Подходы к проектированию режущих инструментов

Подходы к проектированию режущих инструментов

Цель, задачи и методы проектирования.

Цель проектирования — создание конструкции инструмента, оптимального по критерию минимума приведенных затрат на операции его использования.

Задачи проектирования — разработка конструкции составных частей (рабочей, присоединительной, направляющей) путем оптимальных решений по выбору элементов этих частей.

Подробно, конкретно задачи будут изложены ниже в виде алгоритма проектирования. При этом могут быть два принципиально разных подхода или метода проектирования:

а)   аналоговый;

б)   компиляционный.

Аналоговый метод проектирования состоит в поиске аналогов и в создании на их основе лучшей конструкции инструмента путем использования лучших решений, заложенных в этих аналогах.

Компиляционный метод проектирования предполагает создание конструкции из оптимальных, общих для всех инструментов элемен- тов и методов решения конкретных задач. Это по сути — модульный метод проектирования, где модулями являются единичные элементы конструкции (режущий элемент, форма рабочей поверхности, схема резания и др.) и способы решения отдельных задач (расчет формы режущего контура, способ отвода стружки и т.д.).

Оба метода имеют право на существование. Аналоговый метод проще, надежнее; больше уверенности в работоспособности конструкции, если аналоги прошли производственную проверку. Он наиболее приемлем для приспособления конструкции к конкретным условиям работы. Компиляционный метод проектирования позволяет создавать принципиально новые конструкции, предположительно лучшие по форме и свойствам. Его недостаток — отсутствие полной уверенности в том, что без доработок по результатам испытаний инструмент будет вполне работоспособным. Главное преимущество метода состоит в том. что он более плодотворный.

Алгоритм и диалектика проектирования. Для уменьшения возможных недоработок и упрощения проектно- конструкторских работ задачи проектирования целесообразно решать в определенной последовательности в соответствии с приведенным ниже алгоритмом.

Изучение или разработка технического задания на проектирование (материал и твердость заготовки, режим и условия резания, качество обработки и др.)

Проектирование рабочей части:

  1. выбор режущего материала и способа его закрепления;
  2. выбор схемы резания и разработка структурной схемы инструмента;
  3. выбор геометрических параметров: формы рабочих поверхностей, структуры режущего контура (главных, вспомогательных, переходных, зачистных режущих кромок) и углов заточки;
  4. выбор способов формирования и отвода стружки из зоны резания;
  5. расчет зубьев и тела инструмента на прочность и жесткость;
  6. оптимизация шага, размеров и формы зубьев, а также стружечных канавок инструмента;
  7. определение размеров, формы и точности рабочей части и режущих контуров,
  8. выбор способов отвода теплоты из зоны резания;
  9. окончательная оптимизация конструкции рабочей части по минимуму приведенных затрат.

Поэтапную оптимизацию проводят оптимальным решением задач по указанным пунктам и в случаях присоединения к предыдущему пункту оптимального решения по последующему, поскольку присоединение оптимальных элементов по каждой из задач не всегда обеспечивает оптимальную связку (сочетание) или конструктивно невыполнимо.

 

Проектирование присоединительной части:

  1. выбор способа присоединения инструмента к станку (подвижность или неподвижность, быстрота смены, возможность регулирования размеров, точность, жесткость);
  2. выбор формы базовых поверхностей;
  3. выбор материала присоединительной части;
  4. выбор способа соединения с рабочей частью;
  5. расчет присоединительной части на передачу усилия резания, прочность, жесткость и точность базирования.

Проектирование направляющей части:

  1. оценка необходимости направляющей части;
  2. выбор способа направления инструмента в работе;
  3. выбор материала направляющей части;
  4. выбор места расположения направляющих частей и способа их соединения с остальными частями инструмента;
  5. конструктивное оформление направляющей части.

Разработка технические требований:

  1. твердости составных частей инструмента;
  2. отклонений размеров и точности расположения составных частей, поверхностей и режущих кромок;
  3. шероховатости рабочих, базовых, направляющих и других поверхностей;
  4. методов повышения режущей способности и некоторых методов изготовления, если они являются предпочтительными с точки зрения формирования качества инструмента;
  5. методов испытания в работе (при необходимости);
  6. указаний о маркировке, консервации, упаковке, хранении и др. Путь проектирования — не прямой, гладкий и бесконфликтный

Это путь последовательного решения указанных задач, путь движения вперед и возврата при разрешении противоречий. За каждым положительным решением надо увидеть отрицательные стороны, уметь правильно взвесить все «за» и «против», разрешить эти противоречия. Критерий оценки правильности принятых решений — минимум приведенных затрат на операции использования инструмента или другой, зависящий от поставленной цели.

Создание оптимальной конструкции инструмента возможно при использовании прогрессивных решений, передовых методов расчета и проектирования. Нельзя слепо, без предварительной подготовки, без выяснения сущности использовать приведенные в литературе примеры расчета. Необходимо сначала детально изучить или составить техническое задание на проектирование, четко представить себе, что требуется от инструмента и как этого можно достичь. Поэтому перед началом работы следует детально ознакомиться с объектом проектирования по литературе, затем произвести патентно-информационный поиск аналогов, проанализировать их с точки зрения оптимальных решений указанных задач проектирования, принять технически и экономически обоснованные решения и, наконец, разработать план проектных работ. При этом необходимо помнить, что в любой конструкции, даже самой оригинальной, целесообразно использовать стандартные элементы, что не только ускоряет разработку и повышает надежность инструмента, но зачастую определяет саму возможность его использования. Прежде всего это относится к выбору размеров и формы присоединительных частей, формы режущих зубьев, способов крепления режущих элементов, технических требований по инструментам- аналогам.

Для синтезирования оптимальной конструкции режущего инструмента из элементов путем последовательного решения задач по алгоритму проектирования необходимо иметь представление о разновидностях и свойствах этих элементов, а также подходах к решению указанных задач. Эти вопросы излагаются ниже. Но прежде всего надо детально изучить или разработать техническое задание на проектирование.

Техническое задание на проектирование.

Подробное техническое задание конструктор-инструментальщик имеет в случае адресного проектирования при оснащении технологического процесса изготовления детали в условиях массового и крупносерийного производства. Его выдает инженер-технолог в виде операционной технологической карты, В ней указаны: тип инструмента, станок, на котором он используется, режим резания (скорость, глубина резания, подача), характеристика обрабатываемой детали (материал, твердость, точность и качество обработанных поверхностей). В этом случае работа конструктора-инструментальщика упрощается. Производительность обработки задана режимом резания. Поэтому при доработке стандартной конструкции нужного инструмента, адаптации его к конкретным условиям работы или при проектировании оригинального инструмента конструктору нет необходимости стремиться к максимальной производительности. Сравнительно легко обеспечивая заданную производительность выбором соответствующего режущего материала, конструктор решает только вопросы, связанные с энергоемкостью и экономичностью процесса резания. При этом необходимо проверить, соответствуют ли паспортным значениям размеры сопрягаемых с инструментом мест конкретного, имеющегося в цехе станка, и увязать конструкцию инструмента с зажимным приспособлением на заданной операции. Пренебрежение этим правилом может привести к тому, что инструмент либо не сочленяется со станком, либо его размеры не позволяют подойти к месту обработки.

Однако подробное техническое задание конструктор имеет не всегда: проектирование инструмента для нового метода обработки, проектирование обезличенного инструмента массового пользования (неизвестно, на каких станках будет использоваться инструмент, в каких условиях будет работать, из каких материалов и с какой точностью будут обрабатываться детали). В таких случаях конструктор разрабатывает техническое задание самостоятельно, ориентируясь на средние условия работы.

Контрольные вопросы

  1. Цель, задачи и методы проектирования.
  2. Содержание технического задания на проектирование.
  3. Алгоритм проектирования.
  4. Содержание технических требований.

 

 

Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *