3.5 Выбор материала и технические требования

По ГОСТ 19265-87 выбираем марку стали фрезы - Р6М5.

Шероховатость обработанных поверхностей по ГОСТ 2789-73 должна быть:

– передняя поверхность - 7-й класс;

– поверхность опорных торцов - 8-й класс;

– поверхность посадочного отверстия - 7-й класс;

– затылованые поверхности профиля зубьев - 6-й класс.

Твердость режущей части - HRC_э 63 ... 65

Предельные отклонения наружного диаметра по H16, толщина по h12, посадочные отверстия по H7.

Допустимые отклонения:

– отклонение от радиальной передней поверхности +- 45;

– радиальное биение по наружному диаметру, относительно оси отверстия, мкм:

o для двух смежных зубьев - 5 мкм;

o за один оборот фрезы - 100 мкм.

Биение торца в точках, наиболее удаленных от отверстия фрезы 40 мкм. Биение боковых режущих кромок зубьев в направлении нормали к профилю 10 мкм.

Разность расстояний от торцевых плоскостей фрезы до точек профиля, лежащих на одном диаметре, 250 мкм.

Погрешность профиля ,мкм:

– на участке эвольвенты - 80;

– на вершинах зуба и на закруглениях - 160.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНОЙ ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ

4.1 Теоретические сведения

Червячные шлицевые фрезы это инструмент работающий по методу огибания профиля обрабатываемой детали. Червячные фрезы представляют собой червяк, на котором прорезаны канавки образующие переднюю поверхность зубьев и пространство для размещения стружки. Витки затылованы с целью получения задних углов. Червячные шлицевые фрезы бывают двух типов - для нарезания шлицевых валов с эвольвентным профилем шлицев и шлицевых валов с прямобочным профилем. Эти фрезы применяются для обработки валов с различным типом центрирования - с центрированием по наружному или внутреннему диаметру и боковым граням. Для нарезания шлицевых валов с центрированием по внутреннему диаметру и боковым граням предназначены червячные фрезы с "усиками", обеспечивающие получение прямолинейного участка по всей высоте зуба вала, а образуемые ими канавки у основания зубьев облегчают процесс шлифования. Для нарезания шлицевых валов с центрированием по наружному диаметру и боковым граням служат червячные фрезы без усиков. Червячные фрезы проектируются в зависимости от серии вала - легкая, средняя или тяжелая и изготовляются следующих классов точности:

– Класс А. Применяются для чистового нарезания шлицевых валов с полями допусков по толщине зуба d9, h9, e9, f9 и внутреннему диаметру - e9;

– Класс В. Применяются для чистового нарезания шлицевых валов с полями допусков по толщине зуба d10 и внутреннему диаметру - e8 (допуск на наружный диаметр вала не лимитируется);

– Класс С. Предназначен для черновой обработки шлицевых валов.

По конструкции червячные фрезы бывают:

– цельные;

– насадные;

– сборные.

По виду обработки:

– черновые (как правило, многозаходные);

– чистовые и прецезионные.

По виду червяка положенного в основу червячной фрезы:

– эвольвентные;

– архимедовы;

– конволютные.

4.2 Исходные данные

Спроектировать червячную шлицевую фрезу для нарезания шлицевого вала D - 6x18x22h7x5e8 с фаской . Материал вала Cталь 35ХМ.

4.3 Расчет червячной шлицевой фрезы

Спроектируем однозаходную червячную шлицевую фрезу.

Расчетный наружный диаметр

мм, (4.1)

где - минимальный размер фаски.

Расчетный внутренний диаметр

мм, (4.2)

где - поле допуска на внутренний диаметр.

Расчетная ширина шлица:

мм, (4.3)

где - поле допуска на ширину шлица.

Диаметр начальной окружности:

мм. (4.4)

По ГОСТ 8027-87 выбираем:

– наружный диаметр мм;

– диаметр посадочного отверстия мм;

– длинa фрезы мм;

– количество стружечных канавок .

Величина падения затылка зуба фрезы:

мм, (4.5)

мм,

где - задний угол фрезы.

Угол подъема винтовой линии:

. (4.6)

Шаг винтовой стружечной канавки:

мм. (4.7)

Диаметр буртиков:

мм. (4.8)

Координаты точек теоретического профиля фрезы:

, (4.9)

, (4.10)

где - радиус начальной окружности;

- угловые параметры точек теоретического профиля;

- угол между боковой стороной шлица и прямой;

- номера точек (1, 2, 3, 4 соответственно).

Координаты центра заменяющей окружности при замене теоретического профиля дугой одной окружности:

, (4.11)

. (4.12)

Радиус заменяющей окружности:

. (4.13)

Максимальное отклонение дуги заменяющей окружности от теоретического профиля:

, (4.14)

. (4.15)

Неточность профиля:

, (4.16)

,

где - допуск на ширину шлица.

Координаты центра первой заменяющей окружности при замене теоретического профиля дугами двух окружностей по формуле 4.12

.

Радиус первой заменяющей окружности при замене теоретического профиля дугами двух окружностей

.

Угловые параметры:

, (4.17)

.

Радиус второй заменяющей окружности при замене теоретического профиля дугами двух окружностей:

. (4.18)

Координаты центра первой заменяющей окружности при замене теоретического профиля дугами двух окружностей:

, (4.19)

. (4.20)

Шаг профиля по нормали:

, (4.21)

где - количество шлицев.

Ширина зуба фрезы по начальной прямой:

. (4.22)

Результаты расчетов приведены в приложении.

Для червячной шлицевой фрезы ГОСТ 8027-87 устанавливает такие допуски:

– допуск на отклонение осевого шага фрезы ±0,015 мм;

– допуск на накопленное отклонение шага на длине любых трех шагов 0,036 мм;

– допуск на отклонение профиля передней поверхности 0,05 мм;

– допуск на отклонение накопленной ошибки окружного шага стружечных канавок 0,063 мм;

– допуск на отклонение направления стружечных канавок на длине 100 мм рабочей части фрезы ±0,080 мм;

– на всей поверхности фрезы не должно быть трещин, заусенцев и следов коррозии, на шлифованных поверхностях не должно быть забоин и выкрошенных мест;

– допуск на радиальное биение по обоим буртикам 0,006 мм;

– допуск на биение опорных торцов 0,005 мм;

– допуск на полное биение вершин зубьев фрезы 0,032 мм;

– допуск на посадочный диаметр мм.

4.4 Обоснование выбора материала

Данная червячная шлицевая фреза предназначена для нарезания шлицевого вала D - 6x18x22h7x5e8. Проектируемая фреза изготавливается из быстрорежущей стали Р6М5. Эта сталь является более дешевым заменителем стали Р18, и, так же как и сталь Р18, предназначена для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых, легированных, конструкционных сталей (предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а так же инструмента работающего с ударными нагрузками) [10]. После закалки и отпуска сталь Р6М5 имеет твердость 63…65 HRC, которой вполне достаточно для нарезания шлицев на вале из стали 35, твердость которой после отжига 240 НВ. По сравнению со сталью Р6М5Ф3 быстрорежущая сталь Р6М5 имеет немного меньшие механические свойства однако сталь Р6М5 не склонна к перегреву и обезуглероживанию, Р9М4К8 имеет более высокие механические свойства, чем Р6М5, однако она применяется для обработки высокопрочных и жаростойких сталей и имеет более высокую стоимость. Обработка ведется методом обкатки - одновременно вращается и фреза и вал. Метод получения шлицевого вала является высокопроизводительным, но менее точным по сравнению с методом копирования - получение шлицевого вала долбяками, дисковыми фасонными фрезами.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО БЛОКА

5.1 Основные теоретические сведения

В силу того, что срок службы режущих частей инструмента ограничен, экономически целесообразно устройства, обеспечивающие их функционирование, выделить в отдельные агрегаты.

Конструкция вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ и ГПС состоит из двух основных элементов: базовых приспособлений для установки на станке и присоединительных поверхностей для установки режущего инструмента. Устройство, осуществляющее автоматическую смену инструмента и его крепление на станке, определяют конструкцию хвостовика, который должен быть одинаковым для всего инструмента к данному станку. Для получения заданных размеров детали без пробных проходов в соответствии с программой, необходимо введение в конструкцию вспомогательного инструмента устройств, обеспечивающих регулирование положения режущей кромки

В современном машиностроении широко используется система вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ по РТМ2- П14-2-84 в который на основе проведенной унификации содержится необходимая для практики номенклатура типовых конструкций.

Блоки представляют собой взаимозаменяемую сборочную единицу, обеспечивающую быструю смену ее в борштанге в процессе эксплуатации или заточки режущих элементов.

Инструментальные блоки, устанавливаемые в шпинделе, должны обеспечить статическую точность, приведенную к вылету режущих кромок, в соответствии с допустимым биением режущих кромок для данного инструмента.

Точность обработки зависит от погрешности инструментальных блоков. Точность инструментальных блоков регламентируется допустимым радиальным биением. Для метчика допустимое биение режущих кромок составляет 0.056 мм.

Статическая точность может быть получена правильным выбором конструкции и точности изготовления вспомогательного инструмента при соответствующей точности изготовления режущего инструмента. Биение режущих кромок инструмента в системе координат станка рассматривается как замыкающее звено в сложной размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых размеров элементов вспомогательного инструмента.

Применение теоретико-вероятностных методов позволяет рассчитать зависимость биения инструмента от точности изготовления вспомогательного инструмента. Угловые ошибки звеньев (перекосы осей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей) элементов инструментальных блоков можно суммировать путем приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена (биение режущей части) через передаточные отношения.

5.2 Исходные данные

Спроектировать инструментальный блок для нарезания резьбы М8-7K, длиной L=12 мм с регулированием вылета цилиндрической оправки относительно переходной втулки с конусом 7:24 в пределах l₁=230…l₂=265 мм. Станок с ЧПУ класса точности Н. Обработка отверстия выполняется при вылете шпинделя до l₃=250 мм. Инструмент - метчик, конус 7:24 - №50, точность конуса 7:24 - АТ5, точность цилиндрического соединения 7:24 - IT5, материал детали Сталь 35 . Режимы резания: t₀=0.65 мм; S₀=1.25 мм/об. Для заданного инструментального блока с метчиком рассчитать точность позиционирования инструмента. Размеры и конструкция присоединительных поверхностей блока с конусом 7:24 должны соответствовать ГОСТ 25827-83.

5.3 Расчет точности позиционирования инструментального блока

Для сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ разработан ГОСТ 25827-83, регламентирующий основные размеры хвостовиков инструмента конусностью 7:24 для станков с ЧПУ. Хвостовик применяется на станках как с автоматической, так и с ручной сменой инструмента.

В хвостовик вставляется метчикодержатель, который крепится и регулируется с помощью двух болтов и гайки. В нем предусмотрен так называемый компенсатор подач, а также плавающая муфта (она сглаживает не попадание в отверстие).

Биение конического отверстия шпинделя станка с ЧПУ класса точности Н у торца составляет 0.008 мм, на вылете 300 мм - 0.010 мм, т. е. Допустимый перекос равен 0.001 мм на длине 300 мм.

Степень точности изготовления конических поверхностей 7:24 - АТ6. Биение цилиндрического отверстия относительно конуса 7:24 на корпусе патрона 0.0012 мм.

Радиальное биение цилиндрической оправки обусловливается следующими погрешностями:

биением конического отверстия в шпинделе (погрешность векторная, равная 0.004 мм, внутренний конус, поэтому , передаточное отношение А=1);

перекосом оси шпинделя при вылете 300 мм, равным 0.001/300 (погрешность угловая, поверхность шпинделя - цилиндрическая, поэтому , передаточное отношение А=100/300=0.3, действительный вылет шпинделя 100 мм);

перекосом оси цангового патрона от погрешности изготовления конусов 7:24 (погрешность угловая 0.0025/100, конус наружный, , А=3, вылет оправки относительно конуса равен 300 мм);

цилиндрического отверстия в оправке (погрешность векторная 0.001 мм, , А=3);

биением цилиндрического отверстия относительно оси хвостовика патрона (погрешность векторная 0.001/100, , А=1.4);

радиальным биением цилиндрического отверстия в цанге для установки метчикодержателя (погрешность векторная 0.001 мм, , А=1);

радиальным биением цилиндрического отверстия в метчикодержателе для установки инструмента (погрешность векторная 0.001 мм, , А=0.6);

Находим коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена:

. (5.1)

Половина допустимого биения режущей части инструмента как замыкающего звена:

мм, (5.2)

где - коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена;

- принятое за скалярную величину произведение векторной величины на свое передаточное отношение ;

м - приведенный коэффициент относительного рассеяния присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента.

Т. е. биение оправки 2е=0.0262 мм, что меньше допустимого биения режущих кромок [2е]=0.056 мм.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОРЦЕВОЙ ФРЕЗЫ

6.1 Общие сведения

Торцовые фрезы широко применяются при обработке плоскостей на вертикально-фрезерных станках. Ось их устанавливается перпендикулярно обработанной плоскости детали. В отличие от цилиндрических фрез, где все точки режущих кромок являются профилирующими и формируют обработанную поверхность, у торцовых фрез только вершины режущих кромок зубьев являются профилирующими. Торцовые режущие кромки являются вспомогательными. Главную работу резания выполняют боковые режущие кромки, расположенные на наружной поверхности.

Так как на каждом зубе только вершинные зоны режущих кромок являются профилирующими, формы режущих кромок торцовой фрезы, предназначенной для обработки плоской поверхности, могут быть самыми разнообразными. В практике находят применение торцовые фрезы с режущими кромками в форме ломаной линии либо окружности. Причем углы в плане Ф на торцовых фрезах могут меняться в широких пределах. Наиболее часто угол в плане Ф на торцовых фрезах принимается равным 90° или 45--60°. С точки зрения стойкости фрезы его целесообразно выбирать наименьшей величины, обеспечивающей достаточную виброустойчивость процесса резания и заданную точность обработки детали.

Торцовые фрезы обеспечивают плавную работу даже при небольшой величине припуска, так как угол контакта с заготовкой у торцовых фрез не зависит от величины припуска и определяется шириной фрезерования и диаметром фрезы. Торцовая фреза может быть более массивной и жесткой, по сравнению с цилиндрическими фрезами, что дает возможность удобно размещать и надежно закреплять режущие элементы и оснащать их твердыми сплавами. Торцовое фрезерование обеспечивает обычно большую производительность, чем цилиндрическое. Поэтому в настоящее время большинство работ по фрезерованию плоскостей выполняется торцовыми фрезами.

6.2 Порядок проектирования

1. Определить номинальный наружный диаметр фрезы D (диаметр вершины зубьев) и диаметр посадочного отверстия d.

Наружный диаметр фрезы:

(6.1)

где В - ширина обрабатываемой поверхности, мм.

Полученное значение наружного диаметра D округлить до ближайшего из стандартного ряда, затем выбрать посадочный диаметр d.

Принимаем: D=200 мм; d=50 мм; число зубьев Z=10.

2. Установить число зубьев Z по формуле:

(6.2)

где

Значение Z округлить до четного числа и сравнить с табличным.

Выбранное число зубьев Z проверить по условию равномерности фрезерования (симметричного):

(6.3)

где

- угол контакта фрезы с заготовкой.

(6.4)

3. Выбрать марку твердого сплава пластины, подачу на зуб и скорость резания V.

Выбираем марку твердого сплава пластины - Т5К10;

Подача на зуб

Скорость резания [1.с.352, табл.9.13].

4. Определить мощность резания, частоту вращения шпинделя станка и минутную подачу.

4.1 Эффективная мощность резания, кВт,

(6.5)

где Е - величина, учитывающая влияние подачи и соотношение D/В - 1,4;

- глубина резания (припуск на обработку) - 6;

- коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала - 1,3.

Мощность привода главного движения фрезерного станка

(6.6)

где К = 1,3…1,5 - коэффициент, допускающий кратковременную перегрузку станка;

- КПД станка-0,75.

4.2 Определить фактическое требуемое число оборотов (частоту вращения) шпинделя, мин^-1:

(6.7)

4.3 Рассчитать фактическую минутную подачу

(6.8)

Выбрать модель фрезерного станка в зависимости от и установить номер конуса его шпинделя (7:24).

Выбираем модель фрезерного станка - вертикально фрезерный станок 6560, - 15,0, с номером конуса шпинделя -50 (7:24).

Сопоставить расчетные значения , с характеристиками станка

Выбрать в зависимости от обрабатываемого материала рекомендуемые значения главного угла в плане и вспомогательного угла в плане в таблице 6.1.

Таблица 6.1. - Выбор значений главного и вспомогательного углов

Принимаем главный угол в плане , вспомогательный угол в плане

Определить число граней пластины:

(6.9)

В торцевой фрезе общего назначения

Для принятого числа граней определяем угол при вершине пластины:

(6.10)

и устанавливаем окончательное значение угла в плане:

(6.11)

Выбрать форму и размеры твердосплавной пластины в зависимости от числа граней глубины резания t и углов, а также указать ее обозначение.

Выбираем марку твердого сплава - по ГОСТ 3882-74.

Выбираем форму и размеры твердосплавной пластины - по ГОСТ 19065-80.

Выбираем обозначение твердосплавной пластины - по ГОСТ 19042-80.

Выбираем [1, стр.135, таб. 4.13] пластину пятигранной формы класса допуска U с отверстием и стружколомающими канавками для торцевых фрез, с длиной режущей кромки l=11,5 мм, толщиной пластины S=4,76 мм и радиусом при вершине r=0,8 мм из сплава Т5К10.

Форма пластины - пластина пятигранной формы с отверстием для проходных резцов и торцевых фрез.

Обозначение пластины 10114-110408 ГОСТ 19065-80

10-форма пластины,

1-задний угол,

1-классификация пластины,

4-конструктивные особенности (стружколоматель),

11-длина режущей кромки,

04-толщина пластины,

08-радиус при вершине.

Основные параметры сменных пластин пятигранной формы. [1, стр. 141, таб. 4.16]:

Длина режущей кромки l -11,5мм;

Толщина пластины S -4,76мм;

Радиус при вершине r -0,8мм;

Диаметр описывающей окружности d -15,875;

Диаметр отверстия d1 -6,35;

m -17,562.

Стандартные пяти- и шестигранные пластины изготавливаются с углом

Для достижения выполнения двух условий - равенств допускается отклонение углов , а угла от рекомендуемых значений Принимаем

8.3 Класс допуска пластины устанавливаем по [1, с. 127, табл. 4.13] U или 1.

8.4 Конструктивные особенности по [1, с.1 27, табл. 4.13] - наличие стружколомающих канавок и отверстия - код 3.

8.5 Длина режущей кромки - 11 мм [1, с. 127, табл. 4.13].

8.6 Толщина пластины S - 4,76 мм [1, с. 127, табл. 4.13].

8.7 Радиус при вершине r - 0,8 мм [1, с. 127, табл. 4.13].

9. Определить угловые параметры опорной плоскости пластины в корпусе фрезы:

- углы наклона опорной пластины в нормальной и главной секущей плоскостях:

(6.12)

(6.13)

- осевой и торцевой углы опорной плоскости:

(6.14)

(6.15)

- угол наклона опорной плоскости щ:

(6.16)

Рассчитать передний угол

(6.17)

Рассчитать вспомогательный задний угол

- инструментальный главный и вспомогательный и углы в плане, необходимые для изготовления гнезда под пластину в опорной плоскости:

(6.18)

(6.19)

- точное значение вспомогательного угла в плане

(6.20)

- угол наклона вспомогательной режущей кромки

(6.21)

- вспомогательный задний угол

(6.22)

Сравниваем вычисленные значения с рекомендуемыми табличными:

Таблица 6.2 - Геометрические параметры

Разрабатываем конструкцию крепления пластины в корпусе фрезы.

Определить смещение опорной поверхности S державки (кассеты) в корпусе фрезы:

(6.23)

где

=H=23,5 - при вертикальном расположении державки;

- расстояние от опорной поверхности державки до вершины режущего элемента;

L - вылет державки.

Выбрать способ крепления фрезы на шпинделе станка.

Присоединительные размеры фрез, закрепляемых на фрезерных оправках, а также на концах шпинделей выбираем по [3, с. 244, табл. 88, 89].

Фрезы с основные размеры корпусов которых, приведены в таблице 4, закрепляются на шпинделе с помощью концевых оправок с хвостовиком конусностью 7:24 для насадных торцевых фрез.

Таблица 6.3. - Конструктивные элементы торцовой фрезы

Материал: Сталь 60 ГОСТ 1050-88.

Торцевой паз выполнен по ГОСТ 9472-70. Размеры конусов 7:24 приведены в [1, с. 191, табл. 6.23], размеры конусов оправок и центрового отверстия для них - в [1, с. 186, табл. 6.17, с. 192, табл. 6.25.].

Список использованных источников

1. Гончар Н.В., Філін Г.О. Методичні вказівки до виконання курсового проекту. - Запоріжжя, ЗНТУ, 2006. - 82с.

2. Общестроительные нормативы времени на слесарную обработку деталей и слесарно-сборочные работы по сборке машин и приборов в условиях массового, крупносерийного и среднесерийного типов производства. - М.: Экономика, 1991. - 160с.

3. Методичні вказівки до практичних занять з технології машинобудування (розділ - проектування технологічних процесів) для студентів спеціальностей: 8.090205, 8.090203, 8.090214, 7.100101 усіх форм навчання / Укл. В.Д. Хорошков, О.В. Алексеєнко, Д.В. Павленко - Запоріжжя, ЗДТУ, 1999р. - 76с.

4. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1980. - 591 с.

5. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru