CC BY
174
Наука к Образование
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Сетевое научное издание
Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 07. С. 76-95.
ISSN 1994-0408
DOI: 10.7463/0715.0779372
Представлена в редакцию: Исправлена:
© МГТУ им. Н.Э. Баумана
УДК 621.9
Анализ конструктивных параметров резьбовых фрез
01.06.2015 16.06.2015
Мальков О. В.1*, Степанова М. Ю.
olma. O^mailju 1МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
1
В работе проведен литературный обзор современных конструкций резьбовых фрез зарубежных производителей (Carmex, Jel, Vargus, Emuge, Sandvik). На основе анализа номенклатуры инструментов выявлены классификационные признаки и разработана классификация конструкций резьбовых фрез, а также разработаны аналитические зависимости для расчета основных конструктивных параметров для цельных концевых гребенчатых резьбовых фрез и комбинированных конструкций сверло-резьбофрез. Полученные зависимости могут служить для расчета стартовых значений конструктивных параметров при проектировании указанных выше резьбовых фрез.
Ключевые слова: резьбовая фреза, резьбофрезерование, сверло-резьбофреза, резьба
Введение
В настоящее время машиностроительная индустрия выпускает широкую номенклатуру деталей, имеющих наружные и внутренние резьбовые поверхности. В связи с этим актуальной задачей является выбор наиболее эффективного способа изготовления резьбы. Внедрение многокоординатных станков с ЧПУ значительно увеличило долю использования резьбовых фрез, взамен метчиков, раскатников, плашек и резьбовых токарных резцов. Резьбовые фрезы отличает высокая производительность, точность нарезаемой резьбы, низкая шероховатость формируемой поверхности, широкие возможности обработки: наружных и внутренних поверхностей, изготовления резьбы в глухих отверстиях с плоским дном, а также возможность нарезания различных диаметров резьбы одним инструментом с заданным шагом. Резьбовые фрезы целесообразно использовать при изготовлении дорогостоящих корпусных деталей, в связи с легкостью их эвакуации из обрабатываемого отверстия в случае поломки инструмента. В массовом производстве использование комбинированных инструментов на базе резьбовых фрез позволяет значительно сократить время обработки, за счет уменьшения числа переходов при обработке отверстий сложного профиля, повысить точность изготовления резьбы и уменьшить количество инструментов в инструментальных магазинах обрабатывающих центров с ЧПУ.
В последние десятилетия в России и за рубежом проводятся активные научные исследования, связанные с процессом резьбофрезерования и проектированием новых конструкций инструментов. Основными направлениями исследований являются:
- разработка и исследование конструкций комбинированных инструментов на основе конструкции резьбовой фрезы (сверло-резьбофрезы, резьбовые фрезы с торцевым зубом, с зенковочной частью), исследование параметров процесса обработки сверло-резьбофрезами [1-9]; областью применения комбинированных инструментов является обработка отверстий сложного профиля с резьбой в условиях массового производства, в основном в автомобилестроении;
- исследования эффективности применения резьбофрез, связанные с разработкой новых конструкций инструментов и повышением эффективности работы существующих конструкций резьбовых фрез [10-13];
- исследование параметров режима резания, сечения срезаемого слоя и силы резания при резьбофрезеровании отверстий в различных материалах цельными и сборными конструкциями резьбовых фрез [14-20], а также фрезеровании резьбы малого диаметра (менее 2 мм) в отверстиях однодисковыми фрезами [21].
К сожалению, несмотря на широкое использование резьбовых фрез на предприятиях во всем мире, в России в настоящее время не существует единых рекомендаций по максимально эффективному использованию резьбофрез. Существующий ГОСТ 1336-77 регламентирует параметры резьбовых фрез с прямыми стружечными канавками, изготовленных из быстрорежущей стали, в то время как за рубежом в подавляющем большинстве используются резьбовые фрезы, изготовленные из твердого сплава с покрытием. Поэтому работа, направленная на определение конструктивных параметров резьбовых фрез из твердого сплава, является актуальной.
Целью работы является анализ существующих зарубежных конструкций резьбовых фрез с винтовыми стружечными канавками и комбинированных сверло-резьбофрез изготовленных из твердого сплава и разработка зависимостей для назначения стартовых основных конструктивных параметров этих инструментов.
Анализ современных конструкций резьбовых фрез и разработка зависимостей их основных конструктивных параметров
Проведенный обзор производственных программ производителей резьбовых фрез (Сагтех, Ет^е, М, 8апёу1к, ¥а^ыя) показал, что в настоящее время существует значительное количество разнообразных конструкций фрез для обработки резьбы: цельный и сборный инструмент, распространенный в мелкосерийном производстве, специальные решения для медицинской промышленности, специальные решения, позволяющие значительно сократить время обработки отверстий на предприятиях массового производства. Результат обзора конструкций по каталогам указанных выше производителей представлен в таблице 1.
Анализ данных каталогов производителей позволил сделать следующие выводы:
- большая часть конструкций предназначена для обработки внутренней резьбы, ограниченная часть - для обработки наружной резьбы; часть конструкций имеет универсальное применение;
- имеются конструкции для реализации большинства сочетаний диаметра и длины резьбы: однодисковые инструменты для резьбы малого диаметра или длинных резьб и гребенчатые фрезы для обработки коротких резьб;
- для обработки наружной резьбы применяются фрезы внешнего касания и внутреннего касания (охватывающие);
- резьбовые фрезы позволяют изготавливать резьбу номинальным диаметром М1... М52 и более с шагом 0,25... 10 мм;
- представлены инструменты для обработки цилиндрической и конической резьбы различного профиля в заготовках;
- возможна обработка материалов групп Р, 8, N М, К, Н, наиболее широко используются твердые сплавы с покрытиями.
На рисунках 1-3 показаны типовые схемы работы наиболее применяемых конструкций резьбовых фрез на примере конструкций компании Emuge.
Резьбовые гребенчатые фрезы предназначаются в основном для нарезания внутренней и наружной метрической резьбы степени точности 6Н и 6g, длиной (1,5.. .2,5)0. Внутренняя резьба производится в предварительно подготовленном отверстии. На рисунке 1 представлена последовательность обработки резьбы в отверстии комбинированной гребенчатой резьбовой фрезой с зенковочной частью, которая является частным случаем конструкции гребенчатой резьбовой фрезы. Кинематическая схема обработки включает следующие этапы (рисунок 1): подвод инструмента в зону обработки (поз. а); перемещение инструмента вдоль оси отверстия для достижения длины резьбы с обработкой конической фаски в конце (поз. б); подъем инструмента на 1/3 шага в направлении оси отверстия (поз. в) для исключения контакта торцевой части инструмента при дальнейшем врезании; тангенциальное врезание инструмента по дуге в заготовку (поз. г); фрезерование резьбы с использованием винтовой интерполяции (поз. д); тангенциальный отвод инструмента на ось резьбы (поз. е); вывод инструмента из отверстия (поз. ж).
На рисунке 2 представлена кинематическая схема обработки отверстия сложного профиля с резьбой комбинированным инструментом сверло-резьбофрезой. Комбинированные конструкции сверло-резьбофрез в условиях массового производства позволяют повысить производительность и точность обработки в деталях автомобильного производства, изготавливаемых из чугуна и алюминиевых сплавов. Кинематическая схема обработки включает следующие этапы (рисунок 2): подвод инструмента в зону обработки (поз. а); сверление отверстия под нарезание резьбы с одновременным зенкованием фаски на торце (поз. б); подъем инструмента на 1/3 шага в направлении оси отверстия (поз. в)
для исключения контакта сверлильной части инструмента при дальнейшем врезании; тангенциальное врезание инструмента по дуге в заготовку (поз. г); фрезерование резьбы с использованием винтовой интерполяции (поз. д); тангенциальный отвод инструмента на ось резьбы (поз. е); вывод инструмента из отверстия (поз. ж).
а) 6) е) г) д) е) ж)
1 4
1 , '/2Р 1 ; У 2?
1 г 1 [ УзР
Рисунок 1. Кинематическая схема работы гребенчатой резьбовой фрезы
а) 6) в) г) д) е) ж)
/ 1 У 2? ' 1 ИР ' [ У2? 1
\ г 1 ; 73?
Рисунок 2.Кинематическая схема работы комбинированного инструмента сверло-резьбофреза
На рисунке 3 представлена кинематическая схема обработки отверстия с резьбой комбинированным инструментом фрезой-резьбофрезой. Инструмент предназначен для
обработки резьбы в сплошном материале без предварительной подготовки отверстия под резьбу в большинстве типов обрабатываемых материалов, как в состоянии поставки, так и после термообработки. Для этого фреза-резьбофреза оснащена торцевой частью с режущими зубьями, которые производят обработку отверстия. За один планетарный оборот оси инструмента вокруг оси нарезаемой резьбы инструмент перемещается на шаг резьбы вдоль оси отверстия. Количество планетарных оборотов равняется количеству витков нарезаемой резьбы. Резьбообразующая часть инструмента содержит диски с различным профилем, что позволяет производить разделение припуска при обработке. Кинематическая схема обработки включает следующие этапы (рисунок 3): подвод инструмента в зону обработки (поз. а); радиальное смещение инструмента на величину эксцентриситета для осуществления планетарной обработки (поз. б); одновременная обработка отверстия и резьбы (поз. в), за один планетарный оборот инструмент перемещается вдоль оси отверстия на один шаг резьбы; производится количество планетарных оборотов требуемое для получения необходимой длины резьбы (поз. г); радиальный отвод инструмента на ось резьбы (поз. д); вывод инструмента из отверстия (поз. е).
Рисунок 3. Кинематическая схема работы комбинированного инструмента фреза-резьбофреза
Анализ конструкций резьбовых фрезы позволил выявить классификационные признаки и разработать классификацию резьбовых фрез, представленную в таблице 2. Классификационные признаки условно можно разделить на четыре блока: признаки, касающиеся режущей части инструмента, крепежной части, а также конструктивных
особенностей инструмента и обрабатываемой поверхности. К первой группе относится материал режущей части, число зубьев инструмента, исполнение, метод образования задней поверхности, форма стружечной канавки, количество зубьев, возможная длина обработки. По особенностям крепления различают цельные и сборные резьбовые фрезы, с обычным или удлиненным хвостовиком для обработки глубоких отверстий, а также различными типами хвостовой части, которая может быть выполнена из стали или твердого сплава. В зависимости от группы сложности обрабатываемого материала и особенностей поставленной задачи, инструмент может быть оснащен системой внутреннего подвода СОЖ, иметь шейку. Классификация включает комбинированные инструменты на основе конструкции резьбовой фрезы, которые позволяют снизить номенклатуру применяемых инструментов.
Для анализа конструктивных параметров резьбовых фрез выделены два типа инструментов для изготовления резьбовых отверстий - цельные концевые гребенчатые резьбовые фрезы с винтовыми стружечными канавками и комбинированные конструкции сверло-резьбофрез. Анализ параметров производился в замкнутой "системе инструмента", т.е. заранее предполагая, что имеется связь между диаметром резьбообразующей (рабочей) части инструмента и диаметром нарезаемой резьбы. В таком случае, достаточно при обработке данных каталогов выявить зависимости конструктивных параметров инструмента от диаметра резьбообразующей части.
На основе анализа конструктивных параметров выбранных конструкций резьбовых фрез на рисунках 4 и 8 представлены эскизы инструментов с указанными конструктивными параметрами, подлежащими расчету. Использование этих данных при проектировании значительно облегчает задачу назначения стартовых конструктивных параметров инструмента, которые в дальнейшем будут оцениваться с точки зрения прочности, жесткости, рационального использования инструментального материала, обеспечения требуемого уровня производительности и пр.
Проведен анализ существующих типоразмеров резьбовых фрез и получены аналитические зависимости конструктивных параметров для каждого вида, применение которых возможно в дальнейшем для назначения следующих стартовых параметров: L = XdO -общей длины инструмента, мм; /р = Xdj,) -длины рабочей части инструмента, мм; d^ = fdj,) -диаметра хвостовой части, мм; z = fdj,) -числа зубьев инструмента, шт., где dj,-диаметр рабочей части инструмента, мм. Анализ данных проводился в среде Microsoft Office Excel, для вывода итоговых зависимостей была использована программа «Аппроксимация данных», разработанная на кафедре МТ-2 «Инструментальные техники и технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
' __
"ö OtfMOOnd,
А (увеличено)
р
Рисунок 4. Эскиз типовой цельной твердосплавной резьбовой фрезы. * - расчетные зависимости для назначения длины рабочей части инструмента 1Р, мм, в зависимости от условий обработки, представлены в таблице 3. ** - количество зубьев инструмента г, шт., определяется по таблице 5.
На рисунках 5-7 представлены графические зависимости, построенные для конструктивных параметров цельных резьбовых гребенчатых фрез на основании данных каталогов производителей, выбранных выше. В таблице 3 представлены аналитические зависимости выбранных параметров.
Рисунок 5. Зависимость общей длины от диаметра рабочей части цельных твердосплавных резьбовых фрез
(ь = М)).
120
Б
и
я
8 80 н
I
Р 60
>м
и
О
ю
а,
Г!
20
/ // / г
/ /
А ■ 1 У *
1 '
>
— Аттрокстюция для 1. 5В — Аяярсксимация для 2В .....Ащюксимация для
А Сагтех
Сагтех для
труднообрабатываемых материалов
0 5 10 15 20 25 30 Диаметр райочен часта инструмента ф. ьш
Ж Уаг^ш
+ Ы
Рисунок 6. Зависимость длины рабочей части от диаметра рабочей части цельных твердосплавных
резьбовых фрез (1р=А(ёр)).
30
25
20
15
а ю
А
——
■ 1 ■ у^ ■ +ж ■
1 ■ 4 ¥
итЛя 4ШЩШШ
ЖИЖ
Аппроксимация
А Сагтнех
Сагтех для
труднообрабатслваелаа материалов
х Уагрш
+ Ж!
0 10 20 30 ■ Зап&И
Днаыетр рабочей части инструмента ф, ым
Рисунок 7. Зависимость диаметра хвостовой части от диаметра рабочей части цельных твердосплавных
резьбовых фрез (ёхв= /(ёр)).
Таблица 3. Аналитические зависимости для назначения конструктивных параметров цельных
твердосплавных резьбовых фрез.
Аналитическая зависимость Коэффициент корреляции
Общая длина инструмента Лр 0,0453 + 0,0077 ■ йр 0,9459
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 1,5Б 1р = 2,6942 -(¿р0'9377 0,9457
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 2Б /р = 3,1177 + 0,8771 ■ а1/ 0,9999
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 3Б 1р = -0,4778 + 4,2222 ■ йр 1
Диаметр хвостовика инструмента ахв = 2,5777 + 0,8554 ■ йр 0,9614
На рисунках 9-11 представлены графические зависимости, построенные для конструктивных параметров сверло-резьбофрез на основании данных каталогов производителей, выбранных выше. В таблице 4 представлены аналитические зависимости выбранных параметров.
Профиль зуба инструмента А (увеличено)
Рисунок 8. Эскиз сверло-резьбофрезы. * - расчетные зависимости для назначения длины рабочей части инструмента 1р, мм, в зависимости от условий обработки, представлены в таблице 4. ** - количество зубьев
инструмента г, шт., определяется по таблице 5.
инструмента.
Рисунок 9. Зависимость общей длины от диаметра рабочей части сверло-резьбофрезы (Ь = _Дйр)).
Рисунок 10. Зависимость длины рабочей части от диаметра рабочей части сверло-резьбофрезы (1р= _Дйр)).
Рисунок. 11. Зависимость диаметра хвостовой части от диаметра рабочей части сверло-резьбофрезы
(й?хв= №р)).
Таблица 4. Аналитические зависимости для назначения конструктивных параметров сверло-резьбофрезы
Аналитическая зависимость Коэффициент корреляции
Общая длина инструмента Ь = 27,5989 ■ с#5076 0,9667
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 1,5Б 1р = 2,4092 ■ й0/873 0,9725
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 2Б 1р = 3,2931 ■ й0/295 0,9847
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 2,5Б 1р = -5,5998 + 6,3884 ■ йр'8 0,9988
Длина рабочей части инструмента при возможной длине обработки 3Б 1р = 3,6368 ■ йр1135 0,97165
Диаметр хвостовика инструмента ахв = 2,0946 +1,1747 ■ ар 0,9821
На рисунке 12 представлены зависимости числа зубьев инструмента от диаметра его рабочей части для цельных резьбовых фрез (рисунок 12,а) и сверло-резьбофрез (рисунок
12, б). Как видно из рисунков, одинаковое число зубьев используется производителями в большом диапазоне диаметров инструментов, поэтому предложена табличная зависимость для выбора числа зубьев инструментов (таблица 5).
а)
б)
Рисунок 12. Зависимость числа зубьев инструмента от диаметра его рабочей части для цельных резьбовых
фрез (а) и сверло-резьбофрез (б).
Тип инструмента Фирма-производитель Диаметр рабочей части dp, мм Число зубьев z, шт.
Jel 1,56 2
Цельная резьбовая фреза Carmex, Sandvik, Vargus, Jel 2,2...16 3
Carmex, Sandvik, Vargus, Jel 3,14...20 4
Sandvik, Vargus, Jel 6...20 5
Jel, Emuge, Vargus 3,16... 14,1 2
Сверло-резьбофреза Jel 4,7...9,74 3
Carmex, Jel 4,85...13,27 4
Заключение
В результате работы получены следующие результаты:
1) Проведен литературный обзор современных конструкций резьбовых фрез зарубежных производителей (Carmex, Jel, Vargus, Emuge, Sandvik); представлена основная номенклатура и типоразмеры резьбовых фрез.
2) На основе анализа номенклатуры инструментов выявлены классификационные признаки и разработана классификация конструкций резьбовых фрез.
3) В результате анализа существующих типоразмеров цельных концевых резьбовых фрез и сверло-резьбофрез разработаны аналитические зависимости для расчета общей длины инструмента, длины рабочей части инструмента, диаметра хвостовой части и числа зубьев инструмента от диаметра рабочей части инструмента. Полученные зависимости могут служить для расчета стартовых значений конструктивных параметров при проектировании указанных выше резьбовых фрез.
Список литературы
1. Мальков О.В, Литвиненко А.В. Выбор наружного диаметра резьбовой части сверло-резьбофрезы // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 1997. № 3. С. 78-84.
2. Мальков О.В., Литвиненко А.В., Малькова Л.Д. Обзор конструкций комбинированных инструментов для изготовления отверстий сложного профиля, содержащих резьбовой участок // Справочник. Инженерный журнал. 2002. № 10. С. 49-57.
3. Мальков О.В., Литвиненко А.В., Малькова Л.Д. Исследование кинематических возможностей образования отверстий сложного профиля сверло-резьбофрезой // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2004. № 1. С. 104-122.
4. Мальков О.В. Исследование точности резьбы при резьбофрезеровании сверло-резьбофрезой // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон.журн. 2007. № 11. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/68985.html (дата обращения 09.02.2015).
5. Jun M.B.G, Araujo A.C. Modeling and Analysis of the Thread Milling Operation in the Combined Drilling/Thread Milling Process // Proceedings of the 2008 ASME International Manufacturing Science (MSEC'2008), October 7-10, 2008, Evanston, Illinois, USA. Vol. 1. ASME, 2008. Paper no. MSEC_ICM&P2008-72209. P. 377-386. DOI: 10.1115/MSEC ICMP2008-72209
6. Jun M.B.G., Araujo A.C. Modeling of the thread milling operation in a combined thread/drilling operation: Thrilling // Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME. 2010. Vol. 132, no. 1. Art. no. 014505. DOI: 10.1115/1.4000944
7. Araujo A.C., Silveira J.L. Thrilling: an application of thread milling process // Proc. of IV Congresso Nacional de Engenharia Mecanica (CONEM'2006). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2006. Available at:
http://www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/2006C0NEM acjl.pdf , accessed 01.06.2015.
8. Araujo A.C., Jun M.B.G., Kapoor S.G., DeVor R.E. Experimental Investigation of a Combined Drilling and Thread Milling Process: Thrilling // Transactions of NAMRI/SME. 2007. Vol. XXXV. P. 518-527.
9. Uhlmann E., Koenig J. Analysis of the manufacturing chain of CVD diamond coated shaft type cutting tools // Production Engineering. 2010. Vol. 4, iss. 2-3. P. 211-220. DOI: 10.1007/s11740-010-0219-4
10. Цуканов И.Ю., Прокофьев А.Н. Совершенствование конструкций и эффективность применения резьбофрезерного инструмента // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. № 2-2. С. 63-69.
11. Гречишников В.А. Инновационные конструкции инструментальной техники // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 4 (12). С. 22-27.
12. Гречишников В.А. Основные направления совершенствования инструментального производства // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 1 (9). С. 8-14.
13. Косарев В.А. Перспективный метод планетарной обработки отверстий деталей // Технология машиностроения. 2012. № 1. С. 60-62.
14. Косарев В.А. Исследование величин срезаемого слоя при планетарном внутреннем резьбофрезеровании // Вестник МГТУ «Станкин». 2012. № 1 (19). С. 32-35.
15. Косарев В.А., Гречишников В.А., Косарев Д.В. Исследование силовых параметров при фрезеровании внутренних резьб с планетарным движением инструмента // СТИН. 2009. № 8. С. 19-22.
16. Сайкин С.А., Сайкина С.А. Разработка и опыт применения программы расчета режимов многопроходного фрезерования внутренней резьбы в труднообрабатываемых материалах // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. 2014. № 4 (31). С. 50-56.
17. Araujo A.C., Silveira J.L., Kapoor S.G. Force Prediction in Thread Milling // Journal of the Brazillian Society of Mechanical Science and Engineering. 2004. Vol. 26, no. 1. P. 82-88. DOI: 10.1590/S1678-58782004000100014
18. Lee S.W., Kasten A., Nestler A. Analytic Mechanistic Cutting Force Model for Thread Milling Operations // Procedia CIRP. 2013. Vol. 8: 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations (CIRP CMMO). P. 546-551. DOI: 10.1016/j.procir.2013.06.148
19. Souza P.D., Oliveira F.C., Araujo A.C. External Thread Milling on Bovine Cortical Bone // Proc. of VII Congresso Nacional de Engenharia Mecänica (CONEM'2012). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2012. Available at:
http://www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/CONEM2012-0174.pdf , accessed 01.06.2015.
20. Araujo A.C., Fromentin G., Poulachon G. Analytical and Experimental Investigations on Thread Milling Forces in Titanium Alloy // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2013. Vol. 67. P. 28-34. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.12.005
21. Araujo A.C., Silveira J.L.A. Model for Micro Thread Milling Operation (MTMO) // Proc. of The Canadian Society for Mechanical Engineering Forum (CSME Forum'2010). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2010. Available at: http://laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/2010-CSME.pdf, accessed 01.06.2015.
Science and Education of the Bauman MSTU, 2015, no. 07, pp. 76-95.
Science^Education
of the Bauman MSTU
ISS N 1994-0408 © Bauman Moscow State Technical Unversity
The Analysis of Design Parameters of Thread Milling Cutters
DOI: 10.7463/0715.0779372
Received: Revised:
01.06.2015 16.06.2015
O.V. Malkov1'*, M.Yu. Stepanova1
olma ■ O^mailju
1Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Keywords: thread mill, thread milling, drill thread milling tool, thread
Now the mechanical engineering industry produces a great variety of part mix having a male and female thread. In this regard a relevant task is to choose the most effective way of threading. Introduction of multi-coordinate CNC machines considerably extended the use of thread mills, instead of taps, roll burnishers, dies and thread turning tools.
The article reviews manufacturer's production programs of thread mills (Carmex, Emuge, Jel, Sandvik, Vargus) to show that, presently, there is a significant diversity of thread mill designs for processing. The analysis allowed to reveal the main nomenclature and standard sizes of thread mills, including combined tools on their base, as well as to reveal classification signs and to develop classification of thread mills. Classification comprises also combined tools based on design of thread mill, which allow us to reduce the nomenclature of the tools used in threading.
The paper considers working schemes of the main types of thread mills and areas of their rational application.
To analyse design data of thread mills two types of tools have been selected, namely the integral trailer edge thread mills with the spiral chip flutes and drill thread mills made from hard alloy. The analysis of design data was made in the closed "system of the tool", i.e. in advance assuming that there is a connection between diameter of the tapping part of the tool and diameter of the cut thread. The parameter analysis of the chosen designs allowed us to develop the sketches of tools with the specified parameters to be calculated.
The paper presents graphic dependences of the total length, length of a working part, diameter of a tail part and number of tool teeth on the diameter of the working part of the tool. Approximation of the specified parameters is carried out and mathematical dependences, which can be further used to calculate and choose the starting values of design data in designing the abovementioned constructions of thread mills.
References
1. Malkov O.V., Litvinenko A.V. Choosing the outer diameter of threaded part of drill/thread-mill. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie = Herald of the Bauman Mos-
cow State Technical University. Ser. Mechanical Engineering, 1997, no. 3, pp. 78-84. (in Russian).
2. Mal'kov O.V., Litvinenko A.V., Mal'kova L.D. Review of designs of combined tools for making holes of complex profile containing the threaded section. Spravochnik. Inzhenernyi zhurnal = HANDBOOK. An Engineering journal, 2002, no. 10, pp. 49-57. (in Russian).
3. Malkov O.V., Litvinenko A.V., Malkova L.D. Study of Kinematic Feasibility to Form Compound-Profile Holes by Drill-Threader-Mill. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Ser. Mechanical Engineering, 2004, no. 1, pp. 104-122. (in Russian).
4. Malkov O.V. Study of precision of thread during thread milling with the use of drill/thread-mill. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana = Science and Education of the Bauman MSTU, 2007, no. 11. Available at: http://technomag.bmstu.ru/doc/68985.html , accessed 09.02.2015. (in Russian).
5. Jun M.B.G, Araujo A.C. Modeling and Analysis of the Thread Milling Operation in the Combined Drilling/Thread Milling Process. Proceedings of the 2008 ASME International Manufacturing Science (MSEC'2008), October 7-10, 2008, Evanston, Illinois, USA. Vol. 1. ASME, 2008, paper no. MSEC_ICM&P2008-72209, pp. 377-386. DOI: 10.1115/MSEC ICMP2008-72209
6. Jun M.B.G., Araujo A.C. Modeling of the thread milling operation in a combined thread/drilling operation: Thrilling. Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, 2010, vol. 132, no. 1, art. no. 014505. DOI: 10.1115/1.4000944
7. Araujo A.C., Silveira J.L. Thrilling: an application of thread milling process. Proc. of IV Congresso Nacional de Engenharia Mecânica (CONEM'2006). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2006. Available at:
http://www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/2006CONEM_acjl.pdf , accessed 01.06.2015.
8. Araujo A.C., Jun M.B.G., Kapoor S.G., DeVor R.E. Experimental Investigation of a Combined Drilling and Thread Milling Process: Thrilling. Transactions of NAMRI/SME, 2007, vol. 35, pp. 518-527.
9. Uhlmann E., Koenig J. Analysis of the manufacturing chain of CVD diamond coated shaft type cutting tools. Production Engineering, 2010, vol. 4, iss. 2-3, pp. 211-220. DOI: 10.1007/s11740-010-0219-4
10. Tsukanov I.Yu., Prokofev A.N. The design development and effectiveness of thread milling tools. Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii = Fundamental and Applied Problems of Technics and technology, 2010, no. 2-2, pp. 63-69. (in Russian).
11. Grechishnikov V.A. Innovative design of tool technology. Vestnik MSTU "STANKIN", 2010, no. 4 (12), pp. 22-27. (in Russian).
12. Grechishnikov V.A. Main directions of improvement of tool production. Vestnik MSTU "STANKIN", 2010, no. 1 (9), pp. 8-14. (in Russian).
13. Kosarev V. A. Promising technique of planetary hole-making operations in components. Tekhnologiya Mashinostroeniya, 2012, no. 1, pp. 60-62. (in Russian).
14. Kosarev V.A. Study of values of shear layer at planetary internal thread milling. Vestnik MSTU "STANKIN", 2012, no. 1 (19), pp. 32-35. (in Russian).
15. Kosarev V.A., Grechishnikov V.A., Kosarev D.V. Milling internal thread with planetary tool motion. STIN, 2009, no. 8, pp. 19-22. (English version of journal: Russian Engineering Research, 2009, vol. 29, iss. 11, pp. 1177-1179. DOI: 10.3103/S1068798X09110227 ).
16. Saikin S.A., Saikina S.A. Development and employment experience of the program for calculation of a hard-to-machine materials inside thread by means of multipass milling regimes. Vestnik RGATU = Herald of Solovyov Rybinsk State Aviation Technical University, 2014, no. 4 (31), pp. 50-56. (in Russian).
17. Araujo A.C., Silveira J.L., Kapoor S.G. Force Prediction in Thread Milling. Journal of the Brazillian Society of Mechanical Science and Engineering, 2004, vol. 26, no. 1, pp. 82-88. DOI: 10.1590/S1678-58782004000100014
18. Lee S.W., Kasten A., Nestler A. Analytic Mechanistic Cutting Force Model for Thread Milling Operations. Procedia CIRP, 2013, vol. 8: 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations (CIRP CMMO), pp. 546-551. DOI: 10.1016/j.procir.2013.06.148
19. Souza P.D., Oliveira F.C., Araujo A.C. External Thread Milling on Bovine Cortical Bone. Proc. of VII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica (CONEM'2012). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2012. Available at:
http://www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/CONEM2012-0174.pdf , accessed 01.06.2015.
20. Araujo A.C., Fromentin G., Poulachon G. Analytical and Experimental Investigations on Thread Milling Forces in Titanium Alloy. International Journal of Machine Tools & Manufacture,, 2013, vol. 67, pp. 28-34. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.12.005
21. Araujo A.C., Silveira J.L.A. Model for Micro Thread Milling Operation (MTMO). Proc. of The Canadian Society for Mechanical Engineering Forum (CSME Forum'2010). Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2010. Available at:
http://laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/artigos/2010-CSME.pdf, accessed 01.06.2015.
