Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

Современные технические средства позволяют осуществлять автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента. Основой автоматизированных систем проектирования режущих инструментов является взаимодействие специалистов в области инструментального производства, машинных программ и соответствующих технических средств. Конечным результатом автоматизированного проектирования является изготовление чертежей специального режущего инструмента.

В основу разработки методики автоматизированного проектирования режущих инструментов положен принцип системного подхода, когда инструмент рассматривается как система взаимосвязанных отдельных элементов. На этой базе определяются этапы проектирования и выделяются отдельные подсистемы САПР РИ (система автоматизированного проектирования режущего инструмента). Таким образом, САПР РИ определенного вида будет представляться отдельными блоками, каждый из которых будет функционировать в системе самостоятельно.

Рассмотрим основные принципы автоматизированного проектирования металлорежущего инструмента на примере спирального быстрорежущего сверла. Укрупненная блок-схема САПР РИ спирального

 

 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

сверла представлена на рис. 17.2. Она включает в качестве первого блок ввода исходных данных. Исходными параметрами при проектировании спиральных сверл являются: размеры обрабатываемого отверстия, обрабатываемый материал и его свойства, оборудование, на котором производится сверление, масштаб производства обрабатываемой детали, форма и размеры обрабатываемой детали, наличие выступов или других элементов на детали, которые вызывают необходимость увеличивать длину инструмента, и т. п. В качестве исходной выступает также условно-постоянная информация в форме таблиц соответствий (карт применяемости), с помощью которых решается задача типа «поиск».

К таким таблицам, например, относятся таблицы по выбору инструментального материала, таблицы по выбору геометрических параметров режущей части и другие. Условно-постоянная информация хранится в памяти машины и в нужный момент вызывается в ту или иную точку программы проектирования сверла. Для осуществления контроля правильности введенных параметров и оформления документации по проектированию сверла исходные данные выводятся на печать.

Назначение блока проверки исходных данных заключается в том, чтобы определить, принадлежат ли введенные данные области допустимых значений. Допустимая область применения спиральных сверл включает обработку отверстий диаметром до 100 мм. Ограничивает диаметр сверла и оборудование, используемое для обработки отверстия. Имеющийся сверлильный станок ограничивает максимально возможный диаметр отверстия, которое можно просверлить на нем. Длина сверления не должна превышать десяти диаметров сверла. Обеспечить отвод стружки при глубоком сверлении обычным спиральным сверлом затруднительно. Поэтому при большой длине сверления используются спиральные сверла для глубокого сверления. Достигаемая точность обработки отверстия спиральными сверлами соответствует 11... 14 квалитетам. Если требуется более точно обработать отверстие, приходится при определении диаметра сверла. учитывать припуск под последующую обработку и вводить соответствующие коррективы в исходные данные.

Определение материала рабочей части сверла в блоке 5 производится с помощью карты применимости инструментального материала. На выбор инструментального материала влияет-большое число факторов. Определяющим фактором является материал обрабатываемой детали и его Свойства, Для обработки конструкционных сталей, чугунов, алюминиевых сплавов рекомендуются стали Р6М5, Р6МЗ. Для обработки труднообрабатываемых, жаропрочных сталей и сплавов рекомендуется применять быстрорежущие стали повышенной производительности, такие как 10Р6М5, Р6М5К5, Р9К5. Карта выбора инструментального материала может включать большее число факторов, а именно: непосредственно марки обрабатываемого материала, состояние поверхности заготовки, наличие корки на поверхности, серийность производства и программа выпуска изделий, способ из готов лен из инструмента, жесткость технологической системы, наличие инструментального материала на предприятии и т. п. Для создания универсальной системы и получения оптимальной конструкции сверла необходимо стремиться к расширению числа учитываемых факторов. Но при этом усложняется практическое использование системы проектирования. Кроме того, отсутствие в настоящее время экспериментальных и соответствующих статистических данных, расчетных материалов не позволяет учитывать некоторые факторы при проектировании спиральных сверл- Выбор марки быстрорежущей стали определяет в конечном счете скорость резания и соответственно производительность обработки. Стали повышенной производительности обеспечивают более высокие скорости резания, но они дороже быстрорежущих сталей нормальной производительности, их труднее обрабатывать, процесс изготовления из них инструментов является более трудоемким. Расчетом определить для конкретных производственных условий наиболее целесообразную марку быстрорежущей стали в настоящее время не представляется возможным. При разработке САПР РИ спиральных сверл и составлении карт выбора инструментального материала можно использовать систему экспертных оценок, определять количество вариантов по каждому фактору, в баллах оценивать их значимость и по сумме баллов выбирать марку быстрорежущей стали. Такой метод является более точным, но и он не может гарантировать выбора оптимального варианта.

Наиболее важным при проектировании спирального сверла является блок 6 определения конструктивных и геометрических параметров инструмента. Он включает подпрограммы определения геометрических параметров режущей части, величины диаметра сверла, диаметра сердцевины, профиля торцевого сечения канавки сверла.

Геометрические параметры режущей части спиральных сверл зависят главным-образом от физико-механических свойств обрабатываемого материала. В настоящее время установить зависимости в виде математических формул между свойствами обрабатываемого материала и геометрическими параметрами сверла не представляется возможным. Эти связи между ними даются в форме табличных рекомендаций, которые и берутся за основу при разработке информационного, справочного массива данных.

В виде подпрограммы оформляется решение задачи выбора величины наружного диаметра сверла. Максимально допустимый диаметр сверла dmax находится как разность максимального диаметра отверстия Dmax и максимальной разбивки Рmax отверстия при его сверлении. Максимальная разбивка отверстия определяется экспериментально или вычисляется по формуле

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Найденное значение dmax округляется до ближайшего меньшего стандартного значения. Допуск на наружный диаметр назначается по h9 или h8. Назначение обратной конусности ∆d по наружному диаметру на 100 мм длины осуществляется с учетом диаметра сверла d, мм:   

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Минимальное значение наружного диаметра сверла должно быть больше или равным разности минимального диаметра отверстия и минимальной величины разбивки отверстия:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

На основании изложенной методики составляются блок-схема и подпрограмма определения наружного диаметра спирального сверла. Диаметр сердцевины сверла определяется в зависимости от диаметра сверла й свойств обрабатываемого материала. Расчет конического хвостовика спирального сверла производится по ранее приведенным формулам при известных усилиях сверления.                       '

Крутящий момент на сверле и осевое усилие определяются по нормативам режимов резания либо рассчитываются по формулам

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Длина рабочей части спирального сверла выбирается с учетом глубины сверления и длины стачивания сверла при переточках и должна быть не менее

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

Длина шейки выбирается с учетом высоты кондукторной втулки, размеров выступающих частей детали, затрудняющих подвод сверла к обрабатываемому отверстию. При уточнении длины сверла необходимо стремиться к коротким сверлам.
 
Расчет профиля торцевого сечения канавки сверла необходим для определения геометрических характеристик зтого сечения, использующихся при
расчете сверла на жесткость и устойчивость, а также профиляфрезы или другого инструмента, обрабатывающего стружечную канавку сверла. Для упрощения
расчетов принимается, что торцевое сечение канавки сверла ограничивается дугами окружностей.
 

Рабочий участок канавки сверла, содержащий режущую кромку, является винтовой передней поверхностью, которая создается при винтовом движении режущей кромки. Его профиль в торцевом сечении определяется как линия пересечения винтовой передней поверхности и плоскости, перпендикулярной оси сверла. На прямолинейной режущей кромке сверла AM возьмем производную точку М, расположенную на радиусе r{ (рис. 37,3). Определим профиль канавки сверла в плоскости Я, которая проходит через периферийную точку А режущей кромки перпендикулярно оси сверла. При винтовом движении режущей кромки AM любая ее точка описывает винтовую линию, которая лежит на передней поверхности. Рассмотрим винтовую линию, которая описывается точкой М. Найдем точку В ее пересечения с плоскостью H, которая будет лежать на профиле канавки сверла. Винтовое движение точки М будем рассматривать как совокупность поступательного движения вдоль оси и вращения вокруг оси сверла. Для гого чтобы попасть в плоскость Я, точка М должна переместиться вдоль оси сверла на расстояние h. За время этого поступательного перемещения точка М повернется вокруг оси сверла на угол η:

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента
 
Угол η в истинную величину проецируется на плоскость Я. Поэтому, повернув вокруг оси сверла точку М1 на угол η получим точку
 
B, принадлежащую торцевому сечению канавки сверла. Подобным образом могут быть найдены и другие точки торцевого сечения канавки сверла.

Рассматривая приведенное построение, можно получить следующие формулы для расчета координат произвольной точки В профиля канавки сверла:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Координаты второй крайней точки Т профиля передней поверхности сверла, расположенной на радиусе rс,

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Три точки А, В и Т (рис. 17.4) определяют окружность радиуса р1, которая оформляет профиль передней поверхности сверла. Радиус рх этой окружности и координаты центра о101, у01) рассчитываются таким образом:

уравнение прямой СЕ:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

уравнение прямой оо1:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Совместное рассмотрение уравнений прямых оо1 а СЕ определяет координаты точки о1 (центра окружности радиуса р1):

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Окружность радиуса р2, соответствующая профилю нерабочей части канавки сверла, проводится через точку К и точку Т касания окружности сердцевины сверла и окружности радиуса р1#.

Положение крайней точки К определяется величиной угла стружечной канавки ε = 90...92,8°.

Координаты точки К

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Центр о2 окружности радиуса р2 находится как точка пересечения прямых oo1 и o2Р. Прямая о2Р проводится перпендикулярно через середину отрезка ТК. На основе приведенного графического решения определение центра 02 и радиуса р2 окружности ограничивающих профиль нерабочей части канавки сверла можно вести по формулам:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Координаты произвольной точки, расположенной на окружности радиуса р2, рассчитываются таким образом:

  1. Выбирается координата x1 произвольной точки, расположенной между точками Т и К.
  2. Определяется координата y1 рассматриваемой точки по формуле
 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Аналогично определяются координаты произвольной точки, расположенной на окружности радиуса р1. между точками А и Т:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Необходимо при этом учитывать, что величины sin ϐ1 и sin §1 определяют два значения углов ϐ1 и §1, и соответственно в пределах заданных дуг окружностей при одном значении х1 может быть два значения y1. Это означает, что прямая xt = const в двух точках пересекает заданную дугу окружности.

На чертеже спирального сверла указывается профиль фрезы, предназначенной для обработки винтовой канавки. Поэтому САПР РИ- сверло включает блок расчета профиля канавочной фрезы. Известными при профилировании считаются: профиль торцевого сечения канавки сверла, угол ϐ между осями заготовки и фрезы, положение точки S скрещивания осей фрезы и сверла. Обычно угол между осями
 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

В соответствии с ранее рассмотренной методикой графического профилирования фрез для обработки винтовых канавок на рис. 17.5 дано определение радиуса Re фрезы в сечении плоскостью Е. Плоскость Е идет перпендикулярно к оси фрезы и в принятой системе плоскостей проекций является горизонтально-проецирующей плоскостью. В сечении I задан профиль А3K3 торцевого сечения канавки сверла. В произвольном сечении II, отстоящем от сечения I на расстояние C1, профиль торцевого сечения A3K3i по отношению к начальному положению А3К3 повернут вокруг оси z на угол η1:
 
 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Сечение II с плоскостью Е пересекается прямой, которая с профилем A3iK3i пересекается в точке Вi, проекции которой в системе H/W обозначены B3i, В1i. Зная проекции точки В1 в системе H/W, находим проекцию В2i точки В£ на плоскость V, которая перпендикулярна к оси фрезы. Подобно точке Вi находим другие точки линии Li пересечения винтовой канавки сверла и плоскости Е. Рассматривая приведенное графическое построение, определим следующие зависимости для расчета координат точек В линии Li:

  1. Выбираем размер li, т. е. определяем положение секущей плоскости Е.
  2. Выбираем ряд значений отрезка Ci, определяющего положение сечения II, перпендикулярного к оси сверла.
  3. Для каждого значения Сi определяем соответствующие углам ηi:
 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

4. Рассчитываем координату х1 точки В:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

5. Определяем в системе х1у1 координаты центра О1 окружности радиуса р1:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

6. Подобным же образом находим координаты центра 02 окружности радиуса р2:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

7. Координаты граничной точки Т в системе х1у1

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

Если координата х1 точки В больше х1T, то рассматриваемая точка лежит на окружности радиуса р1 и ее координата

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

При расчете по этой формуле необходимо учитывать, что квадратный корень может иметь два значения (±). Оставлять нужно только те значения у1, которые определяют точки, расположенные внутри заготовки радиуса r.

Если координата х1 точки В меньше х, то рассматриваемая точка лежит на окружности радиуса р2 и ее координата

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

8. Координаты произвольной точки В в системе уиги определяются по формулам:

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 
 

9. Расстояние от точки В до оси фрезы Оф

 
 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 

 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 

 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 

 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 

 

Перебором, выбирая точки на линии Li, определяем точку с минимальным значением расстояния Remin, которое будет значением ра диуса фрезы в рассматриваемой плоскости Е. Взяв ряд плоскостей, перпендикулярных к оси фрезы, в каждой из них определяем радиус фрезы. Для нахождения точек профиля фрезы проводим в плоскости хиуи проекцию оси фрезы и ей перпендикулярные линии пересечения с этой плоскостью секущих плоскостей Е. На этих линиях от оси фрезы откладываем соответствующие радиусы фрезы. Полученные точки соединим плавной кривой, которая будет искомым профилем фрезы. Координаты точек профиля фрезы

 

 

Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента

 

 

Для удобства изготовления шаблонов кривая профиля может быть заменена дугами окружностей и касательной, обычно проведенной под углом 80° к оси.

Таким образом, в соответствии с рассмотренной методикой, САПР РИ-сверло будет иметь ряд отдельных блоков, функционирующих в системе самостоятельно. Пример блок-схемы определения торцевого сечения канавки сверла приведен на рис. 17.6, а профиля фрезы» предназначенной для обработки канавки сверла, на рис. 17.7.

 

 

Смотрите также