їх оцінку в умовах виробництва. Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних ситуаціях; Вимоги безпеки до металообробних верстатів. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8952 |
| Розташовується у зібраннях: | 131 Прикладна механіка (Технології машинобудування) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Вертипорох.pdf Restricted Access | 3.83 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра
на тему: «Аналіз системи проектування різьбових фрез з урахуванням
забезпечення технологічності їх виготовлення»
Виконав: здобувач 2 курсу, групи мТМ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Технології машинобудування»
Вертипорох Степан Володимирович
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій
Вікторович
Рецензент: Начальник виробництва ТОВ «МНВК»
Станко-Груп» м.Черкаси
Васильківський Олександр Вікторович
Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Технології машинобудування»
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра
_Вертипороху Степану Володимировичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Аналіз системи проектування різьбових фрез з урахуванням
забезпечення технологічності їх виготовлення».
Керівник роботи Канашевич Георгій Вікторович, д.т.н., професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Характеристики різьбових фрез; Вимоги до
технологічності виготовлення, Характеристики матеріалів, що будуть
оброблятися; Завдання до розділу охорона праці та безпека в НС
4. Зміст пояснювальної записки: Стан питання; Класифікація різьб; Аналіз
конструктивних особливостей елементів кінцевих різьбових фрез; Обладнання;
втоматизоване створення креслення на основі тривимірної твердотільної
моделі; Дослідження впливу параметрів встановлення та форми профілю
шліфувального круга на форму стружкової канавки в торцевому перерізі;
Оцінка працездатності комбінованої різьбової фрези зі свердлильною
частиною на торці; Охорона праці та безпека в НС
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт
дослідження, предмет дослідження; Аналіз існуючих способів фрезерування
різьби; Способи різьбофрезерування кінцевими різьбовими фрезами;
Обладнання; Граничні умови навантаження різьбової фрези. Параметризована
3D-модель різьбової фрези; Порівняння експериментального та теоретичного
торцевих перерізів стружкових канавок; Різьбоутворююча фреза.
Випробування різьбових фрез; Конструкція комбінованої різьбової фрези;
Охорона праці та безпека в НС; Загальні висновки
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Канашевич Георгій Вікторович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович
7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.04. - 01.10.2024
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2024
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2024
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2024
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2024
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2024
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2024
8 Захист роботи 17.12.-19.12.2024р.
Здобувач ___________ Степан ВЕРТИПОРОХ
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
Керівник ___________ _Георгій КАНАШЕВИЧ__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ
4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Аналіз системи проектування
різьбових фрез з урахуванням забезпечення технологічності їх виготовлення»
Виконавець: студент групи мТМ-32 Вертипорох Степан Володимирович.
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович.
Кваліфікаційна робота містить 99 сторінок формату А4, 40 рисунків, 19
таблиць, 54 літературні джерела.
У роботі досліджується проєктування кінцевих гребінчастих різьбових фрез
з урахуванням технологічних можливостей сучасного обладнання, зокрема
шліфувально-заточувальних верстатів із числовим програмним керуванням (ЧПК).
Розроблено алгоритм і систему проєктування різьбових фрез, що забезпечує
точність виготовлення різьби відповідного класу точності та підвищення
продуктивності їх виготовлення.
Актуальність роботи полягає в необхідності імпортозаміщення різьбових
фрез та забезпеченні їх виробництва відповідно до сучасних стандартів.
Перший розділ присвячений аналізу властивостей і конструкцій різьбових
фрез, методів їх виготовлення та сучасного обладнання для їх проєктування.
Другий розділ охоплює розробку алгоритму автоматизованого створення
креслень та оцінку конструкцій різьбових фрез.
Третій розділ містить результати експериментального дослідження
працездатності виготовлених зразків фрез та їх оцінку в умовах виробництва.
Четвертий розділ присвячено Охороні праці та безпеці в надзвичайних
ситуаціях; Вимоги безпеки до металообробних верстатів.
5
ABSTRACT
Master's Qualification Thesis Topic: "Analysis of the Thread Milling Cutter Design
System Considering Manufacturing Technological Efficiency."
Author: Student of group mTM-32, Stepan Vertyporokh.
Supervisor: Doctor of Technical Sciences, Professor Heorhiy Kanashevych.
The qualification thesis comprises 99 A4 pages, 40 figures, 19 tables, and 54
references.
The thesis explores the design of end thread milling cutters, considering the
technological capabilities of modern equipment, particularly grinding and sharpening
machines with numerical control (CNC). An algorithm and a system for designing thread
milling cutters have been developed, ensuring the precision of thread production of the
required accuracy class and improving the productivity of their manufacturing.
Relevance of the research lies in the need for import substitution of thread milling
cutters and ensuring their production according to modern standards.
The first chapter focuses on the analysis of the properties and designs of thread
milling cutters, methods of their manufacturing, and modern equipment for their design.
The second chapter encompasses the development of an automated drawing
creation algorithm and the evaluation of thread milling cutter designs.
The third chapter presents the results of experimental research on the performance
of manufactured cutter samples and their evaluation under production conditions.
The fourth chapter addresses occupational safety and emergency response, Safety
requirements for metalworking machines.
6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1. Стан питання .............................................................................................. 11
1.1 Класифікація різьб ............................................................................................ 11
1.2 Аналіз способів виготовлення різьби ............................................................. 13
1.3 Аналіз існуючих способів фрезерування різьби ........................................... 16
1.4 Аналіз конструкцій цілісних кінцевих різьбових фрез ................................ 25
1.5 Аналіз конструктивних особливостей елементів кінцевих різьбових фрез 27
1.5.1 Робоча частина ............................................................................................... 27
1.5.2 З’єднувальна частина .................................................................................... 29
1.6 Аналіз кінематичної схеми роботи верстатів із ЧПУ ................................... 30
1.7 Аналіз міцності ................................................................................................. 33
Висновки до розділу 1 .............................................................................................. 35
Розділ 2. Теоретичні дослідження ........................................................................... 37
2.1 Обладнання ........................................................................................................ 37
2.2 Конструкція прототипу різьбової фрези ........................................................ 38
2.3 Проектування кінцевої гребінчастої різьбової фрези ................................... 41
2.4 Визначення профілю стружкової канавки ..................................................... 42
2.5 Оцінка міцності конструкції ............................................................................ 52
2.6 Автоматизоване створення креслення на основі тривимірної твердотільної
моделі 56
Висновки до розділу 2 .............................................................................................. 62
3.1 Дослідження впливу параметрів встановлення та форми профілю
шліфувального круга на форму стружкової канавки в торцевому перерізі ............ 64
3.2 Дослідження впливу параметрів встановлення та форми профілю
шліфувального круга на форму різьбоутворюючого профілю ................................ 69
3.3 Оцінка працездатності різьбоутворюючої фрези (діаметр 6 мм, крок 1,25 мм)
......................................................................................................................................... 73
7
3.4 Оцінка працездатності комбінованої різьбової фрези зі свердлильною
частиною на торці ......................................................................................................... 76
Висновок до розділу 3............................................................................................... 79
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях ............................ 80
4.1 Вимоги безпеки до металообробних верстатів ................................................ 80
4.2 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах токарної групи .............................................................................................. 84
4.3 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах фрезерної групи ........................................................................................... 87
4.4 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах стругальної, довбальної та протяжної груп .............................................. 88
4.5 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах свердлильної та розточувальної груп ........................................................ 89
4.6 Вимоги охорони праці під час виконання робіт з різання металу та обробки
металу на згинальних, профілезгинальних верстатах ............................................... 91
Загальні висновки ...................................................................................................... 93
Список використаної літератури ................................................................................. 95
8
Вступ
Різьбове з'єднання є одним із найпоширеніших елементів у виробах
машинобудівного виробництва. Наразі процес різьбофрезерування стає дедалі
популярнішим у сфері нарізання різьби завдяки таким значним перевагам, як:
універсальність,
можливість виготовлення різьби в більшості оброблюваних матеріалів,
зокрема термооброблених (≤ 60 HRC),
висока надійність процесу (отримання дрібної стружки, можливість
коригування розмірів різьби, легке видалення зламаного інструмента з отвору),
висока якість обробленої різьби,
використання стандартного допоміжного інструменту (як для звичайних
фрез),а також низка інших переваг.
Широкому впровадженню кінцевих гребінчастих різьбових фрез у
виробництво сприяє масове використання на підприємствах верстатів із
числовим програмним керуванням (ЧПК).
Точність виготовленої таким інструментом різьби визначається
похибками її параметрів, які залежать від кінематичної системи та конструкції
ріжучого інструменту. Тому на перший план виходить проєктування різьбових
фрез, які можна виготовити на сучасних інструментальних шліфувально-
заточувальних верстатах із ЧПК, а також геометричні параметри яких
забезпечують необхідний клас точності виготовленої різьби.
Більшість різьбових фрез, які використовуються на підприємствах,
закуповуються у закордонних виробників. У зв’язку з цим актуальним є
завдання імпортозаміщення конструкцій різьбових фрез.
На сьогодні існує лише один стандарт на різьбові фрези з швидкорізальної
сталі (ГОСТ 1336-77). У сучасних конструкціях різьбових фрез найбільш
раціонально використовувати твердий сплав, однак для таких фрез відсутня
методика розрахунку та рекомендації щодо технології їх виготовлення. Це
ускладнює використання різьбових фрез, особливо в умовах, що відрізняються
від представлених у каталогах виробників.
9
Існуючі на цей час системи проєктування ріжучих інструментів не
забезпечують технологічності конструкцій різьбових фрез. Розробка системи
проєктування кінцевих гребінчастих різьбових фрез дозволить знизити
трудомісткість технологічної підготовки виробництва за рахунок скорочення
часу на підготовку конструкторської та технологічної документації.
Виходячи з вищесказаного, робота, спрямована на розробку та
дослідження різьбових фрез, а також аналіз системи проєктування кінцевих
гребінчастих різьбових фрез, є актуальною.
Мета роботи – аналіз системи проєктування кінцевих гребінчастих
різьбових фрез з урахуванням технологічних можливостей інструментальних
шліфувально-заточувальних верстатів із ЧПК.
Об’єкт дослідження – Процес проєктування кінцевих гребінчастих
різьбових фрез для забезпечення технологічності їх виготовлення на сучасному
обладнанні.
Предмет дослідження – алгоритм і система проєктування кінцевих
гребінчастих різьбових фрез для фрезерування внутрішньої різьби за
кінематичною схемою з паралельними осями різьби й інструмента, з
урахуванням технологічних можливостей інструментальних шліфувально-
заточувальних верстатів із ЧПК та системи обмежень.
Для досягнення зазначеної мети поставлено та вирішено такі завдання
роботи:
1. Проаналізувати систему забезпечення точності формоутворення
різьби під час різьбофрезерування на основі встановлених параметрів
конструкції інструмента.
2. Проаналізувати систему математичних залежностей для
формоутворення профілю стружкової канавки кінцевих гребінчастих різьбових
фрез з урахуванням можливостей шліфувально-заточувальних верстатів із ЧПК.
3. Проаналізувати систему математичних залежностей для
формоутворення різьбоутворювальних профілів зубців кінцевих гребінчастих
різьбових фрез за допомогою шліфувального круга з довільною орієнтацією осі.
10
4. Проаналізувати систему розрахунку, призначення та контролю
геометричних параметрів кінцевих гребінчастих різьбових фрез з урахуванням
технологічності їх виготовлення.
5. Дослідити виготовлені зразки кінцевих гребінчастих різьбових фрез
для оцінки їх працездатності та апробації розробленої системи проєктування в
умовах виробництва.
11
Розділ 1. Стан питання
Наразі різьбофрезерування широко використовується для виготовлення
різьб у корпусних деталях. Однією з головних переваг різьбофрезерування є те,
що у випадку поломки ріжучого інструмента часто можливо виправити
недонарізану різьбу. Крім того, при виготовленні внутрішньої різьби для
вилучення зламаного ріжучого інструмента не потрібні значні зусилля, оскільки
діаметр фрези менший за діаметр отвору.
Це особливо важливо, оскільки нарізання різьби зазвичай виконується на
завершальних етапах обробки корпусних деталей.
1.1 Класифікація різьб
Різьби знайшли широке застосування в різних галузях промисловості – у
машинобудуванні та металообробці, гірничодобувній, нафтопереробній
промисловості, енергетиці, харчовій промисловості тощо (таблиця 1).
Найбільш поширеною є зовнішня метрична різьба [1], що пояснюється
двома основними причинами:
Для багатьох деталей із внутрішньою різьбою при складанні потрібна
значна кількість деталей із зовнішньою різьбою, і значно рідше – навпаки.
Існують такі деталі із зовнішньою різьбою, для яких не потрібно
виготовлення сполучених різьб.
Таким чином, у сучасному машинобудуванні не менше ніж 2/3 від загальної
кількості різьбових деталей становлять кріпильні деталі.
Крім того, значний обсяг робіт з обробки внутрішніх різьб припадає на
деталі типу корпусів або порожнистих циліндрів. Ці деталі є більш складними
та металоємними, тому їх обробка трудомісткіша та дорожча, оскільки часто
вимагає використання різного складного та дорогого обладнання [1].
Таблиця 1. Класифікація різьб [2], [3]
12
З огляду на широке використання різьбофрезерування, під час обробки
корпусних деталей особливу увагу слід приділяти внутрішній метричній різьбі.
Згідно з ГОСТ 16093-2004, нормуються внутрішні метричні різьби
діаметром �� = 1…600 мм для 4-8 ступенів точності з основними відхиленнями
��, ��, ��, ��. Найменше поле допуску для різьби М1×0,2 – 4�� становить:
по ��1 – 38 мкм;
по ��2 – 40 мкм.
У машинобудуванні найчастіше застосовуються різьби 6 ступеня точності.
Найменша різьба, нормована за ГОСТ 16093-2004 для цього ступеня точності, –
М1×0,2 – 6�� з допусками:
на ��1 – 60 мкм;
на ��2 – 63 мкм.
Однак рекомендується виготовляти різьби 6 ступеня точності, починаючи з
кроку 0,3 мм.
13
У авіаційній промисловості внутрішні різьби часто виготовляються в
корпусних деталях. Згідно з [4], авіаційні різьби можуть бути виготовлені з
такими полями допуску:
4�� по ��1 (наприклад, 38 мкм для М1×0,2);
5�� по ��2 (наприклад, 50 мкм для М1×0,2).
1.2 Аналіз способів виготовлення різьби
Технологія виготовлення різьб охоплює всі питання, пов’язані з обробкою
різьбових поверхонь, і включає три основні групи операцій [5], [6]:
Операції, що передують обробці різьби.
Різьбоутворюючі операції.
Фінішні операції (оздоблювальні, зміцнювальні, зачистні, калібрувальні)
[2].
Методи виготовлення різьби (група різьбоутворюючих операцій) наведені
в таблиці 2, причому більшість із цих методів можуть використовуватися як для
виготовлення зовнішньої, так і внутрішньої різьби.
Серед усіх методів, поширених у промисловості, найбільш важливими є
різьбове різання та накатування [3]. При цьому використання твердосплавних
ріжучих інструментів дозволяє отримувати різьбу на загартованих деталях [3].
Таблиця 2. Методи виготовлення різьби [3], [7], [8], [9], [10]
Вид
Твердіст
різьби (З Довжи Ступін Сбіг
Діамет ь
– Крок на ь різьби Максимальна
р заготовк
Вид обробки зовнішня, різьб різьби, точнос , не продуктивніс
різьби, и, HRC,
В – и, мм мм, не ті менш ть, шт/хв
мм не
внутрішн більше різьби е
більше
я)
2 – 0,35 –
Точіння З 6000 63 6-8 0,5P 5
1000 100
10 – 0,5 –
В 500 63 4-8 0,5P 5
1000 100
Нарізання
З - - - - - - -
мітчиками
0,2 – 0,075
В 300 46 2-7 P 500
300 – 10
Нарізання 1,7 – 0,35 –
З 6000 37 5-8 1,5P 20
головками 400 6
14
Вид
Твердіст
різьби (З Довжи Ступін Сбіг
Діамет ь
– Крок на ь різьби Максимальна
р заготовк
Вид обробки зовнішня, різьб різьби, точнос , не продуктивніс
різьби, и, HRC,
В – и, мм мм, не ті менш ть, шт/хв
мм не
внутрішн більше різьби е
більше
я)
36 – 0,75 –
В 200 46 5-8 2P 10
300 8
Вихрова 20 – 2,5 –
З 2000 46 7-9 P 5
обробка 1000 100
30 –
В 3 – 50 300 46 7-9 P 2
350
Шліфуванн 0,5 – 0,04 –
З 6000 71 ≥2 0,5P 20
я 400 100
20 – 0,5 –
В 500 71 ≥2 0,5P 5
400 100
Протягуван
З - - - - - - -
ня
10 – Сквоз
В 2 – 10 200 34 6-7 5
150 н.
Обробка
0,2 – 0,08 –
круглими З 1000 34 5-8 1,5P 5
72 3
плашками
В - - - - - - -
15
В результаті аналізу методів виготовлення різьби (Таблиця 2) було
виявлено низку їх переваг і недоліків:
Продуктивність:
Найвища продуктивність під час виготовлення зовнішньої різьби
досягається при планетарному накатуванні (2000 шт/хв).
Для внутрішньої різьби найвища продуктивність забезпечується
нарізанням мітчиками (500 шт/хв).
Точність:
Найкраща точність досягається при шліфуванні, нарізанні мітчиками,
планетарному накатуванні, а також накатуванні безстружковими мітчиками.
Обробка твердих матеріалів:
Різьба може бути оброблена шліфуванням на деталях із твердістю до 71
HRC.
16
При цьому сила різання при шліфуванні менша, ніж при точінні або
розкатуванні [3], [11].
Гнучкість процесу:
Шліфування дозволяє обробляти різьбу на нерухомих деталях.
Можливе виключення браку при поломці інструмента, а також
використання одного інструмента для обробки кількох різьб.
Переваги фрезерування:
Різьбофрезерування є продуктивнішим за різьбошліфування.
Фрезерування зовнішньої та внутрішньої різьби дозволяє виготовляти
різьби з мінімальним збігом.
Фрезерування забезпечує можливість обробки матеріалів із твердістю до 62
HRC.
Сила різання при фрезеруванні менша, ніж при нарізанні мітчиками [12].
Фрезерування дозволяє отримати будь-який ступінь точності різьби,
оскільки точність залежить від самого процесу [12].
Виходячи з наведеного, різьбофрезерування можна вважати універсальним
методом обробки різьби в корпусних деталях на верстатах із ЧПК у серійному
виробництві.
1.3 Аналіз існуючих способів фрезерування різьби
Раніше різьбофрезерування здобуло популярність переважно у масовому та
великосерійному виробництві з використанням спеціалізованих
різьбофрезерних верстатів. Однак цей метод виготовлення різьби не отримав
широкого розповсюдження, поступаючись під час виготовлення зовнішніх різьб
точінню, накатуванню тангенціальними та аксіальними головками, роликами і
нарізанню головками. Під час виготовлення внутрішніх різьб він поступається
точінню, нарізанню головками та мітчиками [1], [13].
Зазвичай за допомогою різьбофрезерування виготовляють різьби 6-го
ступеня точності [1], [2], [14], [15]. Однак деякі сучасні виробники різьбових
фрез виготовляють фрези для різьб 4-го ступеня точності [9]. Для нарізання різьб
вищого ступеня точності рекомендується використовувати менші подачі. У
процесі різьбофрезерування ріжучі кромки інструмента зношуються, що може
17
призводити до появи "тугої" різьби через зменшення діаметра інструмента. Тому
під час налаштування процесу різьбофрезерування застосовується
програмований радіус різьбової фрези, який не збігається з зовнішнім радіусом
робочої частини [16]. Відхилення профілю різьби, що виникає через зношування
фрези, може бути компенсоване програмованим радіусом. Рекомендується
задавати крок корекції радіуса на рівні 0,01 мм [12].
Відомі способи різьбофрезерування наступними видами фрез: кінцевими,
торцевими, черв'ячними, вихровими, дисковими і груповими (гребінчастими)
фрезами [1], [2], [7], [8], [17], [18], [19], [20], [21] (Рисунок 1.1).
Фрезерування кінцевою фрезою або двома фрезами (Рисунок 1.1, а)
використовується для обробки трапецеїдальних різьб і гвинтових поверхонь
глибоких канавок валків для поперечно-гвинтової прокатки [1]. Процес
фрезерування кінцевою фрезою характеризується низькою продуктивністю.
Цим способом можна обробляти лише зовнішню трапецеїдальну різьбу. Малий
діаметр ріжучого інструмента може спричинити вібрації та незадовільну якість
різьби, а також дефекти на торці деталі через вигин стружки. Використаний
ріжучий інструмент може не підходити для обробки іншого кроку різьби. Однак
цей метод дозволяє виготовляти повний профіль правої та лівої однозаходної та
багатозаходної різьби [2], [18].
Різьбофрезерування торцевою фрезою (Рисунок 1.1, б) призначено для
виготовлення зовнішньої різьби за допомогою різьбових фрез зі спеціально
профільованими вставками. Для підвищення точності різьби необхідно
використовувати фрези більшого діаметра [18], [22], [23]. Як і у випадку з
кінцевою фрезою, цей спосіб дозволяє виготовляти повний профіль правої та
лівої однозаходної та багатозаходної різьби [18], [22], [23].
а б в г
18
д е ж з
и к л м
н о п
Рисунок 1.1. Фрезерування різьби: кінцевою фрезою (а), торцевою фрезою
(б), методом огортання (в); фрезоточіння (г); вихрове нарізання різьби: за
схемою зовнішнього дотику зовнішньої різьби (д) і внутрішнього дотику
зовнішньої (е) та внутрішньої (ж) різьби; токарно-фрезерна обробка: з
нахиленою віссю фрези (з), з паралельними осями (і) і з паралельними осями
по всій довжині (к); фрезерування різьби дисковою фрезою: зовнішньої різьби
(л), внутрішньої різьби (м) та внутрішньої різьби за схемою з паралельними
осями (н); фрезерування різьби гребінчастою різьбовою фрезою: зовнішньої
різьби (о) і внутрішньої різьби (п).
При виготовленні різьб методом точіння огортанням використовується
ріжучий інструмент, за формою схожий на довбач, який встановлюється на
супорт токарного верстата і працює за схемою (Рисунок 1.1, в) [18], [24]–[30].
Для виготовлення різьб методом фрезоточіння можуть використовуватись
черв'ячні фрези (Рисунок 1.1, г) [18], [19], [31]–[33]. Цей метод реалізується на
різьбофрезерних напівавтоматах і токарно-револьверних автоматах [34]. Однак
для використання черв'ячних фрез на токарних верстатах потрібне спеціальне
оснащення. Метод характеризується більшою силою різання порівняно з
точінням або фрезеруванням, але забезпечує високу продуктивність при обробці
трубних і метричних різьб.
19
Вихрове (швидкісне) нарізання різьби (Рисунок 1.1, д, е, ж) [2], [7], [35]–
[39] є найпродуктивнішим способом виготовлення різьб із великим кроком і
довжиною. Для нього потрібне спеціальне обладнання, встановлене на
токарному або різьбофрезерному верстаті. При обробці внутрішньої різьби
виникає складність із позиціонуванням інструмента, оскільки необхідно
забезпечити нахил осі ріжучого інструмента щодо осі оброблюваної різьби [1].
Одночасна робота кількох зубів може призводити до вібрацій, що погіршує
якість різьби [18].
Токарно-фрезерна обробка різьби (Рисунок 1.1, з, і, к) здійснюється за
допомогою фрез із ріжучими профілями, розташованими вздовж гвинтової лінії
[18], [40]–[42]. Цей метод дозволяє отримати різьбу високої точності. В процесі
потрібно враховувати напрямок гвинтової лінії інструмента, який має бути
протилежним до напрямку гвинтової лінії різьби.
Фрезерування дисковою фрезою (Рисунок 1.1, л, м, н) здійснюється
швидким обертанням інструмента, а заготовка здійснює повільну подачу. Такий
метод застосовується для нарізання довгих різьб [1], [18]. Основний час обробки
більший, ніж при використанні гребінчастих фрез.
Гребінчасті (багатониткові) фрези (Рисунок 1.1, о, п) використовуються для
нарізання як зовнішніх, так і внутрішніх різьб [15]. Вони мають кільцеву
конструкцію, що забезпечує високу продуктивність. Недоліком є потреба в
точному розрахунку теоретичного профілю різьби [7], [18], [46]–[50], а також
можливість підрізання профілю через радіальний вигин.
При роботі з кінцевими різьбовими фрезами за кінематичною схемою з
паралельними осями під час обробки внутрішньої різьби було встановлено три
способи врізання [12], [16], [17], [18]:
За радіусом (Рисунок 1.2, а).
Найменш переважний спосіб, оскільки призводить до великого кута
контакту під час врізання і більшого навантаження на ріжучий інструмент.
За радіусом і дугою (Рисунок 1.2, б).
20
Цей спосіб є альтернативою врізанню по дузі та рекомендований для
порівняно великих діаметрів отворів.
Переваги: простота програмування та коротка траєкторія врізання.
По дузі (Рисунок 1.2, в).
Навантаження на ріжучий інструмент мінімальне, оскільки кут контакту
залишається порівняно невеликим.
Вимагає складнішого програмування, однак є найкращим способом під час
фрезерування різьби в отворах, діаметри яких співмірні з діаметром різьбової
фрези.
Кінематичні схеми роботи різьбових фрез залежать від їхньої конструкції
(Рисунок 1.3):
Фреза без шийки:
Використовується для однопрохідної обробки (Рисунок 1.3, г).
Фреза з шийкою:
Застосовується для ступінчастого фрезерування (Рисунок 1.3, а).
Малопрофільна фреза або фреза з розподілом припуску:
Нарізає різьбу, проходячи кожен виток на всій довжині (Рисунок 1.3, б).
Свердло-різьбова фреза:
Спочатку створює отвір за кінематичною схемою свердління, а потім
нарізає різьбу за схемою однопрохідного різьбофрезерування (Рисунок 1.3, в).
Різьбова фреза з торцевими зубами:
Спочатку розфрезеровує отвір, а потім виготовляє різьбу по всій її довжині
(Рисунок 1.3, д).
Фреза із зенківкою:
Може мати зенковочні частини, розташовані на торці (Рисунок 1.3, е) або
ближче до хвостовика (Рисунок 1.3, ж), що розширює технологічні можливості
інструмента.
21
а б в
Рисунок 1.2.
Способи врізання: за радіусом (а), за радіусом і дугою (б), за дугою (в).
Внаслідок консольного закріплення різьбова фреза під час роботи може
відгинатися через дію сили різання. Для мінімізації ефекту відгинання
рекомендується обирати радіальну стратегію розподілу припуску з однаковою
подачею на зуб. При цьому:
Перший прохід варто виконувати на ¾ висоти профілю.
Другий прохід – на решту ¼ висоти профілю [12].
Ефект відгинання фрези найчастіше спостерігається при
різьбофрезеруванні внутрішніх різьб. У таких випадках, особливо під час
чистових проходів, доцільно застосовувати попутне фрезерування, тоді як
перший прохід можна виконувати зустрічним фрезеруванням [12], [16].
Зі збільшенням кроку різьби зростає обсяг матеріалу, що видаляється, тому
рекомендується використовувати дво-, три- або чотирипрохідне фрезерування:
Трипрохідне фрезерування:
У першому проході видаляється 60% припуску,
У другому – 80%,
У третьому – 100%.
Чотирипрохідне фрезерування:
У першому проході видаляється 60%,
У другому – 80%,
У третьому – 90%,
У четвертому – 100% припуску [18].
22
а б в
г д е ж
Рисунок 1.3.
Основні кінематичні схеми роботи різьбових фрез: а – ступінчасте
фрезерування, б – різьбофрезерування на всю довжину різьби, в – обробка
свердло-різьбовою фрезою, г – однопрохідне фрезерування, д – обробка
фрезою-різьбовою фрезою, е – виготовлення фаски зенковочною частиною
робочої частини на торці, ж – виготовлення фаски зенковочною частиною на
кінці ріжучої частини робочої частини.
У роботі розглянуто спосіб фрезерування різьби з паралельними осями
різьбової фрези та оброблюваної різьби (Таблиця 3). Для реалізації такого
способу потрібен фрезерний верстат із ЧПУ, що має як мінімум три координати
[19].
Цей спосіб набув широкого поширення завдяки простоті опису в
програмному коді для верстатів із ЧПУ. Окрім того, сучасні трикоординатні
верстати з ЧПУ є широко доступними, а шаблони програмування для них
наведені в багатьох каталогах виробників різьбових фрез [10], [12], [16], [17],
[21]–[32].
Таблиця 3. Способи різьбофрезерування кінцевими різьбовими фрезами за
кінематичною схемою з паралельними осями [16]
23
Основними перевагами виготовлення різьб за допомогою різьбових фрез є
наступне:
Під час виготовлення внутрішньої різьби у разі поломки інструмент ніколи
не залишиться в матеріалі, на відміну від мітчика.
Одна різьбова фреза дозволяє отримати остаточний розмір різьби на
верстаті з ЧПК.
Одна гребінчаста різьбова фреза може обробляти практично будь-який
діаметр різьби за умови відповідності кроку, закладеного в конструкцію
інструмента.
Існує можливість змінювати пластини для різних кроків у збірних
гребінчастих різьбових фрезах.
Висока зносостійкість інструмента з твердого сплаву з покриттям.
Можливість використання одного інструмента для правої та лівої різьби.
Регульована точність виготовлення різьби.
Можливість обробки переривчастих різьб або різьб із косим входом чи
виходом.
Різьба може бути виконана до самого дна отвору.
Можливість використання одного інструмента для обробки різних
матеріалів.
24
Хороші умови для евакуації стружки.
Підходить для обробки тонкостінних заготовок завдяки низьким силам
різання.
Проте виробники (Allied Machine & Engineering Co. Ltd., Emuge Corporation,
Gühring KG, Komet Group, Kennametal Inc., VARGUS Ltd., KORLOY, EROJET
LTD., Walter AG, Sandvik Coromant) зазначають низку проблем, які можуть
виникати при фрезеруванні різьби [31], [32]:
1. Різьба може мати незадовільну якість поверхні, інструмент —
низьку стійкість, надмірний знос, нерівномірний знос, викришування різальних
крайок або поломку. Також можливі вібрації інструмента чи деталі під час
обробки. У таких випадках слід коригувати режими різання, застосовувати
стратегію розподілу припуску або використовувати більш віброустійку систему.
2. Різьба може мати відхилення від круглості або незадовільну
точність, на деталі можуть залишатися сліди обробки на вході та/або виході. При
контролі виготовленої різьби можлива різниця між прохідними та
непридатними калібрами. В таких випадках слід коригувати траєкторію руху
різального інструмента.
3. Можливі відмінності в результатах вимірювань калібрами для
послідовно оброблених деталей. Ймовірною причиною є знос інструмента, тому
необхідно вчасно замінювати різальний інструмент або коригувати режими
різання для підвищення його стійкості.
На основі проведеного аналізу визначено основні області застосування
різьбових фрез:
Глухі отвори, в яких різьба практично не має збігу.
Різьби з широким діапазоном діаметрів.
Деталі з різьбами різних діаметрів одного кроку.
Високовартісні деталі.
Деталі з матеріалів із твердістю до 62 HRC.
25
1.4 Аналіз конструкцій цілісних кінцевих різьбових фрез
На сьогоднішній день конструкції різьбових фрез регулюються лише
стандартом ГОСТ 1336-77, згідно з яким різьбові фрези виготовляються з
швидкорізальної сталі, з прямолінійною утворюючою передньої поверхні.
Допускається виготовлення переднього кута у діапазоні 0° … 5°, а кут нахилу
стружкової канавки — у межах −7° … 7°. Проте на сьогодні більшість ріжучих
інструментів виробляється переважно з твердого сплаву [9], [10], [17], [34], [35],
[36], [40], [41], [47] на шліфувально-заточувальних верстатах із ЧПК [48], [49].
Інструменти з твердого сплаву забезпечують вищу швидкість різання і здатні
обробляти більш тверді матеріали, однак російський стандарт не нормує
конструкції різьбових фрез із твердого сплаву.
Було проведено огляд конструкцій цільних різьбових фрез (Таблиця 4) від
провідних виробників, таких як Advent Tool and Manufacturing Inc. (P1), Allied
Machine & Engineering Co. Ltd. (P2), BASS GmbH (P3), Carmex Precision Tools
Ltd. (P4), CERATIZIT S.A. (P5), DC SWISS SA (P6), Emuge Corporation (P7),
EROJET LTD. (P8), Gühring KG (P9), IG Utensili (P10), ISCAR LTD. (P11), Johs.
Boss GmbH. & Co. KG (P12), Kennametal Inc. (P13), KORLOY (P14), LMT TOOLS
(P15), Micro 100 Tool Corporation (P16), mimatic GmbH (P17), MOLDINO Tool
Engineering Europe GmbH (P18), Omnithread at Cole Tooling Systems, Inc. (P19),
OSG Corporation (P20), REIME NORIS GmbH (P21), Sandvik Coromant (P22),
Scandinavian Tool Systems (P23), Scientific Cutting Tools, Inc. (P24), Seco Tools
LLC (P25), SmiCut AB (P26), Tool-Flo Manufacturing Inc. (P27), TUNGALOY
CORPORATION (P28), VARGUS Ltd. (P29), Walter AG (P30), WhizCut AB (P31),
YG-1 Co., Ltd. (P32).
26
У результаті проведеного аналізу конструкцій цільних кінцевих різьбових
фрез встановлено, що найбільше поширення отримала конструкція кінцевої
гребінчастої різьбової фрези без шийки, виготовленої з твердого сплаву.
Також з’ясовано, що з твердого сплаву зазвичай виготовляють цільні
кінцеві різьбові фрези для метричної різьби (діаметр 2 ≤ �� ≤ 400 мм, крок різьби
�� = 0,4 … 3,5 мм) із діаметром робочої частини ��р = 0,79 … 25 мм, загальною
довжиною �� = 30 … 127 мм, довжиною робочої частини ��р = 2,1 … 58,5 мм,
27
кількістю зубців �� = 2 … 6, із циліндричним хвостовиком. Фрези з
швидкорізальної сталі виготовляються з параметрами: ��х = 3 … 25 мм, ��р = 10
… 32 мм, �� = 92 … 152 мм, ��р = 9 … 50 мм, �� = 6 … 8 із хвостовиком – конусом
Морзе №2 і більше.
Аналіз параметрів конструкцій цільних кінцевих групових (гребінчастих)
різьбових фрез показав основні діапазони, на які слід орієнтуватися при
проєктуванні різьбових фрез із твердого сплаву або швидкорізальної сталі для
виготовлення внутрішніх різьб із метричним профілем.
1.5 Аналіз конструктивних особливостей елементів кінцевих
різьбових фрез
До конструктивних елементів кінцевих різьбових фрез відносяться робоча,
сполучна та кріпильна частини, на робочій частині виділяють стружкову
канавку та ріжучий зуб, на кріпильній частині – хвостовик (ГОСТ 25751-83). До
основних конструкцій різьбових фрез можна віднести конструкції, представлені
в таблиці 4, їх розрізняють наявністю або відсутністю шийки, зенкувальної
ділянки на кінці робочої частини та фрезерної ділянки на торці, а також
свердлувального, зенкувального, фрезерного профілю або їх комбінацій.
Огляд каталогів виробників різьбових фрез (CPT GmbH, ILIX
Präzisionswerkzeuge GmbH, ISCAR LTD., OSG USA INC., Sandvik Coromant,
VAR-GUS Ltd.) показав, що в основному виробляються конструкції інструменту
для фрезерування різьблення 6 ступеня точності [17], [18], [19], однак при
використанні дрібнорозмірного інструменту в деяких випадках можна досягти
4 ступеня точності різьби, що виготовляється, інструментом тієї ж конструкції
[9], [17], [22].
1.5.1 Робоча частина
У результаті проведеного аналізу конструкцій кінцевих різьбових фрез
встановлено, що ріжуча ділянка робочої частини може містити не лише профіль
зуба, що формує різьбу, але й різні додаткові елементи – свердлильну, фрезерну
та зенкерну частини. При цьому ділянка, що утворює фаску, може бути
розташована як на торці інструмента, так і на кінці робочої частини.
28
Основними параметрами робочої частини є діаметр ��р та довжина ��р.
Виявлено кілька способів визначення діаметра робочої частини залежно від
висоти стружкової канавки ℎр:
��р = 1,4��с + 2,32ℎр;
��р = (2 … 2,2)��отв + 2,2ℎр + 2 … 6 .
Для фрез, що виготовляють внутрішню різьбу, залежність ��р визначається
від номінального діаметра різьби �� або діаметра отвору ��отв:
��р = 0,9�� для метричної різьби з великим кроком;
��р = 0,6�� для метричної різьби з дрібним кроком [8];
��р ≤ (0,85 … 0,9)��отв [7];
��р ≤ 0,7��отв [6].
Для насадних фрез залежність визначається кроком різьби:
��р = 6,32��1,46 для насадних фрез;
��р = 18,5��0,7 для хвостових фрез [4].
Діапазон рекомендованих значень:
��р = 10 … 32 мм для хвостових фрез;
��р = 32 … 100 мм для насадних фрез [8];
��р = 2 … 20 мм для фрез із циліндричним хвостовиком;
��р = 14 … 50 мм для фрез із конічним хвостовиком [7].
Для визначення довжини робочої частини встановлена залежність:
��р = �� + (2 … 3)�� [5], [7], [8].
Рекомендується виготовляти робочу частину з такими параметрами:
��р = 12 … 55 мм для фрез із твердого сплаву [8];
��р = 15 … 70 мм для фрез із швидкорізальної сталі [40].
Для гребінчастих різьбових фрез, які обробляють різьбу з довжиною не
більше 2�� за один прохід, використовується формула ��р = �� + (2 … 3)��. У
випадку більшої довжини різьби виготовляється шийка, при цьому довжина
робочої частини не перевищує 33 мм. Для важкооброблюваних матеріалів
довжину робочої частини зменшують до 1–3 профілів різьби (��р = (1 … 3)��).
29
Шаг на профілі зуба ��р, як правило, дорівнює кроку, який формує дана
різьбова фреза. Окрім стандартних конструкцій (Рисунок 1.4, в), існують
конструкції із рознесеними профілями (Рисунок 1.4, а) або з деякими профілями,
сошліфованими для зменшення сили різання (Рисунок 1.4, б).
а
б
в
Рисунок 1.4. Різьбові фрези з різними видами різьбоподібних профілів:
а – з рознесеним кроком, б – із розподілом припуску, в – з постійним
кроком і без розподілу припуску.
У технічному керівництві Walter AG як особливість конструкції різьбових
фрез наводиться конструктивна зміна діаметра вздовж довжини робочої
частини: під час різьбофрезерування через консольне закріплення утворюється
конусність різьби 1/1000 мм на кожний міліметр її довжини. Тому конусність
може бути врахована у конструкції різьбової фрези.
1.5.2 З’єднувальна частина
Конструкції кінцевих різьбових фрез можуть містити конструктивний
елемент «шийка», призначення якого полягає в подовженні різьбової фрези для
обробки більш довгих різьб за кілька проходів або для обробки різьб,
розташованих на відстані від верхнього габариту оброблюваної заготовки. У
результаті аналізу каталогів виробників кінцевих різьбових фрез із шийкою
(CPT GmbH, Komet Group Inc., OSG USA INC., Sandvik Coromant, VARGUS Ltd,
30
Walter AG) встановлено, що довжина шийки ��ш = ��р для гребінчастої різьбової
фрези, ��ш = (3 … 4)��р для різьбових фрез із трьома різьбоподібними профілями
на зубі. У разі наявності шийки в конструкції різьбової фрези стружкова канавка
закінчується на ній.
Оскільки гребінчасті різьбові фрези з швидкорізальної сталі можуть
виготовлятися зварними, необхідно враховувати, що зварний шов у конструкції
таких фрез має розташовуватися на довжині, що перевищує довжину стружкової
канавки, щоб не послаблювати конструкцію різального інструмента.
1.6 Аналіз кінематичної схеми роботи верстатів із ЧПУ
Цілісний різальний інструмент на сьогоднішній день виготовляється
переважно на шліфувально-заточувальних верстатах із ЧПК з циліндричних
заготовок із твердого сплаву або спеченої порошкової сталі. Існує велика
кількість компаній, що виробляють шліфувально-заточувальні верстати з ЧПК
[24], [25]: ABM Machinery Co. (Туреччина), ANCA (Австралія), CABE
STOZZATRICI NESI MACCHINE SNC (Італія), COBORN ENGINEERING
(Англія), Dongguan Qiandao Machinery Manufacturing Co., Ltd (Китай), EWAG
(Німеччина), FARMAN MACHINERY (Тайвань), Gebr. SAACKE GmbH & Co.
KG (Німеччина), Haas Schleifmaschinen GmbH (Німеччина), HAUX
Maschinenbau (Німеччина), HAWEMA Werkzeug schleifmaschinen GmbH
(Німеччина), ISOG-Technologies (Німеччина, нині – Precision Surfacing Solutions
Group, США), J. SCHNEEBERGER Maschinen AG (Швейцарія), Joerg Shanghai
Company (Китай), JUNKER (Німеччина, група компаній – JUNKER, LTA,
ZEMA), Kirner Schleifmaschinen GmbH & Co. KG (Німеччина), MVM SRL
(Італія), PEIPING (Тайвань), Rollomatic SA (Швейцарія), STANEXIM (Білорусь),
UNITED GRINDING Group (міжнародна компанія, до складу якої входять:
MÄGERLE, SCHAUDT, BLOHM, MIKROSA, JUNG, WALTER, STUDER),
UT.MA (Італія), XIAMEN CHUANGYUN JINGZHI MACHINERY (КНР), ZARO
MACCHINE SRL (Італія), ZHEJIANG MEIRI INTELLIGENT MACHINERY
(Тайвань).
Основними характеристиками таких верстатів є габарити оброблюваного
різального інструмента, потужність двигунів, а також точність керувальної
31
системи, жорсткість системи верстат-пристосування-інструмент-деталь,
роздільна здатність позиціювання та точність повторного позиціювання.
Інструментальні шліфувально-заточувальні верстати зазвичай виготовляються з
високою або особливо високою точністю [24], [25]. За даними виробників
шліфувально-заточувальних верстатів (ANCA, UNITED GRINDING Group),
лінійна роздільна здатність у більшості верстатів знаходиться в діапазоні 0,0001
– 0,0005 мм, кутова роздільна здатність – 0,0001 – 0,0005° при повторюваності
лінійного позиціювання 0,001 мм і кутового позиціювання 0,001°. Така точність
дозволяє використовувати обладнання для виготовлення точних фасонних
різальних інструментів.
Зазвичай розрізняють п’яти- та шести-координатні шліфувально-
заточувальні верстати з ЧПК, які реалізують три принципові кінематичні схеми
роботи, що відрізняються тим, що осі обертання можуть бути реалізовані
різними конструктивними вузлами (наприклад, вісь C може бути реалізована
або столом верстата, або шпиндельним вузлом верстата). Решта рухів верстатів
схожі: переміщення вздовж осі X реалізується столом верстата, переміщення
вздовж осей Y та Z — шпиндельним вузлом верстата (Рисунок 1.5). Залежно від
обраної кінематичної схеми можуть виникати відмінності у написанні
керувальних програм.
Рисунок 1.5. Кінематичні схеми роботи шліфувально-заточувальних
верстатів із ЧПК: з віссю C, реалізованою столом верстата (а), з віссю C,
реалізованою шпиндельним вузлом верстата (б), шести-координатний верстат
(в).
32
При виготовленні складних поверхонь п'ятикоординатні верстати
виконують складні просторові рухи, і може виникнути така траєкторія, за якої
точка контакту (кутове положення точки дотику шліфувального круга та
заготовки у системі координат шліфувального круга) може не зберігатися, що
призводить до втрати точності виготовлюваної поверхні. Це часто трапляється,
наприклад, під час виготовлення задньої поверхні на зовнішньому діаметрі
концевих радіусних фрез. Для уникнення такого ефекту можуть бути
використані шестиосеві шліфувально-заточувальні верстати із ЧПК.
При виготовленні кінцевих різьбових фрез на шліфувально-заточувальних
верстатах із ЧПК необхідно виконати такі технологічні операції:
Виготовлення стружкової канавки. Шліфувальний круг здійснює
переміщення вздовж осі заготовки із залежним від цього переміщенням
повороту заготовки для формування гвинтової або нахиленої стружкової
канавки. Круг установлюється у певному положенні відносно заготовки за
трьома осями і повертається на кут, що часто перевищує кут нахилу стружкової
канавки. Параметрами канавки є передній кут у торцевому перерізі, діаметр
сердечника, кутова або лінійна ширина зуба чи кутовий розкрив канавки.
Затилування. Шліфувальний круг може повертатися та нахилятися у двох
площинах, що змінює точку контакту круга із заготовкою. Рух затилування
забезпечується обертанням заготовки та переміщенням шліфувального круга по
радіусу вздовж однієї або двох осей. Основними параметрами є величина
заднього кута у торцевому перерізі, а також кути початку та завершення
шліфування на зубі.
За даними виробників шліфувальних кругів, таких як Saint-Gobain
Abrasives (США), PFERD LTD. (Велика Британія), ISHAM Technology Co., Ltd.
(Ізраїль), типові гвинтові стружкові канавки виготовляються шліфувальними
кругами із прямим профілем (тип 1A1) або одноугловим профілем (тип 1V1,
12R4). Профіль зуба різьби формується двоугловим профілем (тип 14EE1, 1E1
тощо).
Програмне забезпечення. У шліфувально-заточувальних верстатах
параметри конструкції ріжучого інструменту та геометричні параметри
33
шліфувальних кругів вводяться в програму, яка обчислює установчі зміщення та
переміщення. Однак, деякі компанії (наприклад, Walter і Rollomatic) дозволяють
писати власні програми у форматі G-коду або його аналогу FlexNC.
Висновок. Аналіз кінематичних схем та програмного забезпечення
верстатів дозволяє зробити висновок про можливість розроблення власних схем
профілювання стружкової канавки та зуба шліфувальними кругами, а також
необхідність створення програми для забезпечення точності формування
різьбового профілю на зубі фрези.
1.7 Аналіз міцності
Проведено аналіз відмов кінцевих різьбових фрез і їх різновидів (Рисунок
1.6): знос задньої та передньої поверхонь, сколи, викришування, поломки.
Згідно з ГОСТ 1336-77, відмовою різьбової фрези є досягнення межі
допустимого зносу задньої поверхні.
Знос виникає через силу тертя, яка виникає під час контакту передньої
поверхні зі стружкою або задньої поверхні з обробленою ділянкою деталі.
Форма зношувальної площадки на передній поверхні зумовлена площею
контакту передньої поверхні зі стружкою, а на задній – площею контакту з
обробленою поверхнею. Сколи та викришування виникають на передній
поверхні через неоднорідність матеріалу, що обробляється, або через
неправильні режимні параметри. Форма сколів чи зон викришування може бути
різноманітною: виявлено фрези із симетричними сколами біля вершини
різьбового профілю, а також фрези з викришуванням лише з одного боку
профілю, яке може розташовуватися як біля вершини, так і поширюватися на
всю передню поверхню.
Також виявлено сколи на задній поверхні різьбових фрез, заточених без
затилування, що може свідчити про несприятливі умови різання (наприклад,
потрапляння стружки між задньою поверхнею зуба і обробленою поверхнею)
або про порушення умов зберігання чи транспортування. Аналіз причин відмов
різьбових фрез показав, що через призначення невірної траєкторії обробки
(радіальне врізання та обробка різьби за гвинтовою траєкторією на кілька
обертів) кінцеві різьбові фрези з твердого сплаву можуть ламатися по профілю,
34
мати сколи, викришування або підвищений знос передньої поверхні (Рисунок
1.6, а, в, д).
Найчастішими причинами виходу з ладу різьбових фрез є призначення
невірних режимних параметрів, невірної траєкторії руху інструменту, недбале
зберігання і/або транспортування, перевищення стійкості інструменту. Згідно з
даними деяких виробників різьбових фрез, значний відсоток відмов інструменту
пов’язаний саме з недбалим зберіганням або транспортуванням.
а б в
г д
Рисунок 1.6. Вихід з ладу різьбової фрези: а – знос передньої поверхні,
б – знос задньої поверхні, в – сколи та викришування, г – поломка всієї
робочої частини,д – поломка профілю зуба.
Встановлено, що поломка найчастіше виникає на останньому профілі
робочої частини, тому у впадині різьбоутворюючого профілю слід мінімізувати
кількість концентраторів напружень. Поломка також може виникати біля основи
різьбоутворюючого профілю зуба через призначення невірної траєкторії
фрезерування. Виявлено, що сколи на профілі виникають асиметрично через
нахил винтової лінії канавки, причому більша площа сколу спостерігається на
боковій стороні різьбоутворюючого профілю з меншим кутом загострення. Цей
аспект слід враховувати при розробці конструкції різьбової фрези.
Крім того, частою проблемою при різьбофрезеруванні є завищена подача
на зуб, що також може призводити до відмови різьбової фрези. При обробці
внутрішньої різьби на верстатах із ЧПК подача задається відносно осі
35
інструменту, тому в зоні різання (на периферії) подача буде завищена, а при
обробці зовнішньої різьби – занижена.
З огляду на вищезазначене, можна зробити висновок про необхідність
перевірки проєктованої конструкції різьбової фрези на міцність і зменшення
концентрації напружень шляхом збільшення радіусів перехідних кривих для
підвищення міцності різьбової фрези.
Висновки до розділу 1
1. Встановлено, що різьбофрезерування є перспективним методом
виготовлення зовнішніх і внутрішніх циліндричних і конічних, однозаходних і
багатозаходних, лівих і правих, метричних і дюймових різьб. Цей спосіб також
підходить для виготовлення різьб загального та спеціального призначення,
трикутних, трапецієподібних та упорних профілів з кутами не менше 7 градусів
[18], а також для різьб у глухих і наскрізних отворах корпусних деталей.
Використання кінематичної схеми з паралельними осями різьби та інструмента
спричиняє конусність обробленої різьби через консольне закріплення
інструмента, що потребує додаткових досліджень.
2. Виявлено, що найбільше поширення в різьбофрезеруванні отримали
суцільні кінцеві гребенчасті різьбові фрези з твердого сплаву, які обрані
об’єктом дослідження в роботі.
3. З’ясовано, що існують залежності для розрахунку або призначення
параметрів конструкції різьбових фрез із швидкорізальної сталі, але практично
відсутні подібні залежності для визначення геометричних і конструктивних
параметрів фрез із твердого сплаву. Залежності, розроблені для швидкорізальної
сталі, непридатні для твердосплавних конструкцій.
4. Встановлено, що сучасна технологія виготовлення різьбових фрез
передбачає використання багатокоординатних шліфувально-заточних верстатів
із ЧПК, що вимагає попередньої конструкторської та технологічної підготовки.
5. Для виготовлення кінцевих різьбових фрез ідентифіковано три
кінематичні схеми роботи шліфувально-заточних верстатів із ЧПК, які
використовуються на п’яти- та шестикоординатних верстатах. Виявлені схеми
36
дозволяють розробити математичні залежності для розрахунку геометричних
параметрів фрез залежно від технологічних можливостей верстатів.
6. Аналіз відмов різьбових фрез показав, що основними видами відмов
є: сколи та викришування на передній поверхні, знос, поломки. Встановлено
причини відмов, що дозволило визначити критичні елементи конструкції,
міцність яких слід враховувати при проектуванні, зокрема з огляду на вплив сил
різання.
37
Розділ 2. Теоретичні дослідження
2.1 Обладнання
У ході досліджень використовувалося наступне обладнання:
1. Динамометричний стенд на базі динамометра Kistler, що
складається з: трьохкомпонентного динамометра Kistler 9257b (Рисунок 2.1, а,
поз. 1), зарядного перетворювача Kistler 5070a (Рисунок 2.1, а, поз. 2), аналого-
цифрового перетворювача (АЦП) Kistler 5697a (Рисунок 2.1, а, поз. 3),
персонального комп’ютера (ПК) для збору та зберігання результатів
експерименту (Рисунок 2.1, а, поз. 4). Стенд сертифікований виробником [26].
2. Трикоординатний фрезерний верстат із ЧПК DMC 635 V Ecoline
(Таблиця 6).
3. Стенд на базі універсального заточного верстата 3Д642Е (Рисунок
2.2, поз. 1) із пристроєм 3Е642Е (Рисунок 2.2, поз. 2).
4. Стенд на базі різьбошліфувального верстата моделі 5822 з
використанням оправки для закріплення тонколистової сталевої заготовки.
Рисунок 2.1. Динамометрична установка: а – схема підключення; б –
вигляд частини динамометричної установки, розташованої біля верстата; в –
вигляд частини динамометричної установки, розташованої на верстаті.
38
Усі вимірювальні прилади були повірені, обладнання, на якому
проводилися випробування, контролювалося технічними службами
підприємств і в період проведення експериментальних досліджень відповідало
нормам точності та технічного стану.
Рисунок 2.2. Стенд для перевірки формоутворення стружкових канавок
2.2 Конструкція прототипу різьбової фрези
Для визначення геометричних і конструктивних параметрів були
досліджені різьбові фрези CoroMill Plura. Для статистики обрано дві однакові
фрези R217.14C060125AK17N та одну фрезу R217.15-140100AC26N. Параметри
цих фрез наведені в Таблиці 5.
Таблиця 5. Параметри різьбових фрез CoroMill Plura
Позначення R217.14C060125AK17N R217.15-140100AC26N
Параметр ФР1 ФР2 ФР3
��р 1,25 1
��р 17,5 26
�� 4 5
�� 65 83
Різьба М8х1,25-6H М16х1-6H
��х 6 14
Матеріал Твердий сплав 1630 Твердий сплав 1630
39
�� 10°
Аналіз конструктивних елементів і геометричних параметрів різьбових
фрез виявив низку параметрів, які описують конструкцію цільної кінцевої
різьбової фрези, і дозволив розробити узагальнений параметричний кресленик
різьбової фрези, представлений на Рисунку 2.3. Різьбова фреза може бути
представлена трьома частинами (ГОСТ 25751-83): робочою частиною (1),
з’єднувальною частиною (2), кріпильною частиною (3). На кресленику
конструктивні елементи зображені на головному вигляді (ГВ), вигляді зліва
(ЛВ), за допомогою винесених елементів показані: елемент різьбового профілю
(вигляд Б – ВБ), профіль канавки та його параметри (переріз А-А – ПА). У
доповнення до виміряних прототипів на Рисунку 2.3 представлена з’єднувальна
частина у вигляді шийки.
Рисунок 2.3. Загальний вигляд конструкції різьбової фрези з гвинтовими
стружковими канавками.
Параметри узагальненої конструкції фрези (Рисунок 2.3) наведені в Таблиці
6. Розроблений прототип різьбової фрези (багатозуба кінцева гребінчаста
різьбова фреза з гвинтовою стружковою канавкою) дозволяє вирішити більшість
40
завдань у рамках цієї дисертації. Відповідно до зазначених параметрів можна
створити більшість конструкцій цільних кінцевих різьбових фрез.
Таблиця 6. Геометричні та конструктивні параметри елементів цільних
кінцевих гребінчастих різьбових фрез.
Пара Одиниці
Опис
- вимірюв
Рабоча частина (1)
мет ання
��р мм Діаметр робочої
р
�� град частини
Кут нахилу стружкової
�� шт кчаинсалвок изу бів
�� град Кутовий крок зубів у торцевому перерізі
��1 мм Зсув найближчого до торця профілю зуба
��р мм Довжина робочої частини
��р мм Крок різьбових профілів зуба уздовж осі
��р мм Ширина вершини різьбового профілю зуба уздовж осі
��р мм Ширина впадини різьбового профілю зуба уздовж осі
��1р, град Кути нахилу бокових сторін різьбового профілю зуба
��2р
�� град Центральний кут розкриття стружкової канавки у торцевому
��с мм пеДріеарміезті р серцевини
��т град Передній кут у торцевому перерізі
��т (��) град Задній кут (величина затилування) у торцевому перерізі
(мм)
ℎр мм Висота різьбового профілю зуба
��пп мм Радіус передньої поверхні зуба у торцевому перерізі
��вп мм Радіус впадини у торцевому перерізі
��сп мм Радіус спинки зуба у торцевому перерізі
З’єднувальна частина (2)
��стр мм Довжина стружкової канавки
��вих мм Довжина виходу стружкової канавки
��п мм Довжина частини різьбової фрези з покриттям
��ш мм Довжина шийки
��св мм Довжина від торця до зварного шва (за наявності)
��ш мм Діаметр шийки
Частина кріплення (3)
41
��х мм Діаметр хвостовика
��х мм Довжина хвостовика
��СОТС мм Діаметр отвору для підведення СОТС
�� мм Габаритна довжина
�� х 45° мм Фаска на хвостовику
2.3 Проектування кінцевої гребінчастої різьбової фрези
Технологічний підхід до проєктування конструкції гребінчастої різьбової
фрези, який полягає у формоутворенні елементів інструмента відповідно до
технологічних переходів його виготовлення на заточному верстаті з ЧПК із
введенням обмежень, пов'язаних із використаною кінематичною схемою
формоутворення різьби з паралельними осями різьби й інструмента. Такий
підхід дозволяє проводити розрахунок елементів системи різьбофрезерування,
що складається з інструмента, вихідної інструментальної поверхні та
формованої різьби, які пов'язані між собою накладеними залежностями, що
забезпечують необхідний ступінь точності отримуваної різьби. Введення до
системи вихідної інструментальної поверхні дозволяє розділити задачу
розрахунку на дві взаємопов’язані частини:
Визначення параметрів вихідної інструментальної поверхні на основі
необхідних параметрів різьби.
На основі отриманих параметрів вихідної інструментальної поверхні
визначення параметрів різьбової фрези.
Таким чином, система дозволяє отримати параметри «геометрично
ідеального» інструмента, що забезпечує формоутворення різьби з прийнятим
ступенем точності. Нижче буде розглянуто розрахунок і аналіз елементів
системи різьбофрезерування на основі геометричного формоутворення різьби
без урахування фізичних основ процесу різання.
Технологія виготовлення кінцевих різьбових фрез включає послідовне
виготовлення стружкової канавки (Рисунок 2.4, а, поз. 1) шліфувальними
кругами типу 1V1 або 1A1 (ШК), затилування зубців за профілем (Рисунок 2.4,
б, поз. 2) і за зовнішнім діаметром (Рисунок 2.4, б, поз. 3) шліфувальними
кругами з подвійним конічним профілем (наприклад, 14EE1 – ШК 2). Формовані
42
під час виготовлення стружкової канавки та затилування ріжучі кромки зубців
мають складну просторову геометрію, яку для спрощення розгляду під час
фрезерування різьби можна замінити формуванням різьби за допомогою
вихідної інструментальної поверхні. Ця поверхня утворюється під час обертання
ріжучих кромок навколо осі інструмента при головному русі різання (Рисунок
2.4, в, поз. 4). Формоутворення різьби розглядатиметься як результат
переміщення вихідної інструментальної поверхні по гвинтовій траєкторії
відповідно до кінематичної схеми різьбофрезерування з паралельними осями
різьби й інструмента (Рисунок 2.4, г, поз. 5).
Надалі проєктування і розрахунок параметрів різьбових фрез
здійснюватиметься з урахуванням критерію технологічності формоутворення
конструкції інструмента на шліфувально-заточному обладнанні з ЧПК.
Рисунок 2.4. Технологічний підхід до проєктування конструкції різьбової
фрези: а – профілювання стружкової канавки (1), б – профілювання зубця (2 –
за профілем, 3 – за зовнішнім діаметром), в – отримання вихідної
інструментальної поверхні (4), г – формоутворення різьби (5).
2.4 Визначення профілю стружкової канавки
Стружкова канавка визначається кутом нахилу �� і профілем (Рисунок 2.5),
який характеризується центральним кутом розкриття канавки �� (пов’язаним із
кількістю зубців ��), переднім кутом у торцевому перерізі ��т, діаметром
серцевини ��с, діаметром ріжучої частини робочої частини ��р, радіусами
кривизни передньої поверхні ��пп, западини ��вп, спинки ��сп, висотою
43
стружкової канавки ℎ і є одним із основних елементів конструкції різьбових
фрез.
Профіль стружкової канавки дозволяє вирішувати завдання, пов’язані з
оцінкою міцності конструкції, оптимізацією геометричних параметрів
різьбоутворювальної частини інструмента, профілюванням зубців,
дослідженням утворення стружки та її відведення, а також визначенням площі
контакту зубця зі зрізуваним припуском.
Рисунок 2.5. Параметри торцевого перерізу стружкової канавки різьбової
фрези (1 – контур перерізу фрези; 2 – профіль канавки)
На форму стружкової канавки впливають профіль шліфувального круга,
який формує стружкову канавку, його установчі та геометричні параметри, а
також кінематична схема обробки на обраному багатокоординатному
шліфувально-заточувальному верстаті з ЧПК. Необхідність завдання
геометричних параметрів стружкової канавки в торцевому перерізі (у перерізі,
перпендикулярному до осі інструмента) обумовлена роботою сучасних систем
ЧПК, які зазвичай використовують декартову (тривимірну ортогональну)
систему координат (включно з кутовими та лінійними переміщеннями),
прив’язаними до осі оброблюваної заготовки.
В ході аналізу науково-технічної літератури встановлено, що рекомендації
щодо розрахунку або призначення числового значення для ряду геометричних
параметрів (��с, ��, ��пп, ��в, ��сп) відсутні. У Таблиці 7 наведено вимоги до
44
параметрів профілю стружкової канавки, яких слід дотримуватися при
призначенні цих параметрів.
Таблиця 7. Обмеження для параметрів ��с, ��, ��пп, ��вп, ��сп
Параметр Обмеження
• Добре розміщення стружки в стружковій канавці та її ефективна евакуація.
• Забезпечення необхідного кута розкриття канавки при заданій кількості
�� , мм зубів.
с
• Гарантування міцності конструкції резьбової фрези.
• Міцність зуба, яка забезпечує стійкість до навантажень.
��, ° • Забезпечення необхідної кількості зубів для відповідності заданим
параметрам різання.
• Передня поверхня на висоту резьбового профілю повинна бути утворена
�� , мм однією лінією.
пп
��вп, мм • Зниження концентрації напружень у критичних зонах профілю.
��сп, мм • Забезпечення технологічності профілю канавки, щоб спростити її
виготовлення.
Загальна • Оптимізація форми канавки для досягнення достатньої міцності зубів.
вимога
Через складність прямого вимірювання стружкових канавок у торцевому
перерізі фрези, було виконано розрізання фрез перпендикулярно до осі, по
площині, що проходить через вершину різального профілю зуба (Рисунок 2.6).
Отримані перерізи представлені на Рисунку 2.7.
Рисунок 2.6. Схема отримання торцевого перерізу різьбових фрез
45
а б в
Рисунок 2.7. Торцеві перерізи фрез: а – ФР1; б – ФР2; в – ФР3
Отримані торцеві перерізи були оцифровані (Рисунки 2.8, 2.9, 2.10,
параметр ��сотс не впливає на форму стружкової канавки і в даній роботі не
досліджувався) та виміряні у програмі Компас-3D (Таблиці 8, 9, 10) для кожної
фрези. Проведені вимірювання і аналіз науково-технічної літератури показали,
що більшість стружкових канавок різьбових фрез подібні до стружкової канавки
фрези ФР3.
Профіль цієї стружкової канавки (Рисунок 2.5) обрано для розробки
конструкції прототипу. Обробка кривих, які описують торцеві перерізи
досліджуваних фрез, показала, що вони задовільно описуються трьома дугами
кіл. Це дозволило в подальшому використовувати опис стружкових канавок
трьома радіусами.
46
Рисунок 2.8. Розміри торцевого перерізу різьбової фрези ФР1.
Таблиця 8. Параметри торцевого перерізу різьбової фрези ФР1
Профіль ��Т, ° ��Т, ° ��, ° ��, ° ��сп, ° ��пп, мм ��вп, мм ��сп, мм ��с, мм ��р, мм
1 8,5 3,96 88,5 54,68 33,82 3,09 0,83 6,42 3,36 5,99
2 9,65 6,03 90,05 52,12 37,93 4,89 0,78 9,03 3,34 5,95
3 16,78 8,08 92,17 58,2 33,97 1,93 0,78 7,47 3,18 5,91
4 6,93 5,03 89,28 55,83 33,45 3,67 1,52 7,53 3,25 5,93
Сер. знач. 10,46 5,78 90 55,21 34,79 3,39 0,98 7,61 3,28 5,95
47
Рисунок 2.9. Розміри торцевого перерізу різьбової фрези ФР2.
Таблиця 9. Параметри торцевого перерізу різьбової фрези ФР2
Профіль ��Т, ° ��Т, ° ��, ° ��, ° ��сп, ° ��пп, мм ��вп, мм ��сп, мм ��с, мм ��р, мм
1 9,13 10,33 89,72 56,43 33,29 7,31 0,78 8,88 3,32 5,99
2 7,28 5,23 89,01 54,6 34,41 3,13 0,82 7,51 3,31 5,98
3 13,42 7,33 91,56 57,73 33,83 5,16 0,76 7,59 3,14 5,95
4 11,02 31,52 89,71 55,55 34,16 8,79 0,83 8,96 3,24 5,97
Сер. знач. 10,21 13,61 90 56,07 33,92 6,1 0,8 8,234 3,25 5,97
48
Рисунок 2.10. Розміри торцевого перерізу різьбової фрези ФР3.
Таблиця 10. Параметри торцевого перерізу різьбової фрези ФР3
Профіль ��Т, ° ��Т, ° ��, ° ��, ° ��сп, ° ��пп, мм ��вп, мм ��сп, мм ��с, мм ��р, мм
1 6,55 5,75 71,5 43,7 27,8 4,53 1,58 23,89 7,56 13,99
2 6,43 8,88 71,8 43,5 28,3 3,94 1,65 25,04 7,78 13,63
3 14,95 8,57 71,1 42,8 28,3 5,44 1,61 32,15 7,73 13,99
4 6,83 7,88 72,3 44,4 27,9 4,93 1,54 19,61 7,37 13,74
5 14,35 6,72 73,3 42,5 30,8 5,76 1,61 23,66 7,34 13,72
Сер. знач. 9,82 7,56 72 43,38 28,62 4,92 1,60 24,87 7,56 13,81
З появою багатокоординатних шліфувально-заточних верстатів з ЧПК
більшість сучасних конструкцій різьбових фрез почали виготовлятися з
циліндричних прутків різних діаметрів на шліфувально-заточних верстатах з
ЧПК (наприклад, виробництва компаній Walter, ANCA, Rollomatic), оскільки
49
кінематична схема роботи таких верстатів дозволяє, комбінуючи рух кількох
осей верстата, отримати складний профіль стружкової канавки за допомогою
шліфувальних кругів стандартних профілів.
Особливістю завдання операції виготовлення канавки на верстатах ANCA
є те, що багато параметрів (установочні параметри шліфувального круга)
розраховуються ЧПК верстата, однак для досягнення більшої точності профілю
різального зуба необхідно точно знати, який профіль канавки буде отримано. У
зв’язку з цим для оцінки технологічності виготовлення прототипу різьбової
фрези було проведено моделювання в програмі Walter Helitronic Tool Studio (ПЗ
для шліфувально-заточних верстатів з ЧПК Walter).
Кінематична схема типового заточного верстата Walter Basic представлена
на Рисунку 2.11. Розроблено розрахункову схему (представлена на Рисунку 2.12)
моделювання стружкової канавки на зазначеному обладнанні, яка може бути
використана для моделювання стружкової канавки на іншому обладнанні, що
використовує кінематичну схему Walter Basic.
Рисунок 2.11. Кінематична схема шліфувально-заточувального верстата з
ЧПУ Walter Basic.
50
Рисунок 2.12. Розрахункова схема моделювання канавки на заточному
верстаті Walter Basic.
Отриманий у результаті моделювання в симуляторі шліфувально-заточного
верстата з ЧПК Walter профіль стружкової канавки в торцевому перерізі
порівняли з профілем, отриманим у результаті оцифрування шліфа,
виготовленого на різьбовій фрезі ФР3. Візуальна оцінка (Рисунок 2.13) дозволяє
зробити висновок, що, оскільки дана стружкова канавка з високим ступенем
точності збігається з профілем, отриманим у результаті моделювання
шліфувальним кругом типу 1V1, швидше за все, ця стружкова канавка була
виготовлена шліфувальним кругом з одноугловим профілем 1V1. Також,
оскільки в результаті роботи запропонованої програми не виникло виключних
ситуацій у симуляторі шліфувально-заточного верстата, а зазори між
шліфувальним кругом і елементами верстата під час роботи залишалися більше
51
3 мм, розроблена програма ЧПК може бути параметризована з метою отримання
універсального коду ЧПК, що дозволяє виготовляти стружкові канавки на
осьових інструментах і кінцевих фрезах.
Рисунок 2.13. Порівняння профілів стружкової канавки ФР3 і моделі з
Walter Helitronic Tool Studio (CAM); 1 – профіль прототипу (ФР3), 2 – профіль
моделі з CAM.
Згідно з ГОСТ 1336-77, різьбові фрези слід виготовляти з прямолінійними
стружковими канавками (допускається до 7°). Це обумовлено прагненням
уникнути коригування профілю різьби на зубі. Для передньої поверхні з
утворюючою у вигляді прямої лінії при �� ≠ 0 і ��т ≠ 0 необхідно коригувати
ріжучий профіль зуба різьбової фрези, оскільки утворююче різьбу осьове
перерізання вихідної інструментальної поверхні (отримується при обертанні
ріжучих профілів різьбової фрези) не збігається з осьовим перерізом зуба
різьбової фрези, що проходить через вершину.
У таких випадках змінюються геометричні лінійні та кутові параметри
ріжучого профілю на зубі, виникає відхилення від прямолінійності профілю.
При невеликих значеннях переднього кута ��т і кута нахилу стружкової канавки
�� цей вплив може бути незначним (близько 0,025 мм) і отриманий профіль
різьби повністю перебуватиме у межах допуску. Однак при збільшенні
абсолютних значень цих кутів стріла прогину профілю збільшується, що може
призвести до виходу отриманої різьби за межі поля допуску.
Запропонований підхід до проєктування ріжучого профілю на зубах
різьбових фрез, викладений у роботі, включає коригування профілю зуба
різьбової фрези під час його профілювання. Це дозволяє керуватися даними
52
довідкової науково-технічної літератури при призначенні кутів різання для
фрез, які не мають фасонного ріжучого профілю на зубі.
Довжина стружкової канавки складається з довжини робочої частини ��р і
довжини виходу стружкової канавки ��вих. У деяких випадках для зменшення
використання обсягу твердого сплаву довжина канавки може бути скорочена
завдяки виготовленню виходу канавки з перекриттям щодо довжини робочої
частини, але загальна довжина канавки повинна перевищувати довжину робочої
частини.
Вихід стружкової канавки залежить від геометричних параметрів і
параметрів встановлення шліфувального круга, кута нахилу канавки, діаметрів
заготовки та серцевини. З конструктивної точки зору вихід канавки необхідний
для уникнення концентраторів напружень. Мінімальна довжина виходу
стружкової канавки може бути досягнута при радіальному відводі
шліфувального круга в кінці операції виготовлення канавки.
Деякі сучасні виробники різьбових фрез виготовляють канавки з виходом,
що починається у межах профілю різьби. Такий підхід вимагає коригування
профілю на кожному з витків, що потрапляють у вихідну зону канавки на зубі
гребенчатої різьбової фрези. У роботі буде використано довжину виходу
канавки, розраховану при заданих значеннях геометричних параметрів,
параметрах установки шліфувального круга, кута нахилу канавки, діаметрів
заготовки та серцевини інструмента.
2.5 Оцінка міцності конструкції
При проєктуванні різьбової фрези необхідно враховувати міцність її
конструктивних елементів, щоб уникнути поломки під час експлуатації. Для
цього виконано оціночний розрахунок внутрішніх напружень, що виникають у
різьбовій фрезі. У розрахунку використана модель гребінчастої різьбової фрези
ФР3 (Таблиця 5).
Різьбова фреза в процесі роботи знаходиться в складному напруженому
стані, сприймаючи одночасно кручення та згин від сили різання, що діє на
профіль різьби на зубі. Сучасні конструкції різьбових фрез виготовляються
53
переважно з твердого сплаву. Однак модель матеріалу не матиме принципового
впливу на поведінку конструкції різьбової фрези, оскільки необхідно, щоб
ріжучий інструмент працював з внутрішніми напруженнями, що не
перевищують межу пружності. Це забезпечує працездатність конструкції
різьбової фрези за умови наявності лише пружних деформацій і відсутності
пластичних.
Межа міцності на розтяг для твердих сплавів не наводиться, оскільки,
згідно з ГОСТ 20019-74, спечені тверді сплави випробовуються на стиснення та
згин.
Для визначення граничних умов було виділено ділянку передньої поверхні,
що дорівнює за площею максимальному перерізу зрізуваного шару під час
різьбофрезерування (рис. 2.14), та частину хвостовика, за яку фреза
закріплюється в патроні при встановленні на верстат (прийнята довжина
циліндричної поверхні хвостовика дорівнює 39 мм). У розрахунку не
враховувалося переміщення та піддатливість усієї наладки (інструмент – патрон
– шпиндель).
Модель різьбової фрези ФР3 навантажена тиском від сили 545,4 Н,
прикладеної до ділянок контакту передньої поверхні площею 8,583 ∗ 10−5 мм2
(еквівалентного обробці різьби М20х1 завдовжки 10 мм). Фреза зафіксована за
частину хвостовика від повороту та зміщення (рис. 2.15), оскільки вона не
повинна провертатися під час закріплення в патроні верстата в процесі
різьбофрезерування.
Допущенням є статичний характер навантаження різального інструмента,
тому розрахунок проведено у модулі Static Structural. При цьому допустима
напруга має бути зменшена на величину динамічного коефіцієнта, значення
якого не менше ніж 2【132】.
54
Рисунок 2.14. Майданчик контакту (б) з шаром, що зрізається при
різьбофрезеруванні (а)
Рисунок 2.15. Граничні умови навантаження різьбової фрези: загальний
вигляд (а), вигляд на зуб із виділеною ділянкою передньої поверхні та
уточненою сіткою кінцевих елементів (б).
У результаті розрахунку встановлено області найбільш ймовірного виходу
з ладу різьбової фрези: вершина різьбоутворюючого профілю зуба (Рисунок
2.16, б, Рисунок 2.16, а, поз. А), основа зуба (Рисунок 2.16, а, поз. Б) та западини
останнього різьбоутворюючого профілю зуба (Рисунок 2.16, а, поз. В). На
Рисунку 2.16 наведено результати одного розрахунку з різним кольоровим
кодуванням для зручності сприйняття результатів розрахунку. Різьбові фрези
зазвичай мають покриття, що захищає поверхню, тому через зменшення
напружень у конструкції фрези від вершини за експоненційною залежністю,
діючі напруження в тілі фрези будуть меншими за розрахункові【132】.
55
Рисунок 3.21. Графічне зображення полів внутрішніх еквівалентних
напружень (загальний вигляд – а, профіль зуба – б), графічне зображення полів
переміщень (в).
У результаті розрахунку отримано наступні значення:
Переміщення (��): 3,1 мкм.
Напруження:
Еквівалентне напруження (��и): 1488,8 МПа (максимальне, на периферії
зуба).
Головні напруження:
��1 = 958,01 МПа,
��2 = 656,46 МПа,
��3 = 199,04 МПа.
56
Підставивши отримані значення в формулу:
��экв = 1532,62 < 5685,63 (допустимі напруження перевищують
розрахункові в 3,7 рази), можна зробити висновок, що конструкція різьбової
фрези ФР3 здатна витримати динамічні навантаження.
Отже, конструкція фрези витримає розрахункове навантаження в 545,4 Н,
що еквівалентно навантаженню при обробці різьби М20х1 довжиною 10 мм, при
цьому відгин складатиме не більше 3,1 мкм.
2.6 Автоматизоване створення креслення на основі тривимірної
твердотільної моделі
Скорочення часу на технологічну підготовку виробництва є однією з
ключових задач сучасного виробництва. Це можливо реалізувати завдяки
максимальної автоматизації процесів проєктування виробів і технологій їх
виготовлення. Наприклад, шляхом впровадження систем автоматизованого
проєктування (САПР).
Однією зі стадій технологічної підготовки є вибір інструмента для
оброблюваної деталі. Через специфіку технологічних процесів часто виникає
потреба кожного разу заново розробляти спеціальний ріжучий інструмент. Цей
процес вимагає багато часу та високого рівня кваліфікації конструктора.
Процес автоматизованого створення креслення
Для автоматизованого формування креслення в системах САПР необхідно
дотримуватись такої загальної послідовності:
Моделювання тривимірної геометричної моделі
Геометрична модель ріжучого інструмента створюється відповідно до
заданих параметрів.
Перевірка моделі
Перевіряється відповідність моделі заданим технічним характеристикам.
Розробка параметризованого креслення
Креслення пов'язується з тривимірною моделлю, що дозволяє:
Автоматично оновлювати креслення при зміні моделі.
Швидко додавати необхідні розрізи, види та позначення.
57
Параметризована модель різьбової фрези
У середовищі T-FLEX CAD v16 розроблено параметризовану модель
цільної концевої гребенчатої різьбової фрези. У процесі моделювання визначено
основні параметри, які необхідні для опису фрези (див. Таблицю 11). Прийнято
припущення, що профіль стружкової канавки у торцевому сеченні описується
двома прямими лініями (передня поверхня і спинка) та дугою між ними (впадина
канавки).
У результаті моделювання створено параметризовану тривимірну модель
різьбової фрези (Рисунок 42.17). На основі цієї моделі було автоматично
згенеровано робочий креслення (Рисунок 2.18). Під час моделювання виявлено
низку недоліків, зазначених у Таблиці 12.
Рисунок 2.17 Параметризована 3D-модель різьбової фрези
Таблиця 11 - Параметри моделі різьбової фрези
Пара- Позначення Опис
метр
��р �� Діаметр робочої частини, мм
��р �� Довжина робочої частини, мм
���� ��х Діаметр хвостовика, мм
�� �� Габаритна довжина, мм
��стр ���� Довжина стружкової канавки (СК), мм
�� �� Фаска на хвостовику, мм
��т ���������� Передній кут у торцевому січенні, град
�� ������ Центральний кут розкриття СК у торцевому січенні, град
58
��вп ���� Радіус впадини СК у торцевому січенні, мм
�� �� Кут нахилу СК, град
��р �� Крок різьбових профілів зуба вздовж осі, мм
��р �������� … �������� Ширина вершини різьбового профілю зуба вздовж осі,
��р �������� мм Ширина впадини різьбового профілю зуба вздовж осі, мм
ℎр ℎ0 Висота різьбового профілю зуба, мм
��1р ��1 Кути нахилу бокових сторін різьбового профілю зуба,
��2р ��2 град
�� �� КЧиілсьлкоі сзтуьб зіву бів
�� �� Величина затилування, мм
Основні види робочого креслення (Рисунок 2.18) отримані за допомогою
проєкції раніше побудованої тривимірної моделі. Масштаб цих проєкцій та
необхідне розташування на кресленні задаються конструктором. Поверх
проєкцій побудована сітка ліній допоміжних побудов для прив’язки розмірів на
кресленні не до ліній проєкцій, а до конкретних вузлів і місць перетину ліній.
Технічні вимоги на кресленні вказані в загальному вигляді без виведення
інформації про граничні відхилення.
59
Рисунок 2.18. Приклад параметризованого креслення гребінчастої
різьбової фрези в T-FLEX CAD.
Також у процесі розробки автоматизованого креслення на основі
тривимірної моделі різьбової фрези в T-FLEX CAD була визначена
послідовність автоматизованого отримання креслення в САПР. За цією
60
послідовністю перевірено ще кілька систем САПР, зокрема Autodesk Inventor
Professional 2022 (Рисунки 2.19–2.21).
У результаті роботи в T-FLEX встановлено, що розробка тривимірної
моделі кінцевої гребінчастої різьбової фрези та отримання креслення вимагають
певних навичок проектувальника.
Рисунок 2.19. Послідовність отримання креслення на основі тривимірної
моделі в САПР (Етап 1. Профілювання стружкової канавки: ШК1 –
шліфувальний круг, ПШК1 – слід шліфувального круга ШК1 при профілюванні,
П1 – стружкова канавка, П2 – вихід стружкової канавки, З – заготовка).
61
Рисунок 2.20. Послідовність отримання креслення на основі тривимірної
моделі в САПР: а – етап 2: затилування за профілем (ШК2 – шліфувальний
круг, ПШК2 – слід шліфувального круга ШК2 під час затилування, П3 –
різьбоутворюючий профіль, З – заготовка); б – етап 3: затилування за
зовнішнім діаметром (ШК3 – шліфувальний круг, ПШК3 – слід шліфувального
круга ШК3 під час затилування, П4 – вершина різьбоутворюючого профілю).
62
Рисунок 2.21. Послідовність отримання креслення на основі тривимірної
моделі в САПР: а – етап 4: створення вихідної інструментальної поверхні (І) під
час обертання робочої частини різьбової фрези (З); б – етап 5: формування та
контроль профілю різьби (Р); в – етап 6: автоматизоване створення креслення.
Висновки до розділу 2
1. На основі класифікації суцільних кінцевих гребінчастих
різьбових фрез визначено перелік геометричних параметрів та розроблено
параметризований кресленик типової різьбової фрези, які дозволяють
визначити геометричні параметри інструмента для подальших досліджень.
63
2. Запропоновано технологічний підхід до проєктування кінцевих
гребінчастих різьбових фрез, що полягає у проєктуванні їх конструктивних
елементів відповідно до технологічних переходів їх виготовлення на
шліфувально-заточних верстатах із ЧПК, формуванні вихідної
інструментальної поверхні та формоутворенні нею внутрішньої метричної
різьби за кінематичною схемою з паралельними осями різьби та інструмента.
3. На основі аналізу конструкцій різьбових фрез показано
залежності для визначення зовнішнього діаметра робочої частини
інструмента при виготовленні різьби з великим (��р = 0,741��) і дрібним
кроком (��р = 0,793��), які можна використовувати як стартові значення при
призначенні діаметра робочої частини.
4. Проведено оцінку міцності конструкцій різьбових фрез при
навантаженні силою різання, отриманою в результаті експериментальних
досліджень, для визначення областей імовірного відмовлення (вершина
різьбоутворювального профілю зуба, основа зуба, впадина останнього
різьбоутворювального профілю). Розроблена послідовність розрахунку
дозволяє оцінити міцнісні характеристики інструмента за наведених умов.
5. Доведено можливість автоматизованого формування робочого
креслення кінцевої гребінчастої різьбової фрези на основі створення
тривимірної моделі в T-FLEX CAD. Виявлено недоліки цього підходу та
прийнято рішення про розробку власної системи проєктування різьбових
фрез.
6. Показано алгоритм розрахунку геометричних параметрів
кінцевих гребінчастих різьбових фрез, що дозволяє об'єднати математичні
залежності, запропоновані у 3-й главі, із числовими методами визначення
параметрів, які складно формалізувати математично.
7. Визначено геометричні параметри різьбового профілю, що
формуються під час розрахунків на всіх етапах роботи системи проєктування.
Це дозволяє коригувати параметри інструмента для забезпечення відповідності
різьби заданому полю допуску.Розділ 3. Проведені дослідження та їх аналіз
64
3.1 Дослідження впливу параметрів встановлення та форми профілю
шліфувального круга на форму стружкової канавки в торцевому перерізі
Основним елементом конструкції різьбової фрези є стружкова канавка, від
профілю якої залежить необхідність коригування різьбоутворювального
профілю на зубі для отримання різьби прийнятого ступеня точності. Проведено
дослідження впливу форми профілю шліфувального круга та параметрів його
установки на профіль стружкової канавки.
Вплив установочних параметрів і параметрів профілю шліфувального круга
на профіль стружкової канавки досліджувався для прийнятого раніше
прототипу ФР3 (таблиці 13-16). Під час варіювання прийнято початкові умови:
��ШК1 = 125 мм, ��шк1 = 10 мм, ��шк1 = 15°, ��1шк1 = 0,1 мм, ��2шк1 = 0,1 мм при
установочних параметрах ��1 = 65,65 мм, �� = 0 мм, �� = 3 мм, ����1 = 15°.
У таблицях 13-16 показано сліди елементарних перетинів (поз.1)
шліфувального круга при перетині торцевих перетинів, а також перетини
профілів стружкових канавок (поз.2) під час формування кількох зубів.
Наприклад, при виготовленні стружкової канавки шліфувальним кругом типу
1А1 з установочними параметрами �� = −10 мм, �� = −3 мм, це означає
відсутність зуба під час формоутворення (поз.1 і 2 показані на одному прикладі
й далі в таблицях 13-16 не вказуються). Кольоровий фон використано для
торцевих перетинів, які відповідають перетину фрези ФР3 за прийнятими
параметрами формоутворення.
Аналіз таблиць 45–48 дозволяє зробити наступні висновки:
Шліфувальний круг типу 1V1 дозволяє отримати менший кут розкриття
канавки порівняно зі шліфувальним кругом типу 1A1.
При зміні значення установочного параметра M кут розкриття канавки та
діаметр серцевини змінюються швидше, ніж при зміні значення установочного
параметра N.
Використання різних типів шліфувальних кругів не впливає на форму
передньої поверхні, проте змінює положення спинки зуба, оскільки передня
поверхня формується радіусною частиною шліфувального круга.
65
Зі збільшенням установочного кута і за відсутності підрізу зменшується
передній кут і радіус дуги у впадині стружкової канавки.
За умови ����1<ω може виникати підріз передньої поверхні.
Профіль канавки практично не змінюється при зміні діаметра та висоти
шліфувального круга.
Центральний кут розкриття канавки зменшується зі збільшенням кута
профілю шліфувального круга ��шк1.
Попередні розрахунки і аналіз таблиць 13-16 показали, що шліфувальний
круг типу 1A1 прийнятого діаметра та висоти не підходить для виготовлення
стружкових канавок різьбової фрези ФР3, оскільки значення центрального кута
розкриття канавки θ виявляється більшим за необхідне.
Для проведення чисельного розрахунку та підтвердження залежностей
було використано торцевий переріз різьбової фрези ФР3 (рисунок 2.10) та
шліфувальний круг типу 1V1.
Вихідні дані:
Шліфувальний круг: тип 1V1, (тип 1V1, ��шк1 = 125 мм, ��шк1 = 10 мм,
��шк1 = 25°), параметри профілю канавки в торцевому перерізі відповідають
наведеним у таблиці 10.
Установлено, що найточніше стружкова канавка формується за
параметрами: �� = 3 мм, �� = 0 мм, ��1 = 65,65 мм, = 15°.
��1
Проведено технологічне моделювання різьбової фрези ФР3 у Walter
Helitronic ToolStudio для підтвердження технологічної можливості її
виготовлення. Результати порівняння отриманих профілів наведено на рисунку
3.1.
66
Рисунок 3.1.Порівняння профілів канавки прототипу (ФР3) та моделей:
а – технологічна модель з Walter Helitronic Tool Studio (CAM), б –
математична модель; 1 – профіль прототипу (ФР3), 2 – профіль моделі з CAM,
3 – профіль математичної моделі.
Таблиця 13. Торцевий переріз стружкової канавки при варіюванні
параметрів M та N
Таблиця 14. Торцевий переріз стружкової канавки при варіюванні ����1
67
Таблиця 15. Торцевий переріз стружкової канавки при варіюванні ��шк1,
��шк1
Таблиця 16. Торцевий переріз стружкової канавки при варіюванні ��шк1
Дослідження впливу геометричних і установочних параметрів
шліфувального круга та заготовки на профіль стружкової канавки проведені на
універсальному заточувальному верстаті моделі 3Д642Е з використанням
пристосування для заточки інструменту з гвинтовими стружковими канавками
3Е642Е. Дослідження виконано для підтвердження теоретичних залежностей
68
(3.2) – (3.9), що описують профіль гвинтової стружкової канавки інструменту в
торцевому перерізі.
У ході експерименту прийнято наступні значення параметрів
шліфувального круга, оброблюваної заготовки та їх взаємного розташування:
Діаметр шліфувального круга (��шк1) – 151,6 мм,
Висота шліфувального круга (��шк1) – 20,5 мм,
Профіль круга – 1A1 (прямий профіль),
Діаметр заготовки (��) – 34,5 мм,
Міжосьова відстань (��1) – 84,4 мм.
Змінювані фактори експерименту представлені в Таблиці 17.
Таблиця 17. Фактори експерименту, що варіюються.
№ канавки
1 2 3
Параметр
Зміщення N, мм 0 5 5
Зміщення M, мм 5 0 5
Кут нахилу канавки, ω, ° 10 10 10
Угол кут, , °
��1 10 10 30
Під час проведення експерименту використовувалися заготовки з
капролону (поліаміду 6 блочного) відповідно до ТУ 2224-036-00203803-2012,
оскільки цей матеріал однорідний, достатньо жорсткий і добре піддається
обробці як точінням, так і шліфуванням (рисунок 3.2).
Для експериментів використовувалися прутки діаметром 40 мм і довжиною
1000 мм, з яких виготовляли заготовки для досліджень. На кожній заготовці
виконували по три стружкові канавки відповідно до методики, викладеної в
розділі 2. Після обробки заготовка розрізалася у площині, перпендикулярній до
осі, з урахуванням виключення поверхонь входу і виходу шліфувального круга.
69
Рисунок 3.2. Шліфування канавок на моделі з блочного поліаміду (1 –
пристосування 3Е642Е, 2 – шліфувальний круг типу 1А1, 3 – заготовка з
блочного поліаміду, 4 – задній центр)
Встановлено, що сукупність значень зміщень N та M, які на
експериментальній установці забезпечують однакові значення зміщення торця
шліфувального круга відносно осі заготовки, формують ідентичні профілі (це
також показано у Таблиці 13), повернуті один відносно одного відносно осі
заготовки.
Дослідження підтвердили представлені теоретичні залежності доброю
схожістю отриманих профілів (Рисунок 3.3), а похибки (до 0,42 мм), отримані в
результаті порівняння, можна пояснити похибками: налаштування
шліфувального круга відносно осі заготовки, деформаціями заготовки, а також
параметрами налаштування експерименту.
3.2 Дослідження впливу параметрів встановлення та форми профілю
шліфувального круга на форму різьбоутворюючого профілю
Різьбоутворюючий профіль на зубі різьбової фрези визначається перетином
передньої поверхні, сформованої під час виготовлення стружкової канавки, та
задньої поверхні, сформованої під час затилування. При затилуванні зазвичай
використовуються шліфувальні круги з двоухловим профілем типу 14EE1.
70
Відтворено план експерименту (Таблиця 18), який враховує зміну двох
кутів повороту шліфувального круга навколо осей X та Y.
Таблиця 18. План експерименту по дослідженню впливу параметрів
установки та профілю шліфувального круга на форму різьбоутворювального
профілю
З метою мінімізації внесених похибок як експериментальний зразок, що
відтворює оброблювану заготовку-фрезу, було прийнято рішення
використовувати металеве ножівкове полотно. Обробка виконувалася на ділянці
з максимальною жорсткістю кріплення полотна, щоб уникнути його прогину.
Рисунок 3.3. Порівняння експериментального (1) та теоретичного (2)
торцевих перерізів стружкових канавок:
А – для параметрів �� = 5 мм, �� = 0 мм, ����1 = 10°;
Б – для параметрів �� = 0 мм, �� = 5 мм, ����1 = 10°;
В – для параметрів �� = 5 мм, �� = 5 мм, ����1 = 30°.
71
Під час виконання експерименту встановлено, що використання леза як
заготовки в експерименті виявило недостатню жорсткість, що могло призвести
до неточності результатів. Тому як заготовку використано ножівкове полотно
(Рисунок 3.4).
Установка складалася з різьбошліфувального верстата моделі 5822,
встановленого на ньому шліфувального круга з радіусом ��в на периферії
(Рисунок 3.4, поз. 2) і закріпленої в центрах (Рисунок 3.4, поз. 3, 4) оправки
(Рисунок 3.4, поз. 5) з ножівковим полотном (Рисунок 3.4, поз. 1).
Отримані результати оцифровані за допомогою УІМ-21. Результати
вимірювань зведені в загальну таблицю, за якими побудовано графіки (Рисунки
3.5-3.7).
У результаті дослідження встановлено, що розбіжності між математично
розрахованими параметрами профілю зуба і отриманими внаслідок вимірювань
не перевищують за кутовим значенням 42′, що можна пояснити похибкою
вимірювань, оскільки на профілях, сформованих шліфувальним кругом на
ножівковому полотні, іноді утворювалися задири. Відхилення лінійних розмірів
(радіус вершини на шліфувальному крузі ШК2 – ��в, радіус западини на профілі
– ��вп) не перевищують 0,01 мм, а відхилення кутових розмірів – 39′, що також
можна пояснити наявністю задирів на профілі та похибкою вимірювань.
Отримані результати підтверджують можливість використання
запропонованої у 2 розділі методики профілювання зубів і доводять
правильність розроблених математичних залежностей.
У результаті проведеного експерименту з дослідження впливу параметрів
встановлення та форми профілю шліфувального круга на форму
різьбоутворюючого профілю під час затилування за профілем було встановлено:
– Поворот відносно осі X визначає лінійне збільшення або зменшення кута
профілю через нахил профілю шліфувального круга без його викривлення, тоді
як поворот відносно осі Y спричиняє викривлення різьбоутворюючого профілю
з утворенням радіусів у западинах;
72
– Підтверджено, що експериментальні дані відрізняються від розрахованих
залежностей не більш ніж на 3%, що підтверджує правильність теоретичних
залежностей.
Рисунок 3.4. Установка для дослідження впливу параметрів встановлення
та профілю шліфувального круга на форму різьбоутворюючого профілю
Рисунок 3.5.
Графіки залежностей (експеримент, розрахунок):
��вп = ��(����2) (а); ��вп = ��(����2) (б).
Рисунок 3.6.
Графіки залежностей (експеримент, розрахунок):
��1р = ��(����2) (а); ��1р = ��(����2) (б).
73
Рисунок 3.7. Графіки залежностей (експеримент, розрахунок):
��2р = ��(����2) (а); ��2р = ��(����2) (б).
3.3 Оцінка працездатності різьбоутворюючої фрези (діаметр 6 мм,
крок 1,25 мм)
Для перевірки працездатності за описаним у роботі була розрахована
конструкція різьбоутворюючої фрези ТМ8х1,25-6-65 для виготовлення різьби
М8х1,25-4H5H. У результаті розрахунку прийнята конструкція, представлена на
Рисунку 3.8. На шліфувально-заточному верстаті з ЧПК ANCA RX7
виготовлено дві однакові різьбоутворюючі фрези за розробленою конструкцією
з гладкого каліброваного твердсплавного прутка діаметром 6 мм (Рисунок 3.9).
Для виготовлення стружкової канавки було обрано шліфувальний круг (тип
1V1, ��шк1 = 100,69 мм, ��шк1 = 4,17 мм, ��1шк1 = ��2шк1 = 0,2 мм, ��шк1 = 25°), для якого
розраховано установчі параметри (�� = 10 мм, �� = −10 мм, ��1 = 48,4 мм, ����1 =
33°).
Конструкція різьбоутворюючої фрези була розрахована в системі
проєктування різьбоутворюючих фрез, встановлено основні параметри
стружкової канавки (�� = 74°58′, ��с = 3,067 мм, ��т = 7°38′). Конструкція фрези
перевірена на відсутність підрізу профілю стружкової канавки на передній
поверхні, а також на відсутність підрізу наступного зуба при затилуванні (��т =
8,5°). Розраховано різьбоутворюючий профіль зуба (��1р = 31,889°, ��2р =
33,443°).
Для перевірки геометричної точності виготовленої різьби проведено
експеримент із виготовлення різьб M8x1,25-4H5H, М10х1,25-6H, М12х1,25-6H
у заготовках із алюмінієвого сплаву Д16Т і сталі 40Х.
74
Рисунок 3.8. Креслення різьбоутворюючої фрези ТМ8х1,25-6-65.
Виготовлені різьбоутворюючі фрези випробовувалися на
трикоординатному фрезерному верстаті з ЧПК HAAS VF-2SS (Рисунок 3.10).
Під час випробувань було призначено рекомендовані режими обробки,
розраховано програмований радіус ��прг різьбоутворюючих фрез (для М8х1,25:
��прг = 3,051 мм; для М10х1,25: ��прг = 3,024 мм; для М12х1,25: ��прг = 3,016 мм;
для М14х1,25: ��прг = 3,013 мм) і підготовлено керуючі програми для верстата з
ЧПК. У межах експерименту було виготовлено 12 різьб відповідно до плану
експерименту (Таблиця 19).
Параметри режиму різання (Таблиця 19) було взято за аналогією з тими, що
представлені в каталогах виробників, і частково знижено для збереження
працездатності зразків різьбоутворюючих фрез.
75
Рисунок 6.2.
Виготовлена різьбоутворююча фреза ТМ8х1,25-6-65 (��р = 6 мм, ��р =
1,25 мм)
Рисунок 3.10. Випробування різьбових фрез ТМ8х1,25-6-65
Виготовлені різьби перевірено комплексно за допомогою калібрів-пробок
прохідних та непрохідних, що відповідають класам точності (Рисунок 3.11). Усі
різьби виявилися придатними.
Рисунок 3.11. Контроль різьби в заготовках із Д16Т (а) і сталі 40Х (б).
Таблиця 19. План виробничих випробувань різьбових фрез ТМ8х1,25-6-65
76
Проведений контроль дозволив зробити висновок, що різьбова фреза,
спроєктована за допомогою СПРФ (системи проєктування різьбових фрез),
здатна виготовляти різьбу із заданим ступенем точності (М8х1,25-4H5H).
Різьбоутворюючий профіль на зубі було правильно скориговано відповідно до
розрахованого профілю стружкової канавки. Представлена у цій роботі система
проєктування різьбових фрез може бути використана на практиці.
3.4 Оцінка працездатності комбінованої різьбової фрези зі
свердлильною частиною на торці
Для перевірки працездатності було спроєктовано та виготовлено з твердого
сплаву комбіновану різьбову фрезу ∅2,2 зі свердлильною частиною на торці для
обробки глухих і наскрізних отворів із внутрішньою різьбою М3х0,5-6H
довжиною 7,4 мм та фаскою на торці.
Відповідно до технічного завдання була розрахована конструкція
комбінованої різьбової фрези зі свердлильною ріжучою частиною на торці
(Рисунок 3.12). Зразки комбінованих інструментів виготовлені згідно з
розробленим кресленням. Проведено випробування (Рисунок 3.13)
виготовлених зразків комбінованої різьбової фрези зі свердлильною частиною
на торці для оцінки її працездатності.
Випробування проводилися за наступними параметрами режиму обробки:
під час свердління – швидкість різання �� = 39,3 м/хв, при фрезеруванні – �� =
30,55 м/хв.
77
Рисунок 3.12. Конструкція комбінованої різьбової фрези зі свердлильною
частиною на торці для виготовлення внутрішньої різьби М3х0,5-6H.
За результатами вимірювань виготовлених зразків та їх огляду на УІМ-21
не було виявлено жодних дефектів, підрізів або вм'ятин на різьбоутворюючому
профілі. Контроль отворів різьбовим калібром М3х0,5 ПР-НЕ 6H (Рисунок 3.13)
78
підтвердив, що виготовлені різьбові отвори відповідають вимогам, щодо
параметрів різьбових отворів.
Рисунок 3.13. Випробування комбінованої різьбової фрези ∅2,2 зі
свердлильною частиною на торці для виготовлення внутрішньої різьби М3х0,5-
6H: а) процес випробувань, б) контроль у процесі роботи, в) контроль після
випробувань.
Рисунок 3.13. Зразок, розрізаний в осьовій площині (а), форма отриманого
отвору (б).
Виходячи з наведеного, можна зробити висновок про працездатність
комбінованої різьбової фрези зі свердлильною частиною на торці М3х0,5 і її
придатність для виготовлення різьбових отворів М3х0,5 6H у заготовках із
АМг6.
79
Висновок до розділу 3
1. Проведено дослідження для визначення складових сили під час
різьбофрезерування гребінчастими фрезами залежно від подачі на зуб,
номінального діаметра, довжини та кроку різьби, діаметра робочої частини
інструмента. Це дозволило визначити величину сили для використання її при
оцінці міцності інструмента в системі проєктування різьбоутворюючих фрез.
Максимальне відхилення між розрахунковими та експериментальними значеннями
не перевищило 14%.
2. Для різьбових отворів, отриманих у результаті експерименту з
визначення складових сили різання, досліджено конусність, що відповідає
прийнятим параметрам плану експерименту. Встановлено часткові залежності кута
конусності нарізаної різьби від подачі на зуб, номінального діаметра та довжини
різьби. Це дозволило оцінити відповідність величини конусності полю допуску на
середній діаметр внутрішньої різьби для її виготовлення заданої точності. Кут
конусності різьби не перевищив 0,893°, що відповідає зміні діаметра різьби на 16
мкм на 10 мм її довжини під час обробки інструментом з діаметром робочої частини
до 14 мм (для різьб з �� = 16 … 30 мм), 6-го ступеня точності, і знаходиться в межах
поля допуску виготовлюваної різьби.
3. Встановлено, що експериментальні дані відрізняються від
розрахованих не більше ніж на 3%.
4. У результаті проведених випробувань підтверджено працездатність
розроблених за допомогою системи проєктування концевих гребінчастих різьбових
фрез і виготовлених із твердого сплаву зразків різьбових фрез діаметром 6 мм для
виготовлення точної внутрішньої різьби М8х1,25-4H5H і різьбової фрези
діаметром 2,2 мм зі свердлильною частиною на торці для виготовлення
внутрішньої різьби М3х0,5-6H.
5. Система проєктування різьбових фрез продемонструвала свою
працездатність під час проєктування різьбових фрез для виготовлення внутрішніх
різьб заданої ступені точності.
80
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
4.1 Вимоги безпеки до металообробних верстатів
Зону обробки універсальних токарних верстатів, призначених для обробки
заготовок діаметром до 630 мм включно, необхідно огороджувати захисним
пристроєм (екраном).
Затискні патрони універсальних токарних та токарно-револьверних верстатів
повинні мати рухомі огородження.
Планшайба токарно-карусельних верстатів повинна мати огородження, яке
не повинне перешкоджати обслуговуванню верстатів.
Корпуси пристроїв, які закріплюються на планшайбах токарно-карусельних
верстатів для затискання оброблюваної деталі, повинні підтримуватись на
планшайбах за допомогою жорстких упорів і додатково силою тертя, що
утворюється кріпильними гвинтами.
У планшайбах карусельних верстатів повинні бути передбачені обмежувачі
для унеможливлення падіння затискних пристроїв з обертових планшайб.
Пруткові токарні автомати та пруткові револьверні верстати повинні бути
обладнані огородженнями по всій довжині прутків та оснащені шумопоглинальним
пристроєм.
При застосуванні огородження у вигляді напрямних труб, що обертаються
разом із прутками, прутковий магазин повинен мати кругове огородження за всією
довжиною.
Розміщений зовні токарного верстата пристрій для подавання прутків
повинен мати огородження, яке не перешкоджає доступу до цього пристрою.
Універсальні токарні верстати в разі використання їх для обробки прутків
повинні бути оснащені пристроєм, який огороджує пруток зі сторони задньої
частини шпинделя. Пруток не повинен виступати за відгороджувальний пристрій.
В універсальних фрезерних консольних верстатах та верстатах з хрестовим
столом завширшки 320 мм і більше, а також у фрезерних верстатах з програмним
керуванням операція закріплювання інструменту повинна бути механізована.
81
В універсальних фрезерних консольних верстатах та верстатах з хрестовим
столом завширшки до 630 мм тривалість зупинення шпинделя (без інструменту)
після його вимкнення не повинна перевищувати 6 с.
У горизонтально-фрезерних та вертикально-фрезерних верстатах заввишки
до 2,5 м задня частина шпинделя разом з виступним кінцем гвинта для
закріплювання інструменту, а також кінець фрезерної оправки, який виступає з
підтримки, повинні бути відгороджені знімними кожухами.
На вертикально-фрезерних верстатах для закріплювання фрез необхідно
застосовувати спеціальні механічні пристосування (шомполи, штревелі тощо).
Конструкція збірних фрез повинна передбачати надійне та міцне закріплення
в корпусі фрези зубів або пластин з твердого сплаву, яке унеможливлює їх
випадіння під час роботи.
Копіювальні свердлильно-фрезерні та фрезерні верстати повинні бути
обладнані кінцевими вимикачами для здійснення вимикання фрезерних та
свердлильних кареток.
Привід до бабки нарізнофрезерних верстатів повинен бути огороджений.
Поздовжньо-стругальні верстати повинні мати гальмові, амортизуючі або
обмежувальні пристрої для запобігання можливості викидання стола.
Поперечностругальні та довбальні верстати з ходом повзуна більше 200 мм,
а також поздовжньо-стругальні верстати повинні бути оснащені пристроями
автоматичного відведення різцетримача під час холостого ходу.
Поперечностругальні верстати повинні бути оснащені стружкозбірником та
екраном для запобігання розкиданню стружки за межі стружкозбірника.
Довбальні верстати повинні мати пристрій, який унеможливлює самовільне
опускання повзуна після вимкнення верстата.
Довбальні верстати з механічним (кулісним) приводом повзуна повинні мати
блокування для запобігання перемиканню швидкості довбача (різця) під час роботи
верстата.
82
На довбальних верстатах (крім довбальних верстатів з ходом повзуна від 100
до 200 мм) піднімання подушки довбача під час холостого ходу повинно бути
автоматизовано.
Вертикально-протяжні верстати для внутрішнього протягування повинні
мати огородження для захисту працівників у разі випадіння протяжки з патрона
поворотного механізму.
Над зоною виходу протяжки із заготовки на горизонтально-протяжних
верстатах необхідно встановлювати відкидний екран з оглядовим вікном для
захисту працівників від травмування шматками протяжки у разі її розривання та
відлітаючою стружкою.
Горизонтально-протяжні верстати, що працюють протяжками масою більше
8 кг, повинні мати підтримувальні опори на вході протяжки у заготовку і на виході
з неї. Верстати повинні мати пристосування, що забезпечує механізоване
повертання протяжки у початкове положення після робочого ходу.
Передня сторона відрізних круглопиляльних верстатів повинна бути
оснащена екраном для захисту працівника від стружки, що відлітає під час різання.
Неробочу частину пилки відрізного круглопиляльного верстата необхідно
огородити.
Відрізні круглопиляльні верстати повинні бути оснащені пристроями для
автоматичного очищення западин зубів від стружки під час роботи.
Різальне полотно стрічково-відрізних верстатів повинно бути огороджено по
всій довжині, крім ділянки в зоні різання. Шківи стрічково-відрізного полотна
повинні бути огороджені по колу та з боків.
Стрічково-відрізні верстати повинні бути оснащені захисним пристроєм,
який запобігає травмуванню працівника різальним полотном у разі його
розривання.
Верстати відрізної групи повинні мати пристрої для підтримування
матеріалу, від якого відрізуються заготовки, та відрізаних заготовок для
запобігання їх падінню з верстатів.
83
Передня частина пиляльної рами ножівкової пилки верстата не повинна
виходити за торець рукава верстата.
Відрізні круги абразивно-відрізних верстатів повинні бути огороджені
захисними кожухами.
Конструкція пилозабірників абразивно-відрізних верстатів повинна
забезпечувати ефективне захоплення іскрового факела, що відходить від зони
різання.
Конструкція пилозабірника та повітроводу, що відходить від пилозабірника
до відсмоктувального пристрою, повинна передбачати можливість зручного їх
очищення від нагару.
Абразивно-відрізні верстати у разі технічної необхідності повинні бути
укомплектовані індивідуальними відсмоктувальними пристроями. При
застосуванні у відсмоктувальному пристрої тканинних фільтрів тканина повинна
бути вогнестійкою або на ділянці всмоктування перед пристроєм повинен бути
передбачений іскроуловлювач.
Згинальні та профілезгинальні верстати повинні бути обладнані
приймальними пристроями із запобіжними огородженнями.
Згинальні верстати повинні бути обладнані пристроями контролю й
обмеження опускання та піднімання траверси понад установлений розмір, а також
пристроями для вимкнення електродвигуна у разі ввімкнення ручного механізму
переміщування траверси.
Роликові верстати для згинання та малкування металевих профілів повинні
бути оснащені захисними пристроями для запобігання потраплянню пальців рук
працівника між роликом та заготовкою.
Гільйотинні ножиці для різання листового металу повинні бути оснащені:
− запобіжними пристроями, зблокованими з пусковими механізмами для
унеможливлення потрапляння пальців рук працівника під ножі та
притискачі;
− столом, установленим на рівні нерухомого ножа;
84
− напрямною та запобіжною лінійками;
− регульованими упорами для обмеження подавання листа, що
розрізується;
− механічними або гідравлічними притискачами для фіксації металу, що
розрізується;
− роз’єднувальними пристроями, що запираються для здійснення
вимикання електродвигуна під час простоювання або перерви у роботі
ножиць;
− закриті по околу спеціальні огородження для запобігання доступу до
циліндричних притискачів, установлених перед огороджувальним
(захисним) пристроєм зони ножів.
Ручні махові ножиці повинні бути обладнані:
− притискачами на верхньому рухомому ножі;
− амортизатором для пом’якшування удару ножотримача;
− противагою для утримування верхнього рухомого ножа.
Ручні важільні ножиці повинні бути надійно закріплені на спеціальних
стійках, верстаках, столах.
4.2 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах токарної групи
Планшайбу при надяганні на кінець шпинделя необхідно очищувати від
стружки та забруднення.
При закріпленні деталі в кулачковому патроні або використанні планшайб
деталь необхідно захоплювати кулачками на якомога більшу довжину. Після
закріплення деталі кулачки не повинні виступати з патрона або планшайби за межі
їх зовнішнього діаметра. У разі якщо кулачки виступають, необхідно замінити
патрон або установити спеціальне огородження.
При встановленні патрона або планшайби на шпиндель під них на верстат
необхідно підкладати дерев’яні підкладки з виїмкою за формою патрона
(планшайби).
85
Не дозволяється згвинчувати патрон (планшайбу) раптовим гальмуванням
шпинделя.
Згвинчувати патрон (планшайбу) ударами кулачків об підставку
допускається тільки у разі його ручного обертання, при цьому необхідно
застосовувати підставки з довгими ручками.
Допускається закріплювати в кулачковому патроні без підпирання центром
задньої бабки тільки короткі, завдовжки не більше двох діаметрів, зрівноважені
деталі. В інших випадках для підпирання необхідно використовувати задню бабку.
Для обробки в центрах деталей завдовжки 12 діаметрів і більше, а також при
швидкісному та силовому різанні деталей завдовжки 8 діаметрів і більше необхідно
застосовувати додаткові опори (люнети).
Перед обробкою деталей в центрах спочатку необхідно перевірити
закріплення задньої бабки і тільки після встановлення деталі змастити центр.
Задній центр під час виконання робіт також необхідно періодично змащувати, а при
обробці довгомірних деталей - перевіряти осьовий затискач.
Прутковий матеріал, який подається для обробки на верстат, не повинен мати
кривизни.
Різці необхідно закріплювати з мінімально можливим вильотом з
різцетримача (виліт різця не повинен перевищувати більше ніж у 1,5 раза висоту
державки) і не менше ніж двома болтами. Різальна кромка різця повинна
виставлятись по осі оброблюваної деталі.
Для правильного установлення різців відносно осі центрів та підвищення
надійності закріплення їх у супорті необхідно застосовувати шліфовані прокладки.
Прокладки повинні відповідати лінійним опорам частини державки різців.
Для обробки в’язких металів (сталей), що дають зливну стрічкову стружку,
необхідно застосовувати різці з викружками, накладними стружколамачами або
стружкозавивачами.
86
Для обробки крихких металів (чавуну, бронзи тощо) з утворенням
мілкоподрібненої сталевої стружки необхідно застосовувати захисні пристрої
(спеціальні стружковідвідники, прозорі екрани).
Револьверну головку та супорт з інструментом необхідно відводити на
безпечну відстань під час:
− заміни супорта;
− встановлювання або знімання деталей та інструменту;
− ручної обробки деталі (зачищення, шліфування);
− усунення биття.
Для зачищення виробів на верстаті шкуркою або порошком необхідно
застосовувати притискні колодки.
Забороняється під час виконання робіт на металообробних верстатах
токарної групи:
− користуватись затискними патронами, у яких спрацьовані робочі площини
кулачків;
− працювати з необертовим центром задньої бабки при швидкісному різанні;
− працювати без закріплення патрона сухарями для запобігання
самовідвертанню при реверсуванні;
− гальмувати обертання шпинделя натискуванням руки на обертові частини
верстата або деталі;
− залишати в револьверній головці інструмент, який не використовується
для обробки цієї деталі;
− перебувати між деталлю та верстатом під час установлення деталі на
верстат;
− притримувати руками кінець важкої деталі або заготовки, що відрізається;
− класти деталі, інструмент та інші предмети на станину верстата та кришку
передньої бабки;
− закладати та подавати рукою у шпиндель оброблюваний пруток при
ввімкненому верстаті;
87
− вимірювати оброблювану деталь скобою, калібром, масштабною лінійкою,
штангенциркулем, мікрометром до повного зупинення верстата,
відведення супорта та револьверної головки на безпечну відстань.
4.3 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах фрезерної групи
Перед установленням фрези необхідно перевіряти цілісність та правильність
заточування пластин.
Пластини повинні бути без викришених місць, тріщин, припікання. Різальний
інструмент не повинен мати затуплених кромок.
Для установлення фрез на верстаті або їх заміни необхідно застосовувати
спеціальні пристосування, які запобігають порізу рук працівника.
При установленні фрез на оправку їхні зуби необхідно розміщувати в
шаховому порядку.
Для підтримування фрези під час вибивання її зі шпинделя необхідно
застосовувати еластичні прокладки.
Не дозволяється підтримувати фрезу рукою без відповідних засобів
індивідуального захисту рук.
Фрезерну оправку або фрезу необхідно закріплювати в шпинделі ключем
тільки після ввімкнення коробки швидкостей для запобігання провертанню
шпинделя.
Не дозволяється затискувати та відтискувати фрезу ключем на оправці
ввімкненням електродвигуна, а також залишати ключ на головці затяжного болта
після установлення фрези або оправки.
Після установлення та закріплення фрези необхідно перевіряти її радіальне та
торцеве биття, яке не повинно перевищувати 0,1 мм.
При швидкісному фрезеруванні необхідно застосовувати огородження та
пристосування для уловлювання та видалення стружки (спеціальні
стружковідвідники, прозорі екрани).
88
Оброблювані деталі та пристосування, особливо базові та кріпильні поверхні,
що прилягають одна до одної, перед установленням на верстат необхідно
очищувати від стружки та мастила для забезпечення правильного установлення їх
та досягнення міцності закріплення.
Отвір шпинделя, хвостовик оправки або фрези, поверхню перехідної втулки
перед установленням у шпиндель необхідно очищувати та протирати, забоїни -
усувати. При встановленні хвостовика інструменту в отвір шпинделя хвостовик
повинен сідати щільно, без люфту.
Оброблювану деталь необхідно закріплювати в місцях, що розташовані
якомога ближче до оброблюваної поверхні. Для закріплювання деталей до
необроблених поверхонь необхідно застосовувати лещата та пристосування з
насічкою на притискних губках.
При використанні для закріплювання деталей пневматичних, гідравлічних та
електромагнітних пристосувань трубки, по яких подається повітря або рідина, а
також електрична проводка повинні бути захищені від механічних пошкоджень.
При заміні або вимірюванні оброблюваної деталі верстат необхідно зупинити,
а різальний інструмент - відвести.
Виконувати роботи на верстаті з необгородженою фрезою необхідно із
застосуванням відповідних засобів індивідуального захисту.
Під час роботи на верстаті необхідно уникати накопичення стружки на фрезі
та оправці. Стружку від обертової фрези необхідно періодично видаляти пензликом
з ручкою завдовжки до 250 мм.
4.4 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах стругальної, довбальної та протяжної груп
Під час установлювання оброблюваної деталі на верстат та знімання її з
верстата стіл або повзун верстата повинен відводитись на максимальну відстань від
супорта.
89
Перед установленням заготовки на верстат заготовку та поверхню
закріплювальних пристроїв необхідно протирати, а також перевіряти справність
різцетримальної головки.
Установлена на верстат заготовка не повинна зачіпати стояки або супорт під
час роботи верстата. Правильність установлення деталі на верстат повинна
перевірятись:
− на невеликих верстатах - переміщуванням стола або повзуна вручну;
− на великих верстатах - за допомогою масштабної лінійки (у разі
неможливості здійснювати переміщування стола вручну).
Оброблювані деталі необхідно закріплювати спеціальними кріпильними
деталями (болтами, притискними планками, упорами).
Не дозволяється відкидати різець руками під час холостого (зворотного) ходу
верстата.
Різці, що установлюються, повинні бути правильно заточені, без тріщин та
надламів.
Не дозволяється перевіряти рукою гострість та справність різця.
При довбанні в упор необхідно залишати достатній вихід для різця та
стружки.
Регулювання та закріплення кулачків обмежувача ходу необхідно
здійснювати тільки після вимкнення верстата та припинення руху його частин.
Не дозволяється під час роботи верстата очищувати та поправляти різальний
інструмент, пристосування та оброблювані деталі.
Під час виконання робіт з довгими протяжками на горизонтально-протяжних
верстатах необхідно застосовувати рухомі люнети.
Не дозволяється виконувати роботи на двоколонному вертикально-
протяжному верстаті двом працівникам, а також перебувати біля одної колони під
час установлювання деталі на другу колону.
4.5 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
90
верстатах свердлильної та розточувальної груп
Оброблювані на верстаті деталі (крім особливо важких) необхідно
встановлювати у відповідні пристосування (лещата, кондуктори тощо), які
закріплюються на столі (плиті) свердлильного верстата.
Для кріплення тонкого листового металу необхідно застосовувати спеціальні
пристрої (гідравлічні, важільні тощо). Допускається закріплювати деталі
притискними планками або упорами.
Лещата до стола верстата необхідно кріпити болтами, розмір яких повинен
відповідати розміру паза стола.
Встановлювати оброблювані деталі на верстат та знімати їх з нього під час
роботи верстата допускається тільки у разі використання спеціальних позиційних
пристроїв (поворотних столів, конвеєрів тощо).
Верстати повинні бути обладнані пристроями, які повертають шпиндель у
початкове положення після його подавання. За відсутності зазначеного оснащення
установлювати та знімати деталі дозволяється тільки після вимкнення та повного
зупинення верстата.
При закріпленні інструменту в шпинделі за допомогою клинів, гвинтів, планок
та інших пристроїв ці елементи не повинні виступати за межі шпинделя.
Вставляти чи виймати свердло із шпинделя верстата дозволяється тільки після
повного припинення обертання шпинделя.
Свердло із шпинделя необхідно виймати спеціальним клином, який не
повинен залишатись у пазу шпинделя.
Не дозволяється використовувати на верстатах інструмент із забитими або
спрацьованими конусами та хвостовиками.
Стружку з просвердлених отворів необхідно видаляти гідравлічним способом,
магнітами або металевими гачками тільки після зупинення верстата та відведення
інструменту.
Свердлити отвори у в’язких металах необхідно спіральними свердлами зі
стружкодробильними каналами.
91
Для знімання інструменту з верстата необхідно застосовувати спеціальні
молотки та вибивачі, виготовлені з матеріалу, від якого під час удару не
відділяються частинки.
Не дозволяється під час роботи верстата перевіряти рукою гостроту різальних
кромок інструменту, глибину отвору та вихід свердла з отвору в деталі, а також
охолоджувати свердла мокрою ганчіркою.
Підводити трубопровід емульсійного охолодження до інструменту або
виконувати його закріплення, а також переналагоджувати верстат дозволяється
після повного зупинення верстата.
Не дозволяється виконувати роботи на свердлильних верстатах у рукавицях,
рукавичках або із забинтованими кистями рук.
Установлювати і знімати великогабаритні деталі необхідно в рукавицях і
тільки після зупинення верстата.
4.6 Вимоги охорони праці під час виконання робіт з різання металу та
обробки металу на згинальних, профілезгинальних верстатах
Під час заточування круглих пилок металообробних верстатів відрізної групи
необхідно зберігати концентричність вершин усіх зубів відносно осі обертання
диска.
Не дозволяється застосовувати круглі пилки, що мають тріщини на диску або
зубах, пилки з двома підряд виламаними зубами, з вищербленими або відпалими
від зубів пластинками із швидкорізальної сталі або твердого сплаву, з випинаннями
на диску та із зубами, припеченими під час заточування.
Не дозволяється встановлювати на металообробні верстати відрізної групи
пиляльні диски з діаметром отвору, більшим за діаметр вала (шпинделя), а також
застосовувати вставні кільця (втулки) для зменшення діаметра отвору в диску.
Під час роботи на металообробному верстаті відрізної групи необхідно
застосовувати лише відшліфоване полотно стрічкової пилки, яке не має тріщин,
випинань, поздовжньої хвилястості, відгинання задньої кромки, раковин від
корозії.
92
Не дозволяється під час роботи металообробного верстата відрізної групи
перебувати в площині обертання диска пилки, виштовхувати стружку із сегментів
диска під час його обертання, а також підтримувати руками кінець заготовки, що
відрізається.
Під час виконання робіт із застосуванням ножиць для різання металу не
дозволяється:
− різати ножицями метал, ударяючи по лезах або по ручках ножиць;
− розрізувати вузькі металеві штаби, які неможливо притиснути
притискачами;
− використовувати ножиці, що мають ум’ятини, вищербини або тріщини в
будь-якій частині ножів;
− застосовувати затуплені ножиці та ножиці, у яких різальні краї ножів
нещільно прилягають;
− подовжувати ручки ручних ножиць, застосовуючи допоміжні важелі.
Не дозволяється виконувати роботи на згинальному верстаті при:
− випередженні одного кінця або нерівномірному (ривками) переміщуванні
траверси;
− невідповідності ходу траверси (верхнього вала) показам індикатора;
− значному провисанні верхнього вальця і прогинання постілі при
прокатуванні.
Не дозволяється вимірювати та звільняти заготовки на профілезгинальних
верстатах під час повороту згинальних важелів.
93
Загальні висновки
1. Розв'язано актуальну науково-технічну задачу з розробки системи
проєктування на основі системи забезпечення точності різьби. Запропоновано
підхід до проєктування конструкції концевої гребінчастої різьбової фрези з
урахуванням технологічних можливостей шліфувально-заточних верстатів із ЧПК,
які дозволяють реалізувати конструкторські рішення для виготовлення складних
форм стружкових канавок і форм різьбоутворюючих профілів зубів, а також
коригувати їх параметри.
2. Розроблено систему проєктування різьбових фрез та алгоритм
розрахунку геометричних і конструктивних параметрів гребінчастих різьбових
фрез, що дозволяють отримати технологічну конструкцію інструмента з
можливістю її оптимізації й автоматизованим формуванням креслення та робочої
документації.
3. Вирішено задачу профілювання стружкових канавок за зміщення та
повороту шліфувального круга відповідно до кінематичної схеми шліфувально-
заточного верстата з ЧПК. Запропоновано математичну залежність, що визначає
профіль стружкової канавки, яка дозволяє розрахувати її параметри (діаметр
сердечника, передній кут, центральний кут розкриття, площу) для формоутворення
різьби заданого класу точності.
4. Обґрунтовано можливість та запропоновано спосіб формоутворення
задньої поверхні зубів різьбових фрез шліфувальним кругом, повернутим на два
кути. Запропоновано математичну залежність для визначення форми
різьбоутворюючого профілю зуба, що дозволяє розрахувати його параметри для
формоутворення різьби заданого класу точності.
5. Результати дослідження впливу вихідних параметрів інструмента
(кроку, діаметра робочої частини, кута нахилу стружкової канавки, переднього та
заднього кутів у торцевому перерізі) на геометричні параметри зуба дозволили
визначити обмеження геометричних параметрів різьбової фрези, враховуючи які
94
можливо провести необхідну корекцію розрахункових значень параметрів у
системі проєктування концевих гребінчастих різьбових фрез.
6. Розроблено залежності сили різання від подачі на зуб, номінального
діаметра, довжини та кроку різьби, діаметра робочої частини інструмента, що
дозволяють перевірити міцність елементів концевої гребінчастої різьбової фрези.
Експериментально встановлено, що зміна діаметра робочої частини інструмента до
14 мм при обробці різьб із �� = 16…30 мм забезпечує конусність різьби, що не
перевищує 16 мкм на 10 мм її довжини, що значно менше поля допуску на середній
діаметр.
95
Список використаної літератури
1. Grzesik W. Advanced Machining Processes of Metallic Materials:
Theory, Modelling and Applications. 2nd ed. Oxford: Elsevier, 2017. 578 p.
2. Trent E. M., Wright P. K. Metal Cutting. 4th ed. Oxford: Butterworth-
Heinemann, 2000. 446 p.
3. Stephenson D. A., Agapiou J. S. Metal Cutting Theory and Practice. 3rd
ed. Boca Raton: CRC Press, 2016. 936 p.
4. Boothroyd G., Knight W. A. Fundamentals of Machining and Machine
Tools. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2006. 608 p.
5. Childs T., Maekawa K., Obikawa T., Yamane Y. Metal Machining:
Theory and Applications. London: Arnold, 2000. 408 p.
6. Groover M. P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials,
Processes, and Systems. 7th ed. Hoboken: Wiley, 2020. 816 p.
7. Kalpakjian S., Schmid S. R. Manufacturing Engineering and Technology.
7th ed. Boston: Pearson, 2014. 1272 p.
8. Malkin S., Guo C. Grinding Technology: Theory and Applications of
Machining with Abrasives. 2nd ed. New York: Industrial Press, 2008. 372 p.
9. Rowe W. B. Principles of Modern Grinding Technology. 2nd ed. Oxford:
William Andrew, 2014. 480 p.
10. Marinescu I. D., Hitchiner M., Uhlmann E., Rowe W. B., Inasaki I.
Handbook of Machining with Grinding Wheels. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2016.
744 p.
11. Byrne G., Dornfeld D., Denkena B. Advancing Cutting Technology.
CIRP Annals. 2003. Vol. 52, no. 2. P. 483–507.
12. Miller E. W. Method of Generating Tooth Forms. US Patent 1681994.
1928.
13. Link H. F., Trautmann G. Method and Device for Producing Thread. US
Patent 4606683. 1986.
96
14. Friedrich H., Kirchheim G. Method and Device for Threading. DE Patent
3402743 A1. 1984.
15. SmiCut. Thread Milling Handbook. URL: https://smicut.com/wp-
content/uploads/threadmilling.pdf
16. Sandvik Coromant. Threading Application Guide. URL:
https://cdn2.sandvik.coromant.com/files/a53b485b-be0f-019d-8100-
3f0d1619b9fa/5370939c-6de5-4b34-a938-2fa290a42316/c-2920-031.pdf
17. . Sandvik Coromant. Thread Milling. Application Tips. URL:
https://www.sandvik.coromant.com/en-us/knowledge/threading/thread-
milling/application-tips
18. Sandvik Coromant. CoroPlus ToolGuide. URL:
https://www.sandvik.coromant.com/en-us/services/coroplus-toolguide
19. EMUGE-FRANKEN. Thread Milling Cutters. Technical Information
and Application Guide. URL: https://www.emuge-franken-group.com
20. Mitsubishi Materials. Thread Milling. Technical Data and
Recommendations. URL: https://www.mmc-carbide.com
21. ISCAR. Thread Milling Product Guide. URL: https://www.iscar.com
22. Walter Tools. Thread Milling. Technology and Application Data. URL:
https://www.walter-tools.com
23. Kennametal. Thread Milling Tooling Guide. URL:
https://www.kennametal.com
24. OSG. Thread Mills. Tooling and Technical Guide. URL:
https://www.osgtool.com
25. ISO 68-1:1998. ISO General Purpose Screw Threads — Basic Profile —
Part 1: Metric Screw Threads. Geneva: ISO.
26. ISO 261:1998. ISO General Purpose Metric Screw Threads — General
Plan. Geneva: ISO.
27. ISO 262:1998. ISO General Purpose Metric Screw Threads — Selected
97
Sizes for Screws, Bolts and Nuts. Geneva: ISO.
28. ISO 724:1993. ISO General Purpose Metric Screw Threads — Basic
Dimensions. Geneva: ISO.
29. ISO 965-1:2013. ISO General Purpose Metric Screw Threads —
Tolerances — Part 1: Principles and Basic Data. Geneva: ISO.
30. ISO 965-2:1998. ISO General Purpose Metric Screw Threads —
Tolerances — Part 2: Limits of Sizes for General Purpose External and Internal Screw
Threads. Geneva: ISO.
31. ISO 965-3:1998. ISO General Purpose Metric Screw Threads —
Tolerances — Part 3: Deviations for Constructional Screw Threads. Geneva: ISO.
32. ISO 1502:1996. ISO General Purpose Metric Screw Threads — Gauges
and Gauging. Geneva: ISO.
33. ISO 3002-1:1982. Basic Quantities in Cutting and Grinding — Part 1:
Geometry of the Active Part of Cutting Tools — General Terms, Reference Systems,
Tool and Working Angles, Chip Breakers. Geneva: ISO.
34. ISO 3002-2:1982. Basic Quantities in Cutting and Grinding — Part 2:
Geometry of the Active Part of Cutting Tools — Single Point Turning Tools. Geneva:
ISO.
35. ISO 1940-1:2003. Mechanical Vibration — Balance Quality
Requirements for Rotors in a Constant (Rigid) State — Part 1. Geneva: ISO.
36. ISO 13399-1:2021. Cutting Tool Data Representation and Exchange —
Part 1: Overview, Fundamental Principles and General Information. Geneva: ISO.
37. ISO 13399-100:2008. Cutting Tool Data Representation and Exchange
— Part 100: Definitions, Principles and Methods for Reference Dictionaries. Geneva:
ISO.
38. DIN 1837:1988. Milling Cutters with Parallel Shank for Keyways and
Slots; Dimensions. Berlin: DIN.
39. Autodesk. Fusion Manufacture Extension. Thread Milling Toolpath
98
Documentation. URL: https://help.autodesk.com
40. Siemens Digital Industries Software. NX CAM Documentation: Thread
Milling Operations. URL: https://docs.sw.siemens.com
41. Mastercam. Thread Mill Toolpaths. Online Documentation. URL:
https://www.mastercam.com
42. Dormer Pramet. Thread Milling Guide. URL:
https://www.dormerpramet.com
43. Yamane Y., Nakamura T., Sekiya K. Cutting Performance of Small-
Diameter Thread Mills in Hardened Steels. International Journal of Machine Tools and
Manufacture. 2010. Vol. 50. P. 1010–1018.
44. Altintas Y. Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics,
Machine Tool Vibrations, and CNC Design. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University
Press, 2012. 366 p.
45. Smid P. CNC Programming Handbook. 3rd ed. New York: Industrial
Press, 2008. 768 p.
46. Smid P. Fanuc CNC Custom Macros. New York: Industrial Press, 2005.
400 p.
47. Krar S. F., Gill A., Smid P. Technology of Machine Tools. 8th ed. New
York: McGraw-Hill Education, 2011. 944 p.
48. Astakhov V. P. Tribology of Metal Cutting. Amsterdam: Elsevier, 2006.
424 p.
49. Shaw M. C. Metal Cutting Principles. 2nd ed. Oxford: Oxford University
Press, 2005. 664 p.
50. Drozda T. J., Wick C. Tool and Manufacturing Engineers Handbook.
Vol. 1: Machining. 4th ed. Dearborn: SME, 1983.
51. ДСТУ 4163:2020. Державна уніфікована система документації.
Вимоги до оформлення документів. Київ: ДП «УкрНДНЦ».
52. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне
99
посилання. Загальні положення та правила складання. Київ: ДП «УкрНДНЦ»,
2016.
53. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлення. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
54. Методичні рекомендації до підготовки, написання та захисту
кваліфікаційної роботи для здобувачів освітнього рівня «магістр» за спеціальністю
131 «Прикладна механіка», освітні програми «Технології машинобудування» та
«Обробка металів за спецтехнологіями». Черкаси: ЧДТУ, 2023.