Способ обработки отверстий с наклонной образующей

 

Использование: в области обработки материалов резанием, в частности касается обработки сквозных отверстий большого диаметра с наклонными стенками гиперболической формы. Сущность изобретения: в детали выполняют отверстие конусной фрезой. Врезание осуществляют по направлению образующей стороны, на которую отверстие выходит большим диаметром. При этом образующую конусной фрезы устанавливают под углом к оси отверстия в детали, причем фрезе сообшают врашение вокруг своей оси и круговое перемещение вокруг оси отверстия. Кроме того, врезание фрезы в деталь осуществляют со стороны, на которую отверстие выходит меньшим диаметром, в направлении, совпадающем с образующей инструмента. Врезание с каждой из сторон осуществляют на глубину, превышающую половину глубины отверстия по образующей. 2 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием, а именно к обработке сквозных круговых отверстий с наклонными (гиперболическими) стенками, прорезаемыми конусными фрезами при их вращении вокруг своей оси и при одновременном обращении вокруг оси отверстия.

Известен способ получения заданных размеров диаметров отверстий по их наружным кромкам, в котором врезание производят со стороны поверхности, на которую отверстие выходит своим наибольшим диаметром, по образующей, наклоненной относительно оси отверстия на угол α₁, определяемый из соотношения g tgα₁-+ где Ψ - угол конусности фрезы; D - наибольший диаметр отверстия; l - глубина врезания по образующей конуса, наклоненной к оси отверстия на угол α, а место врезания фрезы в поверхность определяется по формуле: L₁=0.5 [1] Целью изобретения является расширение технологических возможностей посредством уменьшения глубины врезания фрезы.

Это достигается врезанием инструмента помимо врезания со стороны поверхности, на которую отверстие выходит своим наибольшим диаметром, также врезанием с противоположной стороны, т.е. со стороны выхода на поверхность детали отверстия наименьшим диаметром, при врезании в эту поверхность на расстоянии от оси отверстия, равном Г L₂= 0.5 по направлению той же образующей, врезание с одной стороны производят на глубину, меньшую, чем глубина отверстия по образующей врезания, а с противоположной на глубину, равную: при врезании с поверхности выхода отверстия наибольшим диаметром l_1.вр.б2= при врезании с поверхности выхода отверстия наименьшим диаметром l_1.вр.м2= или при единой записи для обеих сторон l= где l_{1 вр.м1.} - глубина врезания, меньшая чем глубина отверстия по образующей врезания при врезании с поверхности выхода отверстия наименьшим диаметром; l_{1 врб1} - глубина врезания также меньшая, чем глубина отверстия по образующей врезания, но со стороны поверхности выхода отверстия наибольшим диаметром. При этом глубина врезания с любой стороны должна быть не меньше половины глубины отверстия по образующей врезания.

Это позволяет прорезать отверстие при отсутствии возможности его полной обработки ни с одной из сторон и при невозможности с одной из сторон врезать инструмент на всю глубину отверстия по образующей врезания.

На фиг. 1 иллюстрируется определение параметров обработки при врезании инструмента с поверхности выхода отверстия наименьшим диаметром; на фиг. 2 - взаимосвязь глубины врезания при обработке отверстия с двух сторон.

В детали 1 необходимо выполнить отверстие с номинальными размерами: D - наибольший диаметр, α - угол конусности стенки отверстия, l - глубина отверстия по образующей. Соответственно диаметр отверстия на противоположной поверхности - наименьший диаметр будет равен D-2lsinα .

Обработка осуществляется конусной фрезой 2 врезанием по направлению образующей l с противоположной стороны - с поверхности, на которую отверстие выходит наименьшим диаметром, с вращением фрезы вокруг своей оси при одновременном обращении вокруг оси отверстия. При этом также размеры фрезы назначены из условия ее погружения на глубину l в детали, при котором ее режущий контур вырезает сферу радиуса R = с центром сферы, отстоящим от поверхности окружности радиусом R на расстоянии Ζ_o= .

В этом случае диаметр d фрезы и угол ее конусности Ψ будут связаны между собой и параметрами отверстия соотношением d = .

При смещении конца фрезы 3 по образующей l центр образуемой при этом сферы резания R_c сместиться по оси Z на другую величину l . Тогда квадрат радиуса сферы резания при этом положении фрезы будет равен R²_c= X²+Z-C . С другой стороны, в зависимости от параметров обработки этот квадрат радиуса равен R²_c= + Csin+ Z_o+ + Ccos.

Приравняв оба значения R_c², получим уравнение с тремя неизвестными X, Z и С:
X²+Z-C = + Csin+ Z_o+ - Ccos, которое в упрощенном виде может быть записано как
C²- C-R²+X²+Z²=0 (1) где R²=
Для получения уравнения огибающей линии возьмем производную уравнения (1) по С и приравняем ее нулю, а затем определим С. Значение величины смещения в этом случае будет равно:
C =
Подставив значение С в (1), получим уравнение огибающей кривой:
X²+Z²- - = 0 (2)
Из (2) следует, что при движении инструмента по направлению образующей с поверхности выхода отверстия наименьшим диаметром формируется поверхность той же гиперболической формы. Следовательно, для получения необходимых данных для обработки гипеpболической поверхности, пересекающей заданную коническую поверхность отверстия по наружным кромкам, вычисление угла α₁ наклона образующей врезания инструмента может быть получено из уравнения
g+ tgα₁- +
Для определения глубины врезания инструмента со стороны отверстия меньшего диаметра необходимо в уравнение (1) подставить значения Х и Z, определяющие окончание фоpмирования гиперболической стенки отверстия у противоположной поверхности детали. В заданных координатах Z = Z,а Х определяется при решении уравнения (2) относительно при подстановке туда значения Z=Z_о и равно X = X_п= 0.5.

Величина выхода фрезы на поверхность с отверстием большого диаметра при врезании ее со стороны поверхности с отверстием малого диаметра определяется подстановкой Х и Z в уравнение (1). Эта величина равна C_вр.м.= l₂ .

Для гиперболического отверстия с образующей, пересекающей заданную коническую образующую по кромкам отверстия при l₁=l , эта величина равна C_1вр.м.≠ l₂ . Глубина врезания фрезы 4 от поверхности с отверстием малого диаметра равна
l_1вр.м.= l +1 (3).

Место врезания по поверхности малого диаметра - расстояние от оси отверстия определяется решением третьего члена системы уравнений (7) прототипа относительно 0,5(D₁-2l₁sin α).

В результате расстояние от центра отверстия до места врезания на поверхности выхода отверстия наименьшего диаметра равно:
L₂=0.5 (4)
Обработка отверстия с поверхности, куда оно выходит наименьшим диаметром, производится при невозможности или нецелесообразности обрабатывать его стороны поверхности выхода отверстия большим диаметром.

При обработке отверстий в плоских деталях фрезами с малыми углами конусности как правило α>Ψ и поэтому ось 5 фрезы 6, врезаемой со стороны выхода отверстия большим диаметром, наклонена относительно поверхности детали 1 на угол α-Ψ. Возможность обработки отверстия с этой стороны определяется возможностью беспрепятственного движения оси 5 с установленной на ней фрезой 6 до выхода конца этой фрезы с противоположной стороны на требуемую длину, т. е. L_{1врб ≥} С_1б.

Длина выхода фрезы с противоположной стороны определяется как C_1б=l , а длина отрезка свободного движения фрезы, как это видно на фиг. 1, равна L_{1св.дв.б}= + - - (5) где d_оси - диаметр оси фрезы 5.

Возможность обработки отверстия при врезании фрезы со стороны его выхода на поверхность детали малым диаметром определяется аналогичным сравнением протяженности отрезка свободного хода фрезы с этой стороны с длиной выхода конца фрезы на поверхность с выходом отверстия наибольшим диаметром
Как видно на фиг. 1, длина пути свободного движения фрезы 3 составляет
L_{1св.дв.м}= - + ΔD - (6), где ΔD = 0.5(D_м-D_1м)= 0.5D-2lsinα)- (эта длина равна наименьшему расстоянию от оси 7 до поверхности детали) выход фрезы со стороны отверстия большого диаметра равен l_1вр.м=l .

На фиг. 2 показано, что фреза 8 при одностороннем врезании со стороны поверхности детали с выходом отверстия наибольшим диаметром не может быть погружена на всю требуемую в этом случае глубину из-за того, что ось 9, на которую установлена фреза 8, до завершения требуемого врезания упрется в поверхность детали.

При врезании фрезы 10 того же размера, что и фреза 8 со стороны поверхности выхода отверстия наименьшим диаметром возможная глубина врезания меньше глубины отверстия по образующей врезания l₁, так как используется фреза, у которой длина свободной образующей (за вычетом половины толщины ее оси 11), меньше толщины детали по образующей врезания отверстия.

Таким образом в данных условиях отверстие может быть обработано при двухстороннем врезании фрезы. Определение длины в резания с двух сторон будет производиться как и ранее применительно к врезанию по образующей l, наклоненную к оси отверстия на угол α , а затем аналогичным путем будет сделан переход к данным, обеспечивающим обработку по гипеpболической поверхности, пересекающей кромки детали по окружности заданного диаметра.

При врезании фрезы сначала со стороны отверстия малого диаметра практически возможная глубина врезания l_вр.м1 приводит к смешению конца фрезы 10 от расчетного положения на величину C_м1=l-l_вр.м1.

Уравнение радиуса сферы резания в данный момент:
X²+Z+C_м1 =R²_см1
С другой стороны, зависимость этого радиуса от параметров обработки определяется как
R²_м1= -C_м1sin+ Z_o-C_м1 +C_м1cos, где Z_o= - .

Приравняв оба значения квадратов радиуса сферы резания и преобразовав, получим уравнение С_м1 относительно переменных Х и Z и постоянных параметров обработки:
C²_м1+ C_м1-R²+X²+Z²=0 (7) где R²= .

При врезании по образующей инструмент начинает формировать гиперболиче -скую стенку отверстия только после его погружения в деталь на определенную величину. В первоначальный период происходит срезание концентрических слоев.

Для определения начала формирования гиперболической поверхности в уравнение (7) следует подставить значения координат отверстия по поверхности ее выхода наименьшим диаметром. Эти координаты равны:
X=0.5 и Z=-(Z_o+lcos α).

После подстановки в уравнение (7) указанных значений Х и Z величина С_м1= 0,5l, откуда l_вр.м1= 0,5l. Это значит, что глубина врезания при использовании данного способа всегда должна быть больше половины глубины детали по образующей врезания. Если это условие не будет выполняться, обработку с противоположной стороны необходимо будет производить на полную глубину, а при невозможности такого ввода фрезы отверстие будет невозможно обработать.

Смещение конца фрезы при врезании с противоположной стороны со стороны поверхности наибольшего диаметра отверстия равно C_б2=l_б2-l.

Уравнение этого смещения получается тем же, что и уравнение (7):
C²_б1+ C_б1-R²+X²-Z⁰=0 (8)
Начало формирования гипеpболической поверхности со стороны отверстия большого диаметра определяется после подстановки в уравнение (8) значений X=0.5 и Z=Z_o. В этом случае С_б2=0,5l, откуда l_б2=0,5l. Т.е. и с этой стороны фрезу следует погрузить на половину глубины врезания по образующей и только после этого начинается формирование гиперболической стенки отверстия.

Третьим уравнением, необходимым для определения повторного врезания (последовательность может быть и другая: сначала врезание на большую глубину, а затем - на малую) в зависимости от глубины первого врезания, является уравнение гиперболической огибающей, т.е. уравнение образующей получаемой поверхности отверстия, известное из прототипа:
X²+Z²- - R²=O (9)
Используя три уравнения (7), (8) и (9) определяем значение повторного врезания со стороны поверхности с большим диаметром отверстия l_вр.б2 в зависимости от заданного известного значения глубины врезания со стороны отверстия меньшего диаметра l_вр.м1.

При решении системы указанных трех уравнений сначала определяется соотношение смещений концов фрез 12 и 10 относительно исходного положения С_б2 и С_м1, а затем, подставив значения l_б2 и l_м1 - глубина повторного врезания со стороны отверстия большого диаметра: l_вр.б2= (10)
Эта глубина должна быть меньше глубины одностороннего врезания фрезы 8 со стороны поверхности большого диаметра и должна позволить переместить фрезу 12 на полученную величину врезания без упора оси, на которой она установлена 13, в поверхность детали.

Аналогичным путем определяется глубина вторичного врезания со стороны поверхности с отверстием малого диаметра:
l_вр.м2= (11)
При врезании по образующей l₁=l , наклоненной относительно оси отверстия на угол α₁, обеспечивающий требуемые размеры стенки отверстия, подставив соответствующие значения в (10) и (11) и объединив их в одно выражение, получим формулу вторичной глубины врезания для каждой стороны
l= (12) как уже указывалось значения l_врм1 и l_вр.б1 должны быть более половины l₁ - толщины детали по образующей врезания.

Примером использования предложенного способа является обработка отверстия со следующими размерами: D=160 мм; l=40 мм; α=20^о. При этом ставится условие обеспечения минимальной кривизны поверхности отверстия, что обеспечивается максимально возможным уменьшением угла конусности фрезы. Поэтому Ψ =10^о и тогда диаметр фрезы будет равен d=66,494 мм. Полная длина образующей конуса фрезы будет равна = = 33.725, т.е. меньше глубины отверстия по образующей, наклоненной к оси отверстия на угол α, тем более на угол α₁.

Это ограничивает глубину начального врезания, как со стороны поверхности большого диаметра l_1вр.б1 так и со стороны поверхности маго диаметра l_1вр.м1.

Угол наклона образующей врезания определяется по значению вычисленного tg α₁=0,64014, откуда α₁=21^o 52' и cos 21^o52' = =0 ,9323.

Расстояние от места врезания фрезы до оси отверстия со стороны поверхности детали c большим отверстием l₁=0,5, D₁=77,694 мм, со стороны поверхности с отверстием малого диаметра L₂=0,5, D₂=62,848 мм, глубина отверстия по образующей врезания l₁=40,317 мм.

Как видно на фиг. 2, врезание фрезы 8 только со стороны отверстия малого диаметра неосуществимо, поскольку необходимому продвижению ее оси 9 препятствует поверхность детали. Диаметр фрезы 10 и ее оси 11, равный 10 мм, позволяет врезать фрезу с этой стороны на глубину l_1вр.м1=30 мм.

Глубина вторичного врезания со стороны поверхности с выходом отверстия большим диаметром позволяет врезать фрезу 12 на глубину l_1вр.б2 52,352 мм. На фиг. 2 видно, что при такой глубине врезания ось 13, на которую установлена фреза 12, не упирается в поверхность детали, т.е. не препятствует выполнению окончательной обработки гиперболической поверхности отверстия.

Предложенный способ обработки отверстий с наклонными стенками обеспечивает уменьшение глубины врезания инструмента в обрабатываемую деталь, позволяет уменьшить диаметры и углы конусности применяемых конусных фрез. Способ расширяет технологические возможности применения высокопроизводительного инструмента и уменьшает кривизну стенок прорезаемых отверстий.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ С НАКЛОННОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ конусной фрезой, образующую которой устанавливают под углом α₁ к оси отверстия в детали, определяемым из соотношения
gtgα₁- +,
при этом фрезе сообщают вращение вокруг своей оси и круговое перемещение вокруг оси отверстия с одновременным врезанием в деталь со стороны, на которую отверстие выходит большим диаметром, в направлении, совпадающем с образующей инструмента, причем расстояние от оси отверстия до места врезания определяют по зависимости
L₁=0,5 ,,
отличающийся тем, что врезание фрезы в деталь осуществляют, кроме того, со стороны, на которую отверстие выходит меньшим диаметром в направлении, совпадающем с образующей инструмента, причем расстояние от оси отверстия до места врезания определяют по зависимости
L₂=0,5 ,,
а глубину повторного врезания с обеих сторон определяют из соотношения
l = ,,
где D - наибольший диаметр отверстия;
l - глубина отверстия по наклонной образующей;
α - угол наклона образующей отверстия;
ϑ - угол конусности фрезы;
l_вp δ₂ - глубина повторного врезания со стороны выхода отверстия большим диаметром;
l_врM₂ - глубина повторного врезания со стороны выхода отверстия меньшим диаметром;
l - глубина начального врезания фрезы по образующей (в общем виде);
l_врM₁ - глубина начального врезания со стороны выхода отверстия меньшим диаметром;
l_вp δ₁ - глубина начального врезания со стороны выхода отверстия большим диаметром,
при этом врезание с каждой из сторон осуществляют на глубину, превышающую половину глубины отверстия по образующей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2