Розрахунок металорізальних інструментів (черв'ячної фрези, комбінованої розвертки та протяжки)

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

На тему: «Розрахунок металорізальних інструментів»

1. Розрахунок черв'ячної фрези для обробки зубчастого колеса

1.1 Вихідні дані для проектування черв'ячних фрез

При розрахунку модульної черв'ячної фрези вихідними параметрами є:

-     модуль колеса, що нарізається, m=4 мм;

-     кут нахилу зубців колеса, =0°;

-     кут профілю на ділильному діаметрі α=20°;

-     число зубців колеса, що нарізається, Z_к=35;

-     точність оброблюваного колеса, Ст. 8-D;

-     матеріал оброблюваної колеса чавун НВ180.

Висоту голівки h_aк і ніжки h_fк, зубця колеса, що нарізається, товщину зубця S_äк та шаг t_dк по ділильному діаметрі визначаю по формулах теорії зубчастого зачеплення:

h_aк=1,0∙ m=1,0∙4=4 мм;

h_fк=1,25∙m=1,25∙4=5 мм;

S_aк=0,5∙πm=0,5∙π ∙4=6,283 мм;

t_dк=πm=π ∙4=12,57 мм

1.2 Аналіз і технічне обґрунтування прийнятої конструкції фрези

Черв'ячні фрези застосовують для чорнового, напівчистового і чистового нарізування циліндричних прямозубих, косозубих і черв'ячних зубчастих коліс з модулем 0,1…40 мм. У залежності від призначення і розмірів черв'ячні фрези виготовляють класів точності ААА, АА, А, В, С и Д, які рекомендуються відповідно для нарізування зубчастих коліс ступеня точності Ст. 5–6, Ст. 7, Ст. 8, Ст. 9 і Ст. 11. Фрези класів ААА та АА відносяться до прецизійних, інші – до фрез загального призначення.

Відповідно до технічних вимог різальна частина фрези повинна виготовлятися зі швидкорізальної сталі зі змістом ванадію не менш 3% і кобальту більш 5% із твердістю робочої частини 63…67 HRC_Э, наприклад, зі сталі Р6М3К5, Р3М5К5. Черв’ячні фрези можна виготовлювати цільними або збірними зі вставними рейками. У цьому випадку корпус фрези виготовлюють із конструкційної легованої сталі, наприклад, 40Х, а ріжучу частину – із швидкорізальної сталі.

По числу заходів (витків) фрези бувають однозаходні (для чистової обробки) і багатозаходні (для чорнової обробки).

Як інструмент черв'ячну фрезу одержують з архімедового, конвалютного або евольвентного черв'яка шляхом прорізання стружкових канавок і затилування задніх поверхонь. Правильне зачеплення з евольвентним зубчастим колесом забезпечує тільки евольвентний черв'як, тому спрофільовані на його основі фрези є найбільш точними унаслідок відсутності органічних погрішностей. Але вони складні в виготовлені і переваги точності втрачаються після декількох перезагострювань. Фрези, які спрофільовані на базі архімедового черв'яка, мають найбільше наближення до евольвентного. Вони більш технологічні в виготовленні, тому набули найбільшого розповсюдження. На базі евольвентного черв'яка виготовляють фрези класу точності ААА модулем 1…10 мм. Можуть виготовлятися фрези класу точності АА. Фрези більш низьких класів точності, частіш за все, виготовлюють на базі архімедового черв'яка.

Стружкові канавки можуть бути прямими (рівнобіжними осі фрези) або гвинтовими.

На підставі аналізу конструкції і ступеня точності колеса, що нарізується, з урахуванням літературних рекомендацій вибираю фрезу цільну однозаходну, клас точності фрези – В, матеріал фрези – швидкорізальна сталь Р6М3К5.

1.3 Проектний розрахунок фрези

Розрахунок черв'ячних фрез полягає, головним чином, у визначенні розмірів профілю фрези в нормальному і осьовому перетинах.

1.3.1 Визначення розмірів фрези в нормальному перетині

1. Модуль, профільний кут, крок зубців по ділильної прямої фрези приймаються рівними відповідно модулеві, профільному куту, кроку зубців оброблюваного колеса

m_и = m_к = 4 мм, a_и = a _к= 20⁰, t_ди = t_дк = 12,57, мм.

2. Розміри зубця фрези в нормальному перетині.

Для забезпечення радіального зазору в зубчастій передачі висота зубця фрези приймається рівною

h_и = 2,5m = 2,5∙4 = 10 мм;

haи = hfи = 1,25m = 1,25∙4 = 5 мм.

Висоту ніжки зубця черв’ячної фрези приймають на 0,25m більшою висоти головки зуба колеса, що нарізується, для того, щоб під час обробки запобігти контакту поверхні западин фрези з поверхнею виступів колеса.

Для забезпечення бічного зазору товщина зубця фрези по ділильній прямій приймається рівною

Sди= 0,5 t_ди + DS = 0,5∙12,57 + 0,2=6,48 мм,

де DS = 0,2 мм – гарантований бічний зазор залежно від модуля фрези [1].

1.3.2 Визначення конструктивних та геометричних параметрів фрези

До основних конструктивних параметрів фрези відносяться зовнішній діаметр фрези D_a, довжина фрези L, діаметр отвору під оправку d, число і форма зубців, розміри і напрямок стружкових канавок, кути різальної частини. Ці параметри або вибирають по нормалям і стандартам, виходячи з паспортних даних верстата і досвіду експлуатації фрез, або розраховують.

1 Зовнішній діаметр фрези D_aи.

При збільшенні діаметра фрези зменшується шорсткість і хвилястість оброблюваної поверхні, зростає продуктивність обробки, але при цьому збільшуються крутний момент, шлях врізання, витрата матеріалу і трудомісткість виготовлення фрези. З цих причин для чистових фрез зовнішній діаметр вибирається більшим, ніж у чорнових фрез, а в прецизійних – більшим, ніж у чистових.

З іншого боку, зовнішній діаметр, так само як діаметр отвору під оправку і загальна довжина черв'ячної фрези, повинні бути ув'язані з паспортними даними зубофрезерних верстатів.

Діаметр отвору під оправку повинний забезпечити необхідну жорсткість кріпильної оправки і міцність тіла фрези. Доцільно починати розрахунок з визначення d для фрез нормальної точності по залежності:

d = 20 m0,373=20∙4^0,373=33,54 мм, приймаю d = 34 мм.

Зовнішній діаметр фрези Dаи визначається за умовою

Dаи ³ 2H + 2р' + (C1 – d) =2∙16,6+2∙10,06+(3,3+34)=90,62 мм,

де  - глибина стружкової канавки;

р'≥(0,25…0,3) d=0,3∙34=10,06 мм - товщина тіла фрези в небезпечному перетині;

С1=3,3 мм - розміри шпонкового паза за ДСТУ 9472–90;

r_к= 2 мм – радіус округлення дна канавки;

K, K1 - величина остаточного і попереднього затилування; для попередніх розрахунків:

K ≈ 0,8π (2m + 1) tg 10°=0,8 (2∙4+1) tg 10=3,99 мм; приймаю K=4 мм

Κ1 = (1,2…1,4) К=1,3∙4=5,2 мм

Приймаю Dаи=100 мм.

Для остаточного уточнення d і Dаи варто виконати перевірку d_вп по западинах стружкових канавок

dвп = Dаи – 2Н ³ 1,75d

d_вп =100 – 2∙16,6 > 1,75∙34

66,8 > 58,7

Умова виконується