SU1634389A1

SU1634389A1 - Method for cutting through cylindrical holes

Info

Publication number: SU1634389A1
Application number: SU884394693A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Кубрин; Игорь Владимирович Апраксин
Original assignee: Предприятие П/Я А-1944
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1988-03-21
Publication date: 1991-03-15

Abstract

Изобретение относитс к обработке металлов резанием и может быть использовано при вырезке сквозных цилиндрических отверстий преимущественно большого (свыше 100 мм) диаметра. Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей за счет расширени диапазона обрабатываемых отверстий одним инструментом . Дл этого инструмент имеющий конусообразный полый корпус, устанавливают так, чтобы образующа конусной поверхности корпуса была расположена параллельно оси обрабатываемого отверсти , а режущие элементы располагают на рассто нии от оси обрабатываемого отверсти , равном его радиусу. После этого инструменту сообщают вращательное движение вокруг своей оси, оси обрабатываемого отверсти и поступательно перемещают на глубину, равную толщине детали. 7 илThe invention relates to metal cutting and can be used when cutting through cylindrical through holes of predominantly large (over 100 mm) diameter. The aim of the invention is to expand technological capabilities by expanding the range of holes to be machined with a single tool. To do this, a tool having a cone-shaped hollow body is set so that the cone-forming surface of the body is located parallel to the axis of the hole being machined, and the cutting elements are positioned at a distance from the axis of the hole being machined equal to its radius. After that, the tool is informed about the rotational movement around its axis, the axis of the hole being machined and moving it progressively to a depth equal to the thickness of the part. 7 silt

Description

Изобретение относитс к обработке металлов резанием и может быть использовано при вырезке сквозных цилиндрических отверстий, преимущественно, большого (свыше 100 мм) диаметраThe invention relates to metal cutting and can be used when cutting through cylindrical through holes, mainly large (over 100 mm) diameter

Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей за счет расширени диапазона обрабатываемых отверстий одним инструментом.The aim of the invention is to expand technological capabilities by expanding the range of holes to be machined with a single tool.

На фиг.1 представлена схема реализации предложенного способа обработки при нахождении центра сферы, по которой перемещаютс режущие элементы инструмента , в базовой плоскости детали; на фиг.2 - то же, при нахождении центра сферы, по которой перемещаютс режущие элементы инструмента ниже базовой плоскости детали; на фиг.З - схема вырезки отверстий различных диаметров инструментом одного размера; на фиг.4 - представлен график увеличени диапазона допустимых диаметров отверстий; на фиг.5 - график изменени диапазона допустимых углов наклона образующей конусной поверхности корпуса при заданном диаметре режущей части инструмента и при увеличении диаметров отверстий; на фиг.6 - график увеличени количества срезаемого металла инструментом одного размера при обработке отверстий различного диаметра; на фиг.7 - график изменени процента объема срезанного металла относительно полного объема вырезаемой шайбы при увеличении диаметра отверсти Fig. 1 shows a scheme for implementing the proposed processing method when the center of the sphere along which the cutting elements of the tool move is located in the base plane of the part; Fig. 2 is the same when the center of the sphere along which the cutting elements of the tool move below the base plane of the part is located; FIG. 3 is a diagram of cutting holes of various diameters with a tool of the same size; 4 is a graph of an increase in the range of permissible diameters of the holes; Fig. 5 is a graph of the variation of the range of allowable angles of inclination of the generatrix of the conical surface of the housing for a given diameter of the cutting part of the tool and with increasing diameters of the holes; Fig. 6 is a graph of the increase in the amount of metal being cut off with a tool of the same size when machining holes of different diameters; Fig. 7 is a graph of the percentage change in the volume of the cut metal relative to the total volume of the cut-out washer with increasing hole diameter.

Инструмент 1, имеющий конусообразный полый корпус 2 в процессе обработки вырезает в детали 3 сквозное цилиндрическое отверстие 4. При этом образуетс шайба 5, бокова поверхность которой имеет сферическую поверхность 6.The tool 1 having a cone-shaped hollow body 2 during processing cuts a through cylindrical hole 4 in the part 3. This forms a washer 5, the lateral surface of which has a spherical surface 6.

ОABOUT

со 4from 4

СА 00CA 00

ЮYU

Режущие элементы 7 инструмента 1 в процессе вырезки отверсти 4 перемещаютс по сферической поверхности 8, котора определ ет услови резани и размеры инструмента. Эта сфера может быть образована при вращении вокруг оси обрабатываемого отверсти какой-либо окружностью из семейства окружностей, определ ющих наружный контур режущей части 7 инструмента . Максимальный диаметр окружности определ етс отрезком ab - рассто нием между точками пересечени сферы 8 с поверхност ми обрабатываемой детали. Инструмент 1 с наружным диаметром режущей части Омакс обеспечивает при погружении на глубину S вынос стружки и подачу СОЖ в зону резани . Увеличение диаметра более Омане не обеспечит этого требовани , так как все режущие зубь окажутс заглубленными в тело детали.The cutting elements 7 of the tool 1 during the cutting process of the hole 4 move along a spherical surface 8 which defines the cutting conditions and the dimensions of the tool. This sphere can be formed by rotating around the axis of the hole to be machined with a circle from the family of circles defining the outer contour of the tool cutting part 7. The maximum diameter of a circle is determined by the segment ab, the distance between the intersection points of sphere 8 and the surfaces of the workpiece. The tool 1 with the outer diameter of the cutting part Omaks, when submerged to a depth of S, removes chips and delivers coolant to the cutting zone. Increasing the diameter over Oman will not meet this requirement, since all the cutting teeth will be embedded in the body of the part.

В треугольнике abcIn abc triangle

9 729 72

ИЛИ D макета CD .OR D CD layout.

О2макс ас 2-cb2O2max ac 2-cb2

-cb -cb

Из подоби треугольников abc и cnb - d -SFrom the similarity of the abc and cnb triangles - d -S

Подставив значение cb.Substituting the value of cb.

ОмаксOmax

получим зависимость максимального диаметра инструмента от диаметра и глубины отверсти .we obtain the dependence of the maximum tool diameter on the diameter and depth of the hole.

Смаке 0,5 d ( d + Л)2 - 4 S2 ) При этом угол наклона плоскости окружности Омакс к плоскости основани детали определ етс соотношениемRelish 0.5 d (d + L) 2 - 4 S2) In this case, the angle of inclination of the Omax plane to the base plane of the part is determined by the relation

С05а1 0м|ксС05а1 0м | кс

и равен углу наклона образующей инструмента к его оси.and equal to the angle of inclination of the instrument to its axis.

Диаметр инструмента с минимальным размером режущего торца определ етс в зависимости от глубины погружени S и диаметра хвостовика инструмента, которым он крепитс к шпинделю станка Ох.The diameter of the tool with the minimum cutting end size is determined depending on the immersion depth S and the diameter of the tool shank with which it is attached to the machine spindle Ox.

и минand min

С одной стороныOne side

cos аг , а с cos ag, and with

другой ОМин 2 S sin Oi + Dx. Исключив из этих выражений &i, получим:another OMin 2 S sin Oi + Dx. Eliminating & i from these expressions, we get:

Омин , (Омин Ох ) 1Omin, (Omin Oh) 1

л ТпI .l TPI.

d24S2d24S2

Решив уравнение, получим зависимость минимального диаметра инструмента от диаметра отверсти , диаметра хвостовика и глубины врезани Having solved the equation, we obtain the dependence of the minimum tool diameter on the hole diameter, the shank diameter and the plunging depth

г d(d Dx+2SVd2 + 4S2-DJ ) UMHH59g d (d Dx + 2SVd2 + 4S2-DJ) UMHH59

d2 + 4 S2d2 + 4 s2

На основании двух выражений предельных значений диаметра инструмента можно выразить допустимый диапазон диаметров какBased on the two expressions of the limiting values of the tool diameter, the allowable diameter range can be expressed as

d ( d Dx + 2 S УУ+ AS2 - DJ; )d (d Dx + 2 S VU + AS2 - DJ;)

d2 + 4 S2d2 + 4 s2

,/, /

D v 0,5d (d +Vd2-4S2 ) D v 0,5d (d + Vd2-4S2)

При этом дл каждого инструмента с установленным диаметром режущего торца угол наклона образующей корпуса к его осиMoreover, for each tool with a set diameter of the cutting end, the angle of inclination of the generatrix of the body to its axis

определ етс из выражени cosa -т .determined from the expression cosa -m.

0о0o

При заданном значении диаметра отверсти мм (как это изображено на фиг.1) при S 30 мм и Dx 33 мм, крайние значени диаметров инструмента будут со5 ответственно равны 78,4 и 115.9 мм, а углы наклона образующих корпуса а 49,2° и Oi 15,0°. Из полученных диаметров наиболее целесообразно выбирать инструменты с диаметрами, соответствующими предпочти0 тельному о ду размеров: 63, 80, 100, 125 и т.д., как это делаетс при назначении диаметров всех инструментов в форме тел вращени .For a given hole diameter mm (as shown in figure 1) with S 30 mm and Dx 33 mm, the extreme values of the tool diameters will be respectively responsible for 78.4 and 115.9 mm, and the angles of inclination of the body and 49.2 ° and Oi 15.0 °. From the diameters obtained, it is most advisable to choose instruments with diameters appropriate for the preferred dimensions: 63, 80, 100, 125, etc., as is done when assigning the diameters of all the instruments in the form of bodies of revolution.

При выборе инструмента с диаметромWhen choosing a tool with a diameter

5 торцовой части, равной 100 мм, угол конусности образующей его корпуса будет равен соответственно поставленному условию аз 33,7 °. Дл осуществлени предлагаемого способа инструмент устанавливают так,5 of the end part equal to 100 mm, the angle of taper of the body forming it will be equal to the corresponding condition az 33.7 °. To implement the proposed method, the tool is set

0 чтобы образующа конусной поверхности корпуса была расположена параллельно оси обрабатываемого отверсти , а режущие элементы располагают на рассто нии от оси отверсти , равном его радиусу. После этогоIt is necessary to position the conical surface of the body parallel to the axis of the hole to be machined, and the cutting elements should be located at a distance from the axis of the hole equal to its radius. Thereafter

5 инструменту сообщают вращательные движени вокруг своей оси, оси обрабатываемого отверсти поступательно перемещают на глубину, равную толщине детали. В этом случае стенка отверсти будет иметь цилин0 дрическую форму, а бокова поверхность вырезаемой шайбы - сферическую с завалом верхней части к центру.5, the tool is informed about rotational movements around its axis, the axis of the hole being machined is progressively displaced to a depth equal to the thickness of the part. In this case, the wall of the hole will have a cylindrical shape, and the side surface of the cut-out washer will be spherical with a blockage of the upper part towards the center.

При расположении центра сферы резани в плоскости основани детали аыполн 5 етс задача упрощени операций резани : врезание инструмента на рассто нии половины диаметра отверсти от его центра и на глубину, равную толщине детали. Но св зь угла наклона образующей корпуса с элемен0 тами вырезки остаетс жесткой, и поэтому не может быть выполнена задача применени инструмента одного унифицированного размера дл обработки отверстий различных диаметров. Дл того, чтобы обеспечитьWhen the center of the cutting sphere is located in the plane of the base part, the task is to simplify the cutting operations: cutting the tool at a distance of half the diameter of the hole from its center and to a depth equal to the thickness of the part. But the connection of the angle of inclination of the generator body with the cutting elements remains rigid, and therefore the task of using a tool of one uniform size for machining holes of different diameters cannot be completed. In order to provide

5 второе условие, нужно, чтобы центр сферы движени режущего торца инструмента находилс ниже плоскости основани детали в момент окончательного врезани инструмента в деталь по направлению образующей . В этом случае в процессе погружени 5, the second condition is that the center of the sphere of movement of the cutting end of the tool is below the plane of the base of the part at the time of the final embedding of the tool into the part in the direction of the generator. In this case, in the process of immersion

режущего торца и в последний момент сфера резани не будет сопр гатьс со стенкой отверсти по касательной, но и не будет пересекать ее. Будет только происходить увеличение завала боковой стенки вырезаемой шайбы по сравнению с величиной завала , который образуетс при конечном расположении центра сферы в плоскости основани детали.the cutting face and at the last moment the cutting sphere will not mate with the wall of the hole tangentially, but will not intersect it. There will only be an increase in the blockage of the side wall of the cut-out washer compared with the size of the blockage, which is formed at the final location of the center of the sphere in the plane of the base of the part.

Положение центра сферы резани определ етс углом наклона образующей корпуса инструмента к его оси, т.е. дл случа опускани центра сферы ниже плоскости основани детали нужно определить в какую сторону - в сторону увеличени или в сторону уменьшени нужно корректировать угол наклона образующей корпуса инструмента , определенный из указанного выше отношени диаметра режущего торца к диаметру отверсти .The position of the center of the cutting sphere is determined by the angle of inclination of the tool body of the tool to its axis, i.e. For the case of lowering the center of the sphere below the plane of the base of the part, it is necessary to determine which direction - upwards or downwards - the angle of inclination of the tool body, determined from the above ratio of the diameter of the cutting end to the hole diameter, should be adjusted.

На фиг.2 изображен инструмент, у которого рассчитанный угол откорректирован в меньшую сторону до величины, кратной 10°, с 33,7° до 30°. При построении получаетс . что центр новой сферы резани Oi находитс ниже плоскости основани детали.Figure 2 shows a tool whose calculated angle is adjusted downward to a multiple of 10 °, from 33.7 ° to 30 °. When building it is obtained. that the center of the cutting sphere Oi is below the base plane of the part.

Заданное положение центра сферы резани определ етс неравенством h О. Из этого неравенства может быть получена зависимость угла наклона образующей корпуса инструмента от элементов вырезки, если h выразить через значени этих элементов.The specified position of the center of the cutting sphere is determined by the inequality hO. From this inequality the dependence of the angle of inclination of the tool body forming part of the cutting elements can be obtained if h is expressed in terms of the values of these elements.

С одной стороны радиус сферы с центромOn the one hand, the radius of the sphere with the center

9 9

в точке 01 определ етс как R + Н , а сat point 01 is defined as R + H, and with

ч tfi 1Г& 1h tfi 1G & 1

другой как Rz - + h2 ,или -+ Н2 other as Rz - + h2, or - + H2

$+«$ + "

На фиг.2 видно, что в треугольнике 001т существует еще одна зависимость между h и Н:-п- Уп cos aFigure 2 shows that in the triangle 001t there is another relationship between h and H: -n- cos cos a

H - D/2 tg aH - D / 2 tg a

илиor

DD

h H cos sin a.h H cos sin a.

Из этих двух выражений получим, что отсто ние центра сферы резани от основани детали определ етс какFrom these two expressions, we find that the center distance of the cutting sphere from the base of the part is defined as

h d cos a - Dh d cos a - D

n 2-sin an 2-sin a

Радиус новой сферы резани равенThe radius of the new cutting sphere is

R R

Vd2 - 2 D d cos a + D2 2 sin a Vd2 - 2 D d cos a + D2 2 sin a

d cos a - Dd cos a - D

Поскольку hЈ 0,Since hЈ 0,

2 sin a .Здесь sin a О и тогда dcos a - D 0.2 sin a. Here sin a O and then dcos a - D 0.

Отсюда cos a -.From here cos a -.

2:02: 0

Это выражение определ ет максимально допустимый предел угла наклона образующей корпуса инструмента и по своему максимальному значению соответствует ра- нее определенному значению дл угла наклона при расположении центра сферы на плоскости основани детали.This expression determines the maximum permissible limit of the angle of inclination of the tool body and, by its maximum value, corresponds to a previously defined value for the angle of inclination when the center of the sphere is located on the plane of the base of the part.

Но в предлагаемом способе, как и в прототипе должно выполн тьс требование свободного выноса стружки и обеспечени подачи СОЖ в зону резани при предельном погружении зубьев инструмента в обрабатываемую деталь. Это условие определ етс выражением sin а (фиг.2). ТакBut in the proposed method, as in the prototype, the requirement for free removal of chips and provision of coolant to the cutting zone should be fulfilled with the maximum immersion of the tool teeth in the workpiece. This condition is defined by the expression sin a (FIG. 2). So

должно определ тьс минимально допустимое значение угла а.the minimum permissible angle a must be determined.

Дл ув зки двух предельных значений угла наклона образующей косинус угла перво- го значени преобразуем в синус и получим:To connect the two limiting values of the angle of inclination of the generatrix cosine of the angle of the first value, we transform into a sine and we obtain:

V1 V1

DD

илиor

27 d 27 d

slna M -(slna M - (

Таким образом, допустимый диапазон значений угла наклона образующей пустотелого корпуса в данном способе вырезки отверстий определ етс какThus, the permissible range of values of the angle of inclination of the generatrix of the hollow body in this method of cutting holes is defined as

30thirty

§Ss,§Ss,

5five

Дл назначенного диаметра инструмента 100 мм установленный предел составл ет от 17,5° до 33,7°.For a designated tool diameter of 100 mm, the set limit is from 17.5 ° to 33.7 °.

Максимально допустимый унифицирован0Maximum allowed unified0

ный (в данном случае кратный 10°) угол наклона образующей корпуса инструмента уже установлен, он равен 30° (угол ац на фиг.2):The nominal (in this case, a multiple of 10 °) angle of inclination of the generator of the tool body is already set, it is equal to 30 ° (the angle aC in figure 2):

При использовании такого инструмента в резании участвует наименьшее количество зубьев, т.е. он вл етс наименее производительным . Однако в этом случае имеет место наименьшее смещение вниз центра сферы резани h и наименьший радиус сфе- ры вращени внутренних кромок зубьев режущего торца -Рьн1 - обеспечивают наименьший завал боковой поверхности вырезаемой шайбы 5. Таким образом, в стружку перерабатываетс наименьшее ко личество материала.When using such a tool, the smallest number of teeth is involved in cutting, i.e. it is the least productive. However, in this case, the smallest downward movement of the center of the cutting sphere h takes place and the smallest radius of the sphere of rotation of the inner edges of the teeth of the cutting end -Rn1 provides the smallest blockage of the side surface of the cut-out washer 5. Thus, the smallest amount of material is processed into chips.

Инструмент с минимально допустимым углом наклона образующей корпуса к оси имеет наибольшую производительность, поскольку у него в работе участвует макси5 мальное количество зубьев. Но этот инструмент вырезает шайбу с наибольшим завалом стенки, т.е. перерабатывает в стружку наибольшее количество материала при вырезке отверсти того же диаметра.The tool with the minimum allowable angle of inclination of the body forming to the axis has the greatest performance, since the maximum number of teeth participates in its work. But this tool cuts the puck with the greatest blockage of the wall, i.e. recycles the largest amount of material when cutting a hole of the same diameter.

Унифицированный минимальный угол наклона образующей корпуса ОБ 20° Инструмент с таким углом конусности 9 производит резание по сфере с центром в точке О , расположенной ниже, чем центр сферы резани с углом наклона образующей , равным 30°. Соответственно у такого инструмента больше радиус сферы движени внутренних кромок зубьев Рьн2 и завал поверхности стенки выразаемой шайбы. Unified minimum angle of inclination of the OB-20 body forming tool A tool with such a taper angle 9 produces cutting on a sphere with a center at the point O located lower than the center of the cutting sphere with an angle of inclination of the generator equal to 30 °. Accordingly, such a tool has a larger radius of sphere of movement of the inner edges of the teeth of Rn2 and the blockage of the surface of the wall of the expressed washer.

Предложенный способ обеспечивает высокопроизводительную обработку отверстий различных диаметров многозубым инструментом одного размера. При централизованном изготовлении номенкла- тура конусных инструментов, используемых дл вырезки отверстий предложенным способом , может быть ограничена малым количеством типоразмеров - 15-20.The proposed method provides high-performance machining of holes of various diameters with a multi-tooth tool of the same size. With the centralized production of the range of tapered tools used for cutting holes using the proposed method, it can be limited to a small number of sizes - 15-20.

Claims

Invention Formula

The method of cutting through cylindrical holes with a tool made in the form of a cone-shaped hollow body with cutting elements on the end surface, in which forming a conical

the surfaces of the housing are arranged parallel to the axis of the hole to be machined and inform the tool of rotational movement around its axis, the axis of the hole being machined and translational movement parallel to the axis of the hole, characterized in that, in order to expand the technological capabilities, the cutting elements of the tool are located at a distance from its radius, and the tool is progressively moved to a depth equal to the thickness of the part, while the angle of inclination of the generatrix of the conical surface tool housing to its axis is chosen from the ratio S

. (f7

where a is the angle of inclination of the generatrix of the conical surface of the tool body to its axis;

S is the thickness of the part;

D is the diameter of the end surface of the tool;

d is the diameter of the hole.

/

Јglf

68ЈfrC9l

S

5 5

ef

i

fl

T

§

YU

l-s

x: 5

hh

I

§ | 10 4

§

CM

§

J

g §%

ie F f3

§

I