Анализ возможностей образования винтовых стружечных канавок на метчиках инструментами стандартных конструкций

УДК 621.921

Анализ возможностей образования винтовых стружечных канавок на метчиках инструментами стандартных конструкций

А. Д. Баландин, Б. Д. Даниленко

Одним из существенных недостатков традиционной технологии изготовления метчиков стандартной конструкции является необходимость использования инструментов специального профиля для получения стружечных канавок. Стандартный профиль канавки определяется сопряжением двух дуг и прямолинейного участка, причем, строго говоря, для каждого типоразмера метчика нужен свой фасонный профиль инструмента второго порядка.

Для устранения этого недостатка в последнее время многие фирмы, изготовляющие метчики, начали использовать для получения винтовых канавок небольших размеров пятикоординатные заточные станки с ЧПУ, работающие шлифовальными кругами простых форм. Получаемая таким способом за несколько проходов круга форма канавки отличается по профилю от стандартной и во многих случаях не является оптимальной, но это позволяет отказаться от фасонного инструмента второго порядка.

Рис. 1. Торцевое сечение метчика с прямыми канавками прямоугольной формы

При изготовлении крупных метчиков небольшими партиями в инструментальных цехах машиностроительных заводов можно использовать формы стружечных канавок, которые получаются фрезерованием стандартными фрезами: прямоугольную форму (рис. 1) или однорадиусную форму (рис. 2). Характеристики таких канавок применительно к метчикам с прямыми канавками приведены в табл. 1.

Анализ областей применения и характеристика таких канавок для метчиков с прямыми канавками приведены в работе [1], а рекомендуемые параметры сечения канавок даны в табл. 1, где Л — диаметр метчика.

Прямоугольная форма сечения стружечных канавок может быть получена концевыми фрезами по ГОСТ 17025-71 и трехсторонними дисковыми фрезами по ГОСТ 28527-90, радиусная — дисковыми радиусными фрезами по ГОСТ 9305-93.

Образование стружечных канавок концевыми и дисковыми трехсторонними фрезами рекомендуется для трех- и четырехканавоч-ных метчиков небольших размеров с параметрами сечения, приведенными в табл. 1.

Рис. 2. Торцевое сечение метчика с прямыми канавками однорадиусной формы

Таблица 1

Форма канавок Число зубьев 2 Диаметр сердцевины Бс Ширина зуба Ь Радиус дна канавки Я

Прямоугольная 3 0,45£ 0,39£ (0,1  0,15)£

4 0,50£ 0,23£

Однорадиусная 4 0,50£ 0,27£ —

Однорадиусная форма канавок используется при прямых канавках для четырех- и ше-стиканавочных метчиков, однако для винтовых канавок в связи с уменьшением ширины зуба в нормальном сечении ЬЫ она применяется обычно только для 2 = 4 с параметрами сечения, указанными в табл. 1.

Следует отметить, что для образования радиуса дна прямоугольной стружечной канавки Я (рис. 1) стандартными концевыми и трехсторонними дисковыми фрезами необходимо применять их специальную установку (наклон оси концевой фрезы или поворот оси дисковой фрезы, отличный от угла наклона канавки ю).

Ниже приведен анализ особенностей применения стандартных инструментов для получения винтовых стружечных канавок на метчиках, которые надо учитывать, так как форма получаемых нормального и торцевого сечений винтовых канавок при достаточно большом угле их наклона ю существенно отличается от формы сечения прямых канавок. Например, на рис. 3 показана форма нормального сечения стружечной канавки,

Рис. 3. Нормальное сечение винтовой стружечной канавки, полученной концевой фрезой

полученной фрезерованием концевой фрезой при большом угле ю (эллипсы получаются от сечения цилиндров плоскостью N—Ы, наклоненной к оси на угол ю).

Для анализа форм сечения винтовых канавок использовались компьютерные программы, которые позволяли как визуально, так и на основе полученных расчетом размеров профиля, оценивать форму торцевого и нормального сечений канавок, получаемых фрезерованием различными фрезами при различных их установках относительно фрезеруемого изделия-метчика.

При всех способах получения винтовых канавок с увеличением угла их наклона ю уменьшается ширина зуба в нормальном сечении ЬЫ, что ограничивает возможность применения больших углов ю, так как на основании данных табл. 1 ширина зуба ЬЫ не должна быть менее 0,23^. Расчеты показали, что ограничения по углу ю при применении различных фрез следующие:

• концевые фрезы ю < 20°;

• дисковые трехсторонние фрезы ю < 30°;

• дисковые радиусные фрезы ю < 20°.

У метчиков с углами ю не выше указанных значений ширина зуба в нормальном сечении получается в пределах допустимых значений.

Желаемое значение переднего угла метчика в нормальном к режущей кромке сечении уЫ достигается смещением образующей цилиндрической поверхности концевой фрезы или торцевой поверхности дисковой фрезы относительно оси метчика на величину

АЫ = "|81п V N.

Получение прямого профиля передней поверхности метчиков с винтовыми стружечными канавками при фрезеровании стандартными фрезами затруднительно (от дисковых трехсторониих фрез получается вогнутость, от концевых — выпуклость); отклонения от прямой возрастают с увеличением угла наклона канавок ю. Выпуклость от концевых фрез обычно не превышает 0,25 мм (она зависит также от диаметра метчика), и по этой причине уменьшение переднего угла от заданного может достигать 2°, что следует учитывать при расчете смещения фрез АЫ по приведенной выше формуле. При последующей заточке после термообработки, которая традиционно производится конической стороной тарельчатого шлифовального круга, устранить вогнутость можно, а выпуклость полностью нельзя. Все это нужно учитывать

МЕШЛООБРАБОТКА

при назначении припусков на заточку. При требовании точной прямолинейности передней поверхности следует применять фасонную правку шлифовального круга по расчетной кривой (пример — заточка винтовой передней поверхности червячных фрез).

Для метчиков с однорадиусными канавками передний угол в нормальном сечении определяется криволинейной формой передней поверхности, заточка которой осуществляется чаще всего дисковым радиусным шлифовальным кругом. Анализ показал, что при угле наклона канавок ю < 20° для четырехка-навочного метчика с Я = 0,25.0 передний угол получается около 12°, что вполне приемлемо для нарезания резьб в конструкционных сталях.

При использовании концевых и дисковых трехсторонних фрез необходимо предусматривать получение требуемых радиусов дна канавки метчика. Хотя радиус получается, даже если у фрез он отсутствует, и возрастает при увеличении угла наклона канавок, но, как правило, он недостаточен, и для его увеличения необходимо наклонять ось концевой фрезы в вертикальной плоскости на угол в или поворачивать ось дисковой трехсторонней фрезы на больший угол, чем угол наклона канавок ю + Дю. Рекомендуемое значение угла в можно определить по приближенной формуле, выведенной на основе анализа расчетных экспериментов:

2 7

в = 0,084ю2,43 ^О^ ' .

Угол Дю должен составлять примерно 8°.

При образовании канавок концевой и дисковой трехсторонней фрезами необходимо также предусмотреть, чтобы они обеспечивали образование ширины канавки. В первом приближении можно считать, что диаметр концевой фрезы должен быть >0, а ширина дисковой фрезы >0.

Таблица 2

Параметры дисковой радиусной

Диаметр метчика фрезы по ГОСТ 9305-93

О, мм Радиус профиля Наружный

Яф, мм диаметр 0ф, мм

4 1

5 1,25 50

8 2

10 2,5

12 3 63

16 4

20 5

24 6 80

7

28

36 9

100

48 12

Для однорадиусных канавок при четырех-канавочных метчиках оптимальным значением радиуса канавки является Я = 0,250. При такой величине Я и ю < 20° в нормальном сечении получаются приемлемые значения ширины пера Ьм и переднего угла

В табл. 2 приведены размеры стандартных дисковых радиусных фрез, которые могут быть использованы для фрезерования канавок на метчиках указанных в таблице размеров. Номенклатура дисковых радиусных фрез позволяет подобрать фрезу для любого типоразмера метчика, причем отклонения от рекомендуемых размеров сечения канавок чаще всего не будут превышать допустимых пределов.

Приведенные данные позволяют выбрать инструмент стандартной конструкции для образования винтовых стружечных канавок метчиков на стандартном оборудовании без применения специальных фасонных фрез.

Литература

1. Древаль А. Е. Расчет и конструирование метчиков: учеб. пособие. М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 1979.