1.7. Число зубьев. Стружечные канавки. Форма и размеры рабочей части инструмента

Число зубьев z_и многолезвийных инструментов при постоянном их диаметре D влияет на величину шага зубьев t и размеры стружечных канавок, так как

С увеличением числа зубьев уменьшается их шаг, а следовательно, и размеры зуба, а также объем стружечной канавки, который должен быть достаточным для размещения срезаемой стружки с учетом нормальной величины коэффициента заполнения К₁ = 5, равного при обработке стали отношению активной площади F_акт стружечной канавки к площади срезаемого слоя F_сp.cл. Наоборот, при обработке чугуна коэффициент имеет меньшую величину (К₂ = 2,5...3) и равен отношению всей площади канавки F_полн к площади срезаемого слоя F_сp.cл:

и

В связи с этим фрезы и другие многозубые инструменты для обработки чугуна имеют более мелкий зуб по сравнению с обработкой пластичных металлов, когда образуется сливная стружка в виде завитков или плоских спиралей.

При меньшем шаге увеличивается количество зубьев, одновременно находящихся в контакте с обрабатываемым изделием, что обеспечивает более плавную работу инструмента, однако приводит к увеличению крутящего момента и мощности резания.

Число зубьев зависит также от режима резания. При черновой обработке, т. е. работе инструмента с большими подачами, для размещения стружки требуются канавки большей площади, а поэтому инструменты должны иметь большие шаг зубьев и размеры.

Выбор числа зубьев зависит также от конструктивных особенностей и материала режущей части инструмента, режима резания и вида обработки, плавности работы инструмента. В последнем случае шаг зубьев многозубых инструментов делается неравномерным. Кроме того, для обеспечения плавности работы инструментов зубья должны быть наклонными или винтовыми. Направление стружечных канавок связано с условиями работы инструмента. Цилиндрические фрезы должны иметь направление винтовой межзубой канавки, обратное направлению вращения фрезы, чтобы обеспечивать направление осевой составляющей силы в сторону шпинделя станка. Это способствует более плотному прилеганию конического хвостовика инструмента или оправки и конического отверстия шпинделя станка.

У сверл и зенкеров с целью обеспечения положительного переднего угла зубьев или перьев направление стружечных канавок с направлением вращения инструмента должны быть одинаковы. При выборе направления стружечных канавок у разверток учитывается необходимость прижатия развертки к гнезду шпинделя. Поэтому направление стружечных канавок развертки должно быть обратным направлению ее вращения. Для обработки поверхностей большой длины целесообразно применять режущие инструменты со свободным отводом стружки, например наружные и внутренние протяжки со свободным выходом стружки.

Ниже приводятся расчетные формулы для определения шага t и числа зубьев z_и различных режущих инструментов [13, 31].

У метчиков число зубьев или перьев рекомендуется назначать в зависимости от его наружного диаметра.

Число зубьев фрез для чернового фрезерования зависит от режима обработки s и t и диаметра фрезы D:

где C_z — коэффициент, принимаемый для концевых, цилиндрических, дисковых отрезных и фасонных фрез равным 0,2, а для торцевых— 0,6;

D — диаметр фрезы, мм; t_макс— глубина фрезерования, мм.

Полученное число зубьев проверяется с учетом плавности работы цилиндрической прямозубой фрезы по формуле

При расчете числа зубьев цилиндрической фрезы с углом наклона зуба ω необходимо, чтобы отношение ширины фрезерования В к осевому шагу фрезы S_oc было равно целому числу с.

В этом случае число зубьев определяется по формуле

Для сборных червячных фрез число зубьев зависит от величины угла контакта инструмента с изделием:

где φ — угол контакта; ;

m — модуль нарезаемого колеса, мм;

d_a — наружный диаметр фрезы, мм.

Ориентировочное число зубьев инструмента может быть определено по эмпирическим формулам:

z = k₁√D + k₂ и z = k₁D,

где k₁ — коэффициент, зависящий от условий работы и типа инструмента. Для концевых фрез k₁ = 0,6, а для разверток k₁ = l,5; k₂ — коэффициент, который назначается в зависимости от свойств обрабатываемого материала и типа инструмента. Для разверток при обработке стали и чугуна соответственно k = 2 и 4, а для всех фрез — k₂ = 0.

Число черновых зубьев протяжек рассчитывается в зависимости от снимаемого припуска А_черн.

Для протяжек профильной и групповой схем резания число зубьев определяется соответственно по формулам:

и ,

где z_c — число зубьев в черновой секции групповой протяжки; s_z и s — подъемы на зуб и секцию зубьев протяжек.

Шаг зубьев профильных протяжек рассчитывается по формуле

t = m√l_и,

где т — коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала, длины и формы протягиваемого отверстия (наличия выточки) и т. д.; l_и — длина изделия, мм.

Шаг зубьев групповых протяжек рассчитывается по формулам

t = 2,75h и h= 1,13√Kal_и,

где h — глубина двухрадиусной стружечной канавки, мм; К — коэффициент заполнения для обработки сталей: К=2,7…3; а — толщина срезаемого слоя, мм; l_и — длина протягиваемого изделия, мм. Рассчитанное число зубьев инструментов по приведенным выше эмпирическим формулам дополнительно проверяется с учетом плавности их работы, на заполняемость межзубых канавок стружкой, а также на прочность. Кроме того, производится вычерчивание двух-трех зубьев инструмента в натуральную величину с целью установления окончательных размеров. Особенно это необходимо для инструментов сборной конструкции.

Например, у червячных сборных фрез отношение толщины зуба фрезы у его основания С к глубине межзубой канавки Н должно быть равно 0,8...1,0.

Рис. 1.14. Схема для определения диаметра фасонных режущих инструментов

Стружечная канавка должна быть по возможности одно- или двухрадиусной и рассчитана с учетом величины коэффициента заполнения K = 3,5...5.

Форма лезвий и точность размеров (диаметров) рабочей части чистовых, или финишных, инструментов (развертки, протяжки и т. д.) оказывают влияние на размеры и точность формы профиля обработанной детали.

С целью исключения влияния указанных факторов на точность обрабатываемой детали производится коррекционный расчет профиля фасонного инструмента. Различают следующие разновидности расчетов: графический, графоаналитический или табличный с применением таблиц и аналитический с применением ЭВМ.

Влияние упругих деформаций детали, неточность установки инструмента и детали, а также нежесткость системы СПИД учитываются при расчете размеров рабочей части инструмента. Ниже приводится схема для определения номинального диаметра развертки [4] (рис. 1.14):

где D_отв — номинальный диаметр отверстия, мм;

Н7 — поле допуска на изготовление отверстия, мм;

Р_макс — величина наибольшей разбивки при развертывании отверстия, мм.

Кроме этого, на схеме указаны Р_мин — величина минимальной разбивки отверстия, И—возможный максимальный износ развертки, В — поле допуска на изготовление развертки. Обычно Р_макс = 5...20 мкм, Р_мин = 5,

В = 5...25 мкм и принимаются в зависимости от квалитета точности размеров отверстия. Чрезмерное уменьшение поля допуска В на изготовление развертки приводит к резкому повышению ее стоимости.

Аналогично рассчитывается диаметр калибрующих зубьев круглой протяжки [14]:

D_кал = D_{отв.макс} ± δ мм,

где D_{отв.макс} — максимальный диаметр протянутого отверстия, мм; δ — величина усадки ( + ) или разбивки ( —) отверстия: δ = 0,01...0,015 мм.

При определении диаметров резьбы метчика следует учитывать условия свинчивания, когда резьба гайки во всех точках профиля должна лежать выше теоретического профиля резьбы болта и метчика. Допуск на средний диаметр резьбы метчика d₂ меньше допуска на средний диаметр резьбы гайки и рассчитывается с учетом разбивки и запаса на износ. Для наружного диаметра резьбы гайки верхнее отклонение размера не устанавливается, а у метчика ограничивается условием прочности вершин профиля резьбы. Ширина площадки по наружному диаметру резьбы метчика составляет 60% теоретической площадки резьбы гайки.