BGS 10

8/16/2019 BGS 10

http://slidepdf.com/reader/full/bgs-10 1/11

Prelucrarea canalelor elicoidale prin frezare BGS 10

BGS 10 mai 2016 1

PRELUCRAREA CANALELOR ELICOIDALE

PRIN FREZARE

1. Scopul şi conţinutul lucrării

Cunoaşterea posibilităţilor de generare prin aşchiere a canalelor elicoidale. Stabilirea condiţiilor de lucru la prelucrarea canalelor elicoidale pe maşina de frezat. Cunoaşterea structurii cinematice şi efectuarea reglajelor pentru prelucrarea canalelorelicoidale pe maşina de frezat FU 1, folosind capul divizor universal cu discuri.

2. Consideraţii generale

2.1. Geometria elicei

Un canal dispus după o elice pe exteriorul sau interiorul unei suprafeţe de revoluţiecilindrică, conică sau globoidală devine un canal elicoidal (fig. 10.1). El este caracterizat atâtde forma elicei, cât şi de profilul său, definit în general în secţiune normală.

a b c

Fig. 10.1. Forma elicei: (a) – cilindrică; (b) – conică; (c) – globoidală

În construcţia de maşini cea mai largă utilizare o au canalele elicoidale dispuse pesuprafeţe cilindrice: filetele exterioare şi interioare; roţile dinţate cu dantură înclinată(elicoidală); canalele de cuprindere şi evacuare a aşchiilor la burghiele elicoidale, la alezoare,adâncitoare, freze, tarozi etc.

Generarea unui canal elicoidal presupune translarea unei curbe generatoare Γ (cedefineşte profilul canalului) în lungul elicei, care constituie curba directoare Δ. În general,curba generatoare Γ este materializată de muchia aşchietoare a sculei, caz întâlnit la strunjirea,frezarea, broşarea şi rectificarea canalelor.

Parametrii ce caracterizează geometria elicei (curba directoare Δ) sunt:

raza r a cilindrului – la elicea cilindrică (fig. 10.1, a) sau raza r şi înălţimea h, fie semiunghiulδ al conului – la elicea conică (fig. 10.1, b);

8/16/2019 BGS 10


BGS 10 BAZELE GENERĂRII SUPRAFEŢELOR

2 Iulian ROMANESCU

pasul elicei p E , ce corespunde distanţei dintre două spire consecutive ale elicei, măsurată pegeneratoare (fig. 10.2). Pasul elicei se numeşte şi pas axial p a, deoarece este conţinut într -un

plan care include axa elicei. Într-un plan normal pe elice, distanţa dintre două spireconsecutive este denumită pas normal p n.

În funcţie de sensul elicei se defineşte canalul/elicea pe dreapta sau pe stânga.

Înclinarea elicei este determinată de unghiul φ dintre tangenta la elice şi generatoareasuprafeţei sau de unghiul de înclinare a elicei α, măsurat între tangenta la elice şi normala pegeneratoarea cilindrului.

a b

Fig. 10.2. Sensul elicei: (a) – pe dreapta; (b) – pe stânga

Dacă lăţimea canalului practicat este mai mic decât jumătate din pasul elicei, pe aceeaşisuprafaţă pot fi executate mai multe canale echidistante; numărul de canale mai sunt numiteşi număr de început uri (fig. 10.3). În acest caz se face deosebire între pasul canalului p, cadistanţă între două elice alăturate1 şi pasul elicei p E.

Între pasul elicei şi pasul canalului există relaţia:

= ∙ (10.1)în care s-a notat cu k numărul de începuturi.

În tehnică se întâlnesc şi canale cu pas variabil (fig. 10.4) – îndeosebi la unele şuruburitransportoare.

Fig. 10.3. Canalele cu mai multe începuturi Fig. 10.4. Canalul cu pas variabil

Dacă se face o desfăşurare a suprafeţei cilindrice prin tăierea ei după o generatoare AB (fig. 10.5), elicea cilindrică apare sub forma dreptei AB0, înclinată cu unghiul α faţă de un

plan normal la axa cilindrului. Se stabileşte în acest mod relaţia dintre unghiul de înclinare α, pasul elicei p E şi raza cilindrului r :

1 În cazul roţilor dinţate, distanţa este denumită pasul danturii.

8/16/2019 BGS 10



BGS 10 mai 2016 3

= 2 (10.2)

Fig. 10.5. Geometria elicei cilindrice

2.2. Generarea directoarei elicoidale

Dintre toate tipurile de canale elicoidale, elicea cilindrică cu pas constant are cea mailargă utilizare.

Curba directoare elicoidală cilindrică (elicea cilindrică) poate fi generată cinematic prin două metode: 1. C a traiectorie directă a unui punct M (de pe generatoarea Γ), prin combinarea a douămişcări: o mişcare I de rotaţie (a piesei), de viteză tangenţială v şi o mişcare II de translarelongitudinală (efectuată în general de sculă), de viteză vS (fig. 10.6).

Generarea directoarei spaţiale Δ (elicea cilindrică) are în vedere utilizarea triedrului

osculator , format din 3 plane reciproc perpendiculare în acelaşi punct M, aparţinând curbeidirectoare: planul tangent [PT ], planul osculator [PO] şi planul normal (planul normalei) [P N ].Poziţia celor 3 plane este definită de trei vectori:

⃗ – vectorul tangent în M la curba Δ şi conţinut în planul tangent [PT ]; ‒ vectorul binormalei, perpendiculat în punctul M la vectorul ⃗, aparţinând planului normal[P N ] şi tangent la cilindrul înfăşurător al elicei (deci aparţinând şi lui [PT ]); ‒ vectorul normal la ceilalţi doi vectori.

Dacă în planul normalei [P N ] se află o curbă generatoare Γ ce trece prin punctul deintersecţie M al celor 3 plane – curbă ce defineşte profilul normal al filetului, atunci, prindeplasarea acestui triedru osculator , se va genera o suprafaţă elicoidală S p, având cadirectoare curba spaţială Δ şi, ca generatoare, curba plană Γ. Planul tangent [PT ] are rolul de

plan director, iar planul normalei [P N ] pe acela de plan generator. Binormala corespunde

liniei de intersecţie (gg1) dintre cele 2 plane [G] şi [ D].Pentru elicea cilindrică cu pas constant, raportul dintre viteza tangenţială v şi viteza de

8/16/2019 BGS 10



4 Iulian ROMANESCU

translare vS este constant:

⁄ = = . (10.3)

Generatoarea Γ (de forma profilului filetului) este materializată de muchia aşchietoarea sculei şi este definită în planul normalei [P N ].

Metoda se aplică la operaţia de strunjire a filetelor, la frezarea unor filete şi la frezarea

roţilor dinţate cu dantură elicoidală, cu ajutorul frezei-melc.

Fig. 10.6. Generarea elicei cilindrice ca traiectorie directă a unui punct M:

[P N ] – planul normalei; [PO] – planul osculator; [PT ] – planul tangent

2. Directoarea cinematică imprimată (transpusă) prin rulare. Metoda, similară imprimării

tipografice pe maşinile rotative, presupune existenţa unei mişcări de rulare (rostogolire fărăalunecare relativă) între semifabricatul pe care trebuie imprimată directoarea spaţială Δ şi osuprafaţă [ D0] (în general plană), în care se descrie dreapta de imprimat Δ0 – realizată catraiectorie a unui punct sau ca înfăşurătoare a unei curbe cinematice (v. fig. 9.9).

Observaţii:

Generarea corectă a elicei cilindrice nu presupune neapărat menţinerea constantă a celordouă viteze: tangenţiale v şi de translaţie vS (v. fig. 10.6), ci menţinerea constantă a raportuluilor, respectând relaţia (10.3). La metoda cinematică ca traiectorie a unui punct, în funcţie de domeniul de variaţie a

unghiului α, cea mai mare dintre viteze se consideră viteză de aşchiere şi va fi adoptată dinconsiderente tehnologice, iar cealaltă va deveni viteză de avans, a cărei valoare rezultă dinrelaţia (10.3). Pentru majoritatea canalelor elicoidale (cazul filetelor), unghiul α al elicei este

pronunţat mai mic de 45º şi, drept urmare, viteza tangenţială v va fi viteza principală deaşchiere, iar viteza tangenţială vS va fi viteza de avans. Cazul se aplică la strunjirea cu cuţitula filetelor.

Pentru cazurile când unghiul elicei α > 45º, ca viteză principală va fi aleasă viteza detranslare, iar viteza tangenţială va rezulta din relaţia (10.3). Este cazul elicelor cu pas mare,realizate prin broşare sau la mortezarea roţilor cu dinţi înclinaţi.

Aplicarea metodelor de prelucrare mai sus prezentate pentru generarea elicelor cuunghiul α în jur de 45º sunt dificil de realizat, în primul rând datorită valorilor mici ale celordouă viteze (ce devin apropiate ca valoare), precum şi cinematicii maşinilor -unelte

8/16/2019 BGS 10



BGS 10 mai 2016 5

corespunzătoare. Dificultatea este eliminată prin realizarea directă a vitezei tangenţiale laelice (viteza rezultantă ve), ca viteză de avans pe traiectoria directoarei Δ. Este cazul frezăriişi rectificării filetului şi a danturilor elicoidale, metoda de generare fiind cinematică, ca

traiectorie a unui punct .Profilul generator Γ se poate deplasa pe traiectorie rectilinie (strunjirea şi frezarea

filetelor, frezarea danturilor înclinate cu freza melc etc.), pe traiectorie circulară (filetarea învârtej), ori tangentă la traiectoria elicoidală (frezarea canalelor elicoidale/filetelor pe maşiniuniversale de frezat, rectificarea danturilor înclinate pe maşini Maag etc.).

2.3. Prelucrarea canalelor elicoidale prin frezare, cu ajutorul capului divizor

Realizarea cinematică pe maşina de frezat a curbei directoare Δ (elicea cilindrică), catraiectorie directă a unui punct, presupune însumarea a două mişcări continui şi uniforme,efectuate simultan (fig. 10.7): o mişcare de rotaţie I a semifabricatului în jurul axei proprii (cuviteza periferică, tangenţială v) şi o mişcare de translare II (de viteză vs) în lungul axei – mişcare asigurată de masa port- piesă. Cele două mişcări trebuie să fie dependente, astfel încât,

pentru un canal elicoidal de pas constant, să fie respectată condiţia (10.3); la o rotaţie completăa piesei, masa trebuie să se deplaseze cu valoarea unui pas al elicei. Ambele mişcări au caelement conducător şurubul din mecanismul şurub- piuliţă al lanţului cinematic de avans almesei maşinii, care îndeplineşte funcţia de transformare a mişcării de rotaţie (primită de lamotor, prin cutia de avansuri) în deplasare rectilinie a mesei port- piesă. Tot de la şurubul deavans al mesei se obţine şi mişcarea I de rotaţie a piesei, legătura cinematică rigidă, impusă,între cele două mişcări fiindasigurată de un mecanism dereglare cu roţi de schimb, ce

formează o liră; în acest modeste asigurată interdependenţa dintre cele două viteze. Reglarea, în vederea obţineriidiferitelor valori pentru pasulelicei p E , se realizează pringăsirea perechilor de roţi caresă satisfacă condiţia (10.3).

Pentru că, în general, se pune problema frezării unor canale echidistante identice (cu

mai multe începuturi), pe «circuit» trebuie introdus un mecanism de împărţire circulară – deobicei un cap divizor universal cu discuri. Acesta se va fixa pe masa maşinii de frezat şi vaantrena piesa în mişcarea de rotaţie: mişcarea primită de la lira cu roţi de schimb estetransmisă prin angrenajul conic (cu raportul 1:1) la discul divizor şi, prin blocarea indexoruluiîntr-o gaură a discului divizor, mişcarea de rotaţie se transmite manivelei, angrenajuluicilindric din interiorul capului divizor (cu raportul 1:1), angrenajului melcat (cu raportul 1:40)şi semifabricatului2. Se înţelege că, la frezarea unui canal elicoidal, capul divizor intervine caun mecanism reductor, cu raportul 1:40. La frezarea unor canale cu mai multe începuturi(canale echidistante), având în vedere montajul şi cuplarea permanentă a discului divizor laroţile lirei, divizarea piesei se poate face numai prin metoda divizării indirecte simple.

2 Pentru ca discul divizor să se poată roti, opritorul lateral este retras/îndepărtat.

Fig. 10.7. Schema cinematică de principiu pentru frezareacanalelor elicoidale

8/16/2019 BGS 10


8/16/2019 BGS 10



BGS 10 mai 2016 7

În acest scop, planul de lucru al sculei [PL] (plan ce are ca normală axa frezei disc sau conţineaxa frezei cilindro-frontale) trebuie să fie mereu tangent la elicea de prelucrat (motiv pentrucare planul [PL] formează cu axa piesei unghiul φ – complementar unghiului elicei α), iarfreza să fie simetric poziţionată faţă de axa piesei.

Fig. 10.9. Poziţionarea frezei disc pentru prelucrarea unui canal elicoidal (a) şi frezarea canalului prin rotirea mesei port- piesă (b) [4]

La utilizarea unei freze disc profilată montată pe axulorizontal al maşinii de frezatuniversale (fig. 10.9, b),

tangenţa dintre planul de lucruşi elicea cilindrică se realizează prin înclinarea mesei maşinii-unelte cu unghiul comple-mentar φ al elicei. Dacă nuexistă posibilitatea înclinăriimesei port- piesă în planorizontal, unghiul φ se poateobţine prin rotirea capului defrezare (fig. 10.10).

Sensul de rotire al mesei(fig. 10.11) sau a capuluivertical de frezare depinde desensul elicei. Semnul elicei (pestânga sau pe dreapta) impune nu numai poziţionarea corectă a sculei în raport cu axasemifabricatului la unghiul + sau – φ, dar şi obligativitatea schimbării sensului de rotaţie a

piesei. Mai precis, la un sens unic de deplasare rectilinie a piesei (dat de un sens unic de rotaţiea şurubului de avans), aceasta trebuie rotită în sens invers la frezarea unui canal pe stânga,faţă de unul cu înclinare pe dreapta. Pentru că schimbarea sensului de mişcare trebuie

efectuată în interiorul acestui lanţ cinematic (v. fig. 10.8), soluţia constă în introducerea uneiroţi intermediare în lira cu roţi de schimb.

Fig. 10.10. Frezarea unui canal elicoidal pe o maşină de frezatorizontală, prin rotirea capului vertical de frezare [4]

8/16/2019 BGS 10



8 Iulian ROMANESCU

Fig. 10.11. Sensul de rotire a mesei pentru frezarea unui canal cu elice pe dreapta (a) sau pe stânga(b); (c) – exemplu de frezare a roţilor dinţate cilindrice cu dantură elicoidală [4]

2.4. Regimul de aşchiere la frezarea canalelor elicoidale

Parametrii regimului de aşchiere la frezarea canalelor elicoidale cu freza disc profilată sau cu freza cilindro-frontală profilată sunt: Lăţimea de frezare B (sau adâncimea axială de aşchiere) se măsoară într-un plan

perpendicular pe direcţia de avans, pe o direcţie paralelă cu axa sculei şi reprezintă lungimeade contact dintre freză şi piesa semifabricat după această direcţie. În ideea că prelucrareacanalului se efectuează într -o singură trecere, pentru cele două cazuri tipice de frezare, lăţimeade frezare este diferită: este lăţimea maximă a canalului – la utilizarea unei freze disc – şiadâncimea canalului – la utilizarea unei freze cilindro-frontale. Adâncimea de frezare t , se măsoară în acelaşi plan normal pe direcţia de avans, după o

direcţie normală la axa de rotaţie a frezei şi reprezintă lungimea de contact sculă - piesăcorespunzătoare unghiului de contact ψ (definit într-o secţiune normală la axa de rotaţie afrezei). Pentru cazurile de frezare prezentate, adâncimea de aşchiere este dată de lăţimeamaximă a canalului – la prelucrarea cu freza cilindro-frontală şi de adâncimea canalului – lafolosirea unei freze disc.

Lăţimea de frezare B şi adâncimea de aşchiere t se stabilesc pe baza schemei deaşchiere, în funcţie de profilul şi dimensiunile canalului şi sunt limitate de rigiditateasistemului tehnologic. Avansul de aşchiere s, în mm/rot, reprezintă deplasarea relativă sculă – piesă pe dir ecţia deavans, la o rotaţie a frezei.

Avansul pe dinte sd , se defineşte ca raport între avansul de aşchiere s şi numărul de dinţi z ai frezei şi se măsoară în mm/dinte. Avansul pe dinte se adoptă în funcţie de materialul de

8/16/2019 BGS 10



BGS 10 mai 2016 9

prelucrat şi al sculei, de lăţimea şi adâncimea de frezare, de complexitatea profilului canaluluişi de diametrul frezei. Viteza de avans vs, în mm/min, se calculează cu relaţia (10.8):

= ∙ = ∙ ∙ , [mm/min]

(10.8) Viteza de aşchiere tehnologică (optimă) v se calculează cu relaţia (10.9):

= ∙

∙ ∙

∙ ∙ ∙ ∙ ∙ , [m/min]

(10.9)

în funcţie de durabilitatea medie a frezei T , materialul de prelucrat, caracteristicile sculeiaşchietoare şi ceilalţi parametri ai procesului de aşchiere [2].

3. Materiale şi utilaje necesare desfăşurării lucrării practice

Maşina de frezat FU 1 - Cugir. Cap divizor cu discuri, producţie Cugir , cu constanta K D = 40. Freză disc profilată.

Semifabricat cilindric de diametru DS . Set de roţi pentru lira cu roţi de schimb. Planşă de prezentare a capului divizor universal cu discuri.

4. Metodologia desfăşurării lucrării practice

Se identifică modul de fixare a semifabricatului în dispozitivul universal al capului divizorşi poziţia acestuia pe masa maşinii de frezat FU 1. Se verifică legătura cinematică dintre discul divizor şi şurubul de avans longitudinal almaşinii de frezat, precum şi modul de reglare a poziţiei şi a unghiului de înclinare a capului

de frezat şi al sculei. Se notează datele iniţiale, necesare frezării unui număr z de canale echidistante, cu pasulelicei p E . Se cunosc: diametrul semifabricatului DS , constanta capului divizor (K D = 40), pasulşurubului din lanţul cinematic de avans ( ps = 6 mm) şi se impun (de către conducătorullucr ării) numărul z de canale echidistante şi pasul elicei p E .

Se calculează raportul global de transfer al lirei cu roţi de schimb – cu relaţia (10.6). Se aleg patru roţi ( za , zb , zc , zd ) din setul de roţi de schimb, pentru a fi respectată condiţia(10.7). Setul de roţi dinţate pentru formarea lirei cu roţi de schimb prezintă următoarele numere:

20, 25, 30, 35, 38, 40, 50, 55, 60, 62, 65, 70, 71, 71, 80, 85, 90, 100, 100, 113, 115. Se calculează unghiul elicei canalului α cu relaţia (10.2). Se calculează viteza de aşchiere tehnologică – cu relaţia (10.9) şi turaţia optimă a frezei n

[rot/min]. Se alege de pe maşină turaţia de lucru (imediat inferioară celei optime, calculată). Se adoptă avansul pe dinte sd la o valoare maximă de 0,1 mm/dinte şi se calculează vitezade avans vs – cu relaţia (10.8). Se adoptă de pe maşina de frezat valoarea imediat inferioarăcelei calculate. Cu valorile adoptate şi calculate se procedează la reglarea maşinii de frezat: Se montează roţile de schimb za , zb , zc , zd între şurubul de avans al mesei şi capul divizor ,se cuplează lira şi se verifică sensul de rotaţie al piesei în raport cu sensul de deplasare

longitudinală; în acest scop, se ţine cont de sensul elicei de generat. Se stabilesc condiţiilereale de angrenare, având în vedere distanţa dintre punctul de intrare şi ieşire din lira cu roţi

8/16/2019 BGS 10



10 Iulian ROMANESCU

de schimb şi elementele constructive particulare ale plăcii lirei. Se înclină capul vertical al maşinii, având montată o freză disc profilată, cu unghiul φ (complementar unghiului elicei α, calculat), pentru a materializa planul de lucru [P L] al sculei(v. fig. 10.9, a) şi se deplasează masa port- piesă pentru poziţionarea simetrică a piesei în raportcu freza (punctul de tangenţă dintre freză – în mişcare de rotaţie – şi semifabricat trebuie să

fie cuprins în planul ce conţine axa piesei şi direcţia avansului de pătrundere/radial al sculei). Se reglează pe maşină valorile adoptate pentru viteza de avans a mesei şi turaţia frezei. Se deplasează masa, pentru aducerea piesei în poziţia de începere a prelucrării. Se porneşte mişcarea principală şi se reglează adâncimea de aşchiere (adâncimea canalului),în li psa contactului freză – piesă. Se cuplează avansul longitudinal mecanic al maşinii şi se prelucrează canalul pe lungimea

piesei. Se decuplează avansul mecanic, se retrage din aşchiere freza şi se readuce scula – cu avansulmanual în sens opus – la capătul de început al piesei. Se procedează la divizarea semifabricatului, aplicând metoda divizării indirecte simple.

Urmărind aceleaşi etape de lucru, se frezează al doilea canal, apoi celelalte, până lafinalizarea piesei.

5. Conţinutul referatului

Ca parte teoretică, referatul va trebui să cuprindă în mod obligatoriu următoarele puncte: parametrii elicei cilindrice, inclusiv fig. 10.2 şi relaţia (10.2); modul de generare a elicei cilindrice ca traiectorie directă a unui punct (cu fig. 10.6); schema cinematică de frezare a canalelor elicoidale cu capul divizor cu discuri (fig. 10.8),ecuaţia de bilanţ cinematic (10.5) şi expresia raportului global de transfer al lirei (rel. 10.7);

figura 10.9, a, ce pune în evidenţă unghiul de înclinate φ al capului de frezat şi poziţiasimetrică a sculei în raport cu semifabricatul. Ca parte practică, referatul trebuie să conţină: parametrii geometrici ai canalului elicoidal de generat; şirul de dinţi din setul de roţi necesare formării lirei; calculul detaliat pentru determinarea r oţilor din liră şi a unghiului de înclinare al frezei; calculul divizării semifabricatului (cercul cu B găuri adoptat şi numărul A de paşiunghiulari); condiţiile de angrenare stabilite pentru lira cu roţi de schimb din dotarea maşinii de frezat;

parametrii regimului de aşchiere calculaţi şi adoptaţi.

6. Referinţe bibliografice

1. Constantinescu, C. – Teoria aşchierii în mecanica fină. Iaşi, Rotaprint UniversitateaTehnică «Gheorghe Asachi» Iaşi, 1998

<pag. 301-304>2. Cozmâncă, M., Panait, S. – Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor - Îndrumar de lucrări

practice. Iaşi, Institutul Politehnic Iaşi, 1976 <pag. 80-85>

3. Cozmâncă, M., Panait, S., Constantinescu, C. – Bazele aşchierii. Iaşi, Editura „GheorgheAsachi”, 1995 <pag. 335-337>

8/16/2019 BGS 10



BGS 10 mai 2016 11

4. Diaconescu, I., Sîrbu, G., Corodeanu, I., Mirea, Al. – Maşini-unelte, vol. IV. Bucureşti,Editura transporturilor şi telecomunicaţiilor , 1962

<pag. 152-155>5. Oprean, A., Sandu, Gh., Minciu, C., Deacu, L., Giurgiuman, H., Oancea, N. – Bazele

aşchierii şi generării suprafeţelor . Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1981

<pag. 366-367>6. * * * ‒ Cartea tehnică. Capul divizor Cugir.

7. Verificaţi-vă cunoştintele

Prezentaţi geometria elicei cilindrice şi cinematica generării pe maşina de frezat. Explicaţi metoda de generarea a elicei cilindrice prin frezare, după metoda cinematică, «catraiectorie a unui punct». Reproduceţi şi explicaţi schema cinematică la frezarea canalelor elicoidale cu ajutorulcapului divizor universal cu discuri. Deduceţi ecuaţia de bilanţ cinematic şi stabiliţi raportullirei cu roţi de schimb.

8. Subiecte de examen

S. Metode cinematice de generare a canalelor elicoidale {metoda cinematică ca traiectorie

a unui punct – cu triedru osculator – şi metoda imprimării prin rulare}.S. Frezarea canalelor elicoidale cu ajutorul capului divizor cu discuri {schema cinematicăşi reglaje necesare pentru generarea corectă a profilului canalului}.

Documents

BGS 10