ΚΑΤΑ ISO ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ TOY ΚΟΠΤΙΚΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ΤΟΡΝΕΥΣΗΣ (ISO/DIS 3002, 1973) 1. ΓΕΝΙΚΑ H τυποποίηση του ΚΕ τόρνευσης βασίζεται στη γωνία αποβλίττου γ n, που µετριέται σε επίπεδο κάθετο στην κόψη. Ο ορισµός των διαφόρων εννοιών επιτελείται για το τυπικό εργαλείο της λοξής κοπής (Σχ. 1). (α) (β) Σχήµα 1: Το τυπικό εργαλείο λοξής κοπής (απλής σηµειακής επαφής) (α) Βασική ορολογία, (β) Το πρότυπο λοξής κοπής (i: η γωνία λοξότητας της κόψης, η C : η γωνία εκτροπής του αποβλίττου) Χρησιµοποιούνται δύο συστήµατα επιπέδων αναφοράς: Το ονοµαστικό σύστηµα αναφοράς (tool-in-hand system), το οποίο καθορίζει τη γεωµετρία του ΚΕ κατά την κατασκευή, τρόχιση και έλεγχό του. Το ενεργό σύστηµα αναφοράς (tool-in-u system), το οποίο καθορίζει τη γεωµετρία του ΚΕ κατά την κατεργασία (δηλ. κατά τη χρήση του). 1
2. ΤΟ ΟΝΟΜΑΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (ΤOOL-IN-HAND SYSTEM) Σχήµα 2: Το ονοµαστικό σύστηµα επιπέδων αναφοράς Καθορίζεται ως προς τη βάση του ΚΕ όταν έχει στέλεχος ορθογωνικής διατοµής ή ως προς τον άξονα του ΚΕ όταν αυτό έχει στέλεχος κυλινδρικό. Απαρτίζεται από τα ακόλουθα ονοµαστικά επίπεδα, τα οποία διέρχονται από τυχόν σηµείο Α της κύριας κόψης (Σχ. 2): P P s Επίπεδο αναφοράς (tool efeence pla): Είναι παράλληλο προς την έδρα του στελέχους του ΚΕ, δηλαδή είναι κάθετο προς την υποθετική πρωτεύουσα κίνηση (ΥΠΚ). Επίπεδο κόψης (tool cutting edge pla): Εφάπτεται στην κύρια κόψη S του ΚΕ και είναι κάθετο στο επίπεδο αναφοράς P. P n Επίπεδο κάθετο στην κόψη (cutting edge nomal pla) στο σηµείο Α. P Υποτιθέµενο ενεργό επίπεδο (assumed woking pla): Eίναι κάθετο στο επίπεδο αναφοράς f p P και παράλληλο προς την υποθετική διεύθυνση της κίνησης πρόωσης (ΥΚΠ). P Οπίσθιο επίπεδο (tool back pla): Είναι κάθετο στα P και P. 2 f
Τα ίδια επίπεδα (αλλά τονούµενα) ορίζονται και ως προς τυχόν σηµείο της δευτερεύουσας κόψης. Σχήµα 3: Οι ονοµαστικές γωνίες του ΚΕ Βάσει των ονοµαστικών επιπέδων ορίζονται οι ακόλουθες ονοµαστικές γωνίες ΚΕ (Σχ. 3): κ Γωνία θέσεως της κυρίας κόψης (tool cutting edge angle): Σχηµατίζεται µεταξύ των και Pf και µετριέται στο P. κ Γωνία θέσεως της δευτερεύουσας κόψης (tool mino cutting edge angle): Σχηµατίζεται µεταξύ των επιπέδων Ρ s και P f. ε Περιεχόµενη γωνία (tool-included angle): Σχηµατίζεται µεταξύ των P και Ρ και µετριέται λ s n στο P. Γωνία λοξότητας της κόψης (tool cutting edge inclination): Ταυτίζεται µε τη γωνία i και σχηµατίζεται από την κόψη S του ΚΕ και το P και µετριέται στο P. γ Γωνία αποβλίττου σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (tool nomal ake angle): Σχηµατίζεται µεταξύ β n της επιφάνειας αποβλίττου(tool face) Α γ και του P και µετριέται στο Pn. Γωνία σφήνας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (nomal wedge angle): Σχηµατίζεται µεταξύ της επιφάνειας αποβλίττου Α γ και της ελεύθερης επιφάνειας (tool flank) Α α και µετριέται στο P n. α n Γωνία ελευθερίας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (tool nomal cleaance angle): Σχηµατίζεται µεταξύ της ελεύθερης επιφάνειας Α α και του P και µετριέται στο P. s s n s s P s 3
3. ΤΟ ΕΝΕΡΓΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (TOOL-IN-USE SYSTEM) Σχήµα 4: Το ενεργό σύστηµα επιπέδων αναφοράς Καθορίζεται ως προς τη συνισταµένη διεύθυνση κοπής ( υ ) και τη διεύθυνση της κίνησης πρόωσης του ΚΕ ( υf ). Απαρτίζεται από τα ακόλουθα ενεργά επίπεδα, τα οποία διέρχονται από τυχόν σηµείο Α της κόψης (Σχ. 4): P e Ενεργό επίπεδο αναφοράς (woking efeence pla): Είναι κάθετο προς τη συνισταµένη διεύθυνση κοπής ( υ e ). P Ενεργό επίπεδο κόψης (woking cutting edge pla): Εφάπτεται στην κύρια κόψη (S) του ΚΕ και είναι κάθετο στα P και P. e P Ενεργό επίπεδο κάθετο στην κόψη (woking cutting edge nomal pla) στο σηµείο Α: Ταυτίζεται µε το επίπεδο P n. e 4
P fe Ενεργό επίπεδο (woking pla): Είναι κάθετο στο P e και περιέχει τις διευθύνσεις πρωτεύουσας κίνησης και κίνησης πρόωσης. P Ενεργό οπίσθιο επίπεδο (woking back pla): Eίναι κάθετο στα P και P. pe e fe Σχήµα 5: Οι ενεργές γωνίες του ΚΕ Βάσει των ενεργών επιπέδων ορίζονται οι ακόλουθες ενεργές γωνίες ΚΕ (Σχ. 5): κ e Ενεργή γωνία θέσεως της κυρίας κόψης (woking tool cutting edge angle): Σχηµατίζεται µεταξύ των P και P και µετριέται στο P. fe e λ Ενεργή γωνία λοξότητας της κόψης (woking tool cutting edge inclination): Σχηµατίζεται από την κόψη S του ΚΕ και το P και µετριέται στο P. e γ Ενεργή γωνία αποβλίττου σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (woking tool nomal ake angle): Σχηµατίζεται µεταξύ της επιφάνειας αποβλίττου Α γ και του P και µετριέται στο P. β Ενεργή γωνία σφήνας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (woking nomal wedge angle): Ταυτίζεται µε την β n. α Ενεργή γωνία ελευθερίας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (woking tool nomal cleaance angle): Σχηµατίζεται µεταξύ της ελεύθερης επιφάνειας Α α και του P και µετριέται στο P ). e 5
4. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗΣ (SETTING SYSTEM) Η ανάγκη για την εισαγωγή των προαναφερθέντων δύο συστηµάτων αναφοράς οφείλεται αφενός στη µεταβολή των γωνιών αποβλίττου και ελευθερίας κατά την κοπή, π.χ. στην απλή τόρνευση, αύξηση της πρόωσης οδηγεί σε αύξηση της γ και µείωση της α (Σχ. 6), και αφετέρου στη µεταβολή των γωνιών του ΚΕ ανάλογα µε την θέση και τον προσανατολισµό του στην εργαλειοµηχανή. Σχήµα 6: Επίδραση της γωνίας κοπής (esultant cutting speed angle) η πάνω στη γωνία αποβλίττου γ n και στη γωνία ελευθερίας α n στην ορθογωνική κοπή. (υ=ταχύτητα κοπής, υ f =ταχύτητα πρόωσης, υe=συνισταµένη ταχύτητα κοπής, γ n = ονοµαστική γωνία αποβλίττου, γ =ενεργή (effective) γωνία αποβλίττου, α n =ονοµαστική γωνία ελευθερίας, α =ενεργή (effective) γωνία ελευθερίας) Ο συσχετισµός (σύνδεση) των δύο συστηµάτων αναφοράς επιτυγχάνεται µέσω του συστήµατος τοποθέτησης (tting system). Το σύστηµα αυτό προβλέπει δύο οµάδες γωνιών που καθορίζουν αντίστοιχα: Τη θέση του ΚΕ πάνω στην εργαλειοµηχανή (γωνίες τοποθέτησης). Τον προσανατολισµό της συνισταµένης διεύθυνσης κοπής και της διεύθυνσης της κίνησης πρόωσης του ΚΕ ως προς την εργαλειοµηχανή. Στην ανάλυση που ακολουθεί καθορίζονται οι γωνίες της πρώτης οµάδας στην απλή ο περίπτωση που ισχύει η 0. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η επίδραση τιµών της η µεγαλύτερες από 1 είναι πολύ σηµαντική και η µαθηµατική ανάλυση περιπλέκεται σε µεγάλο βαθµό. Στο Σχ. 7 ορίζονται οι γωνίες τοποθέτησης για ΚΕ απλής σηµειακής επαφής µε τις ακόλουθες επισηµάνσεις: Τα πρόσηµα των γωνιών προκύπτουν µε τον κανόνα του δεξιόστροφου κοχλία. Οι άξονες Χ, Υ και Ζ αντιστοιχούν στους άξονες της εργαλειοµηχανής. Οι άξονες Χ t, Y t και Z t είναι οι άξονες του ονοµαστικού συστήµατος αναφοράς και προκύπτουν ως τοµές των ονοµαστικών επιπέδων ανά δύο ως εξής: Χ t =Τοµή των επιπέδων P και P p. Y t = Τοµή των επιπέδων P p και P f. Z t = Τοµή των επιπέδων P f και P. Οι σηµειούµενες γωνίες τοποθέτησης είναι οι: 6
G: η διαµήκης γωνία τοποθέτησης (plan-tting angle), η οποία θεωρείται θετική όταν οδηγεί σε µείωση της γωνίας κ. Η: η κάθετη γωνία τοποθέτησης (elevation-tting angle), η οποία θεωρείται θετική όταν οδηγεί σε αύξηση της γωνίας λ. L: η εγκάρσια γωνία τοποθέτησης (oll-tting angle), η οποία θεωρείται θετική όταν οδηγεί σε µείωση της γωνίας γ. Σχήµα 7: Το σύστηµα τοποθέτησης 5. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΠΟΥ ΣΥΝ ΕΟΥΝ ΟΝΟΜΑΣΤΙΚΟ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Στη συνέχεια παρέχονται σχέσεις υπολογισµού των βασικών ενεργών γωνιών ΚΕ απλής σηµειακής επαφής, το οποίο έχει στερεωθεί στον εργαλειοδέτη της ΕΜ µε τυχαίο προσανατολισµό, βλ. Πίν. 1. Κάθε γωνία υπολογίζεται σε τρεις διαφορετικές περιπτώσεις, καθεµιά από τις οποίες αντιστοιχεί σε κίνηση του ΚΕ από την κανονική (ονοµαστική) του θέση µέσω των τριών γωνιών τοποθέτησης διαδοχικά. Συνεπώς, σε κάθε οµάδα εξισώσεων οι δείκτες G, H και L αναφέρονται στην επίδραση της αντίστοιχης γωνίας τοποθέτησης. Βασικές υποθέσεις της ανάλυσης είναι: PYZ (i) Το ενεργό επίπεδο P fe συµπίπτει µε το επίπεδο της ΕΜ. (ii) Η επίδραση της κίνησης πρόωσης είναι αµελητέα, δηλ. η=0. 7
Πίνακας 1: Υπολογισµός των ενεργών γωνιών ΚΕ από τις ονοµαστικές του γωνίες Γωνία τοποθέτησης κύριας κόψης (majo cutting edge angle) sin κ κ L = actan cos κ cos L tan λs sin L sin κl cos H tan λsl κ H = actan cos κl κ G =κh G =κ e Γωνία κλίσης κόψης (cutting edge inclination angle) λ sl = acsin(sinλ s cosl + cos κ cosλ s sin L) λ sh = acsin(sin λ sl cos H + sin κl cosλ sl sin H) λ sg =λ sh =λ Γωνία αποβλίττου σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (nomal ake angle) sin κ sin L γ nl = γn actan cos λs cos L cos κ sin λs sin L cos κl γ nh = γ nl + actan cos λsl cos H sin κl sin λsl sin H γ ng = γ nh = γ Γωνία ελευθερίας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο (nomal cleaance angle) sin κ sin L α nl =α n + actan cos λs cos L cos κ sin λs sin L cos κl α nh =αnl actan cos λsl cos H sin κl sin λsl sin H α ng =α nh =α 8
6. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΓΩΝΙΩΝ ΤΟΥ ΚΕ ΑΠΟ ΤΙΣ ΕΝΕΡΓΕΣ ΓΩΝΙΕΣ Στην πράξη αντιµετωπίζεται πιο συχνά η ανάγκη υπολογισµού των γωνιών του ΚΕ όταν είναι γνωστές οι απαιτούµενες ενεργές γωνίες και οι γωνίες τοποθέτησής του. Στον Πίν. 2 παρέχεται το σχετικό τυπολόγιο, το οποίο έχει εξαχθεί υπό τις ίδιες συνθήκες της προηγούµενης παραγράφου ( P P και η = 0 ). fe XY Πίνακας 2: Υπολογισµός των γωνιών του ΚΕ από τις ενεργές γωνίες Γωνία τοποθέτησης κύριας κόψης Γωνία κλίσης κόψης κ G =κe G sin κg cos H tan λsg κ H = actan cos κg sin κh κ L = actan = κ cos κh cos L tan λsh sin L λ =λ sg λ sh = acsin(sin λ sg cos H + sin κg cosλ sg sin H) λ sl = acsin(sin λ sh cos L + cos κh cos λ sh sin L) =λ s Γωνία αποβλίττου σε κάθετο στη κόψη επίπεδο γ = γ ng cos κg γ nh = γ ng + actan cos λsg cos H sin κg sin λsg sin H γ = γ sin κ sin L = γ H nl nh actan cos n λsh cos L cos κh sin λsh sin L Γωνία ελευθερίας σε κάθετο στη κόψη επίπεδο α =α ng cos κg α nh = αng actan cos λsg cos H sin κg sin λsg sin H α =α + sin κ sin L = α H nl nh actan cos n λsh cos L cos κh sin λsh sin L ----------------------------------------------------------------------- 9