4. Разработка технологического процесса изготовления приводной шестерни

4.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь - цилиндрическое зубчатое колесо. Наиболее сложные для обработки, точные и ответственные поверхности - зубья (имеют степень точности 8-В; шероховатость поверхности R_a=2,5 мкм; биение 0,06 относительно А), осевое отверстие (имеет Ш80h7 - седьмой квалитет точности; шероховатость 25 мкм), а также шпоночный паз (9 квалитет точности, допуск симметричности 0,01).

Деталь изготовляется из стали 45 ГОСТ 1050-88 и проходит термическую обработку. Точность и шероховатость, указанные на чертеже, а также материал соответствуют назначению детали.

4.2 Анализ технологичности конструкции детали

Зубчатые колеса - массовые детали в машиностроении, поэтому вопросы технологичности приобретают для них особенно важное значение.

Замена материала на менее дорогой не рекомендуется. Сталь 45 - недорогой и недефицитный материал, обеспечивающий весь комплекс свойств, необходимых для зубчатого колеса.

Деталь не имеет труднодоступных мест для обработки и контрольных измерений. Данную деталь можно обрабатывать на типовом стандартном оборудовании, стандартным режущим инструментом, используя универсальные типовые приспособления. Для детали возможна высокопроизводительная обработка «на проход».

4.3 Выбор способа изготовления заготовки

Для изготовления заготовки будем рассматривать следующие способы:

1. поковку методом свободной ковки;

2. поковку (штамповку на ГКМ).

Метод свободной ковки отличается повышенной металлоемкостью, но не требует больших затрат на изготовление. Штамповка на ГКМ позволяет получить более точную заготовку, но требует повышенных затрат при подготовке производства.

Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Иногда целесообразно сопоставить два возможных способа получения заготовки, выбрав оптимальный.

Рассмотрим два варианта получения заготовки для детали. Для данной детали подходит штамповка и поковка:

- Общие исходные данные;

- Материал детали сталь 45;

- Масса детали g = 31,1 кг;

- Годовая программа N = 5000 штук.

Все данные расчетов сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам

Наименование показателей	1 вариант	2 вариант
Вид заготовки Класс точности Группа сложности Масса заготовки Q, кг Стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу СI, руб. Стоимость 1тонны стружки Sотх., руб.	штамповка 2 2 32,4 97000 806	поковка 2 2 34 99000 806

Стоимость заготовки по 1 варианту

Масса заготовки находим по формуле (4.1):

m_з = сV_З, кг, (4.1)

где V_З - объем заготовки, см³;

с- удельный вес стали,(с = 7,86 г/см²).

Объем заготовки определяем по формуле (4.2), (5.3):

V_З = (V₁-V₂), см³, (4.2)

V_З = ((рD₁²/4)h₁- (рD₂²/4)h₂), (4.3)

V_З = ((р47²/4)31- (р17,2²/4)31)=4133см^3.

m_з = 7,854133=32,4 кг.

Стоимость заготовки по формуле (4.4):

S_заг= ( (С_I/1000)Qк_тк_ск_в.к_п) - (Q - g)S_отх./1000, руб., (4.4)

где к_т, к_с, к_в., к_м, к_п - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.;

СI- Стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу, руб.;

Q- масса заготовки, кг.

S_заг.= ((97000/1000)32,410,890,81)- (32,4 - 31,1)806/1000 = 2237 руб.

Стоимость заготовки по 2 варианту

Масса заготовки по формуле (4.5):

m_з = сV_З, кг, (4.5)

где V_З - объем заготовки, см³;

с- удельный вес стали с=7,85 г/см².

Объем заготовки по формуле (4.6):

V_З= (рD²/4)h, м³. (4.6)

Масса заготовки находим по формуле (4.7):

m_з = с(рD²/4)h, кг, (4.7)

m_з= 7,85(3,1446²/4)30 = 34 кг.

Стоимость заготовки по формуле (4.8):

S_заг.= QС_I/1000 - (Q - g)S_отх./1000, руб., (4.8)

где к_т,к_с,к_в.,к_м,к_п-коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.;

СI- Стоимость 1 - ой тонны заготовок, принятых за базу, руб.;

Q- масса заготовки, кг.

S_заг.= 3412500/1000 - (34 - 31,1)806/1000 = 3120 руб.

Таким образом, стоимость заготовки получаемой методом штамповки на ГКМ ниже, чем стоимость заготовки из поковки, поэтому для дальнейшего проектирования выбираем заготовку, полученную методом горячей штамповки на ГКМ. На основании технико-экономического анализа в качестве заготовки выбираем штамповку.

4.4 Разработка маршрута обработки детали

Основные операции при изготовлении данного зубчатого колеса следующие: заготовительная, токарная, протяжная, зубонарезная, шлифовальная.

- Заготовительная (штамповка на ГКМ);

- Токарная;

- Токарная операция выполняется за два установа.

I установ

- Точить торец от Ш286 до Ш 70мм;

- Снять фаску на Ш276мм с первой стороны;

- Точить наружную поверхность Ш276 на длину 80 мм;

- Точить начисто наружную поверхность Ш276 на длину 80 мм ;

- Снять фаску на Ш276мм со второй стороны;

- Снять фаску на внутреннем Ш80мм с первой стороны;

- Точить внутреннюю поверхность Ш80 на длину 102мм.

II установ

- Точить торец от Ш80 до Ш 130мм;

- Снять фаску на Ш130мм;

- Точить наружную поверхность Ш130мм на длину 10 мм;

- Точить переход по голтели;

- Точить торец от голтели до Ш276

- Снять фаску на внутреннем Ш80мм со второй стороны;

- Точить начисто внутреннюю поверхность Ш80 на длину 102мм.

Протяжная операция:

- Протянуть шпоночный паз;

- Зубонарезная операция;

- Фрезеровать зубья;

- Шлифовальная операция;

- Шлифовать зубья.

4.5 Расчет припуска на обработку

Расчет припуска выполняем по методу Кована для одного размера, определяющего форму заготовки - 80h14 (ширина зубчатого колеса).

Величина припуска рассчитывается по формуле (4.9):

Z_min = z(R_z + T) + с + е, (4.9)

где R_z - высота неровностей поверхности;

Т - величина дефектного слоя;

с - пространственные отклонения тех. баз. и обрабатываемой поверхности;

е - погрешности базирования и закрепления.

R_z = 300 мкм; Т = 400 мкм; с = 300 мкм; е = 300 мкм.

Получим:

Z_min = 2(300 + 400) + 300 + 300 = 2 мм,

Z_max = 2300 + 2000 = 2,6 мм.

Размеры и предельные отклонения по другим поверхностям заготовки определяем по ГОСТ 7829-70.

4.6 Предварительное нормирование операций

Нормирование выполняем с учетом производительности, методов обработки и величины снимаемого припуска, используя приближенные формулы в таблице 4.2. манипулятор гидропривод шестерня

Таблица 4.2 Определение основного времени

Наименование операции	Диаметр участка, мм	Глубина резания, мм	Длина обр-ки, мм	Формула для расчета основного времени, мин	То, мин
	До обр-ки	после обр-ки
Токарная операция I установ
Подрезать торец	278	80	2	99	0,37(D2-d2)10-3	2,5
Снять фаску	276	272	2	4	0,37(D2-d2)10-3	0,81
Точение наружной поверхности	278	276,5	1,5	80	0,17(dl)10-3	3,75
Точение наружной поверхности чистовое	276,5	276	0,5	80	0,17(dl)10-3	3,75
Снять фаску	276	272	2	4	0,37(D2-d2)10-3	0,81
Снять фаску	82	80	2	2	0,37(D2-d2)10-3	0,12
Точение внутреннюю поверхность	78	80	2	102	0,17(dl)10-3	1,39
Токарная операция II установ
Подрезать торец	130	80	2	25	0,37(D2-d2)10-3	3,89
Снять фаску	130	125	2	5	0,37(D2-d2)10-3	0,47
Точение наружной поверхности	130	130	2	17	0,17(dl)10-3	0,38
Точить голтель	135	130	2	5	0,37(D2-d2)10-3	0,49
точить торец	272	135	2	68	0,37(D2-d2)10-3	2,6
Снять фаску	82	80	2	2	0,37(D2-d2)10-3	0,12
Точение внутреннюю поверхность чистовое	80,5	80	0,5	102	0,17(dl)10-3	1,39
ИТОГО токарной						44,38
Протяжная операция
Протянуть шпоночный паз	80	88	8	102	0,4110-3	0,4
ИТОГО протяжной		0,4
Зубонарезная операция
Фрезеровать зубья					2,2DВ10-3	5,8
Шлифовальная операция
Шлифование поверхности	-	Z=20			9lz10-3	18

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле (4.9):

Т_ш.к. = ц_к Т_о,

где _к--коэффициент, учитывающий вспомогательное и дополнительное время.

Штучно-калькуляционное время для всех операций сведено в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 Штучно-калькуляционное время

Операция	То, мин	цк	Тш.к., мин
Токарная	13,13	1,98	25,99
Токарная	9,34	1,98	18,49
Протяжная	0,4	1,84	0,74
Зубонарезная	5,8	1,66	9,63
Шлифовальная	18	2,1	37,8
			92,36

4.7 Выбор типового оборудования и типовых универсальных приспособлений

Для выполнения всех операций связанных с изготовлением зубчатого колеса необходимо выбрать металлорежущее оборудование. Оборудование и характеристики приведены в таблице 4.4. Режущий инструмент приведен в таблице 4.5. Выбор средства измерения приведен в таблице 4.6.

Таблица 4.4 Выбор оборудования

Операция	Модель станка	Характеристика
Токарная	Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5	Наибольший диаметр обработки детали 400 мм; наибольшая длина обрабатываемой детали 100 мм; мощность двигателя 10кВт; устройство ЧПУ У22-1М
Протяжная	Вертикально-протяжной станок 7Б64	Номинальное тяговое усилие 5 кг, наибольший ход ползуна 1000 мм; скорость рабочего хода 1,5ч11,5 м/мин
Зубонарезная	Вертикальный зубофрезерный станок 5В312	Диаметр обрабатываемой детали 320 мм; наибольший модуль 4; ширина колеса 160 мм; мощность 7,5кВт.

Таблица 4.5 Выбор режущего инструмента

Операция и переходы	Режущие инструменты	режущая часть	ГОСТ инструмента
Токарная	Резец токарный проходной	Т15К6	ГОСТ 18877-73
	Резец токарный расточной	Т5К10	ГОСТ 18879-73
	Резец токарный проходной	Т5К10	ГОСТ 18879-73
Токарная	Резец токарный проходной	Т15К6	ГОСТ 18877-73
	Резец токарный расточной	Т5К10	ГОСТ 18879-73
Протяжная	Протяжка 20з59	Р6М5	ГОСТ 16491-80
Зубонарезная	Червячная фреза	Р6М5	ТУ-035-526-6
Шлифовальная	Абразивный круг	-	ГОСТ 16175-90

Таблица 4.6 Выбор средства измерения

Контролируемый параметр	Средство измерения	Контролируемый параметр	Средство измерения
Ш80Н7	Калибр пробка	Все размеры Н14, h14(1T14/2)	Штангенциркуль
Шпоночный паз	Специальный калибр пробка, шаблон	Шероховатость Ra 2,5; 5; 5,5	Эталон поверхности
Фаска 3х45о	Шаблон	Равномерность шага зубьев	Индикаторная скоба, шагомер
Фаска 2х45о	Шаблон	Профиль зуба	Прибор эвольвентомер

4.8 Выбор типа производства и формы организации технологического процесса

Определение типа производства, формы его организации производим по базовому технологическому процессу Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о. Который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест.

Определяем по формуле (4.10):

К_зо=О/Р, (4.10)

где О - суммарное число различных операций;

Р - явочное число рабочих подразделений, выполняющих различные операции.

На основании данных рассчитывается годовая программа. Располагая штучным или штучно-калькуляционным временем, затраченным на каждую операцию.

Определяет количество станков по формуле (4.11):

m_p = NT_шт / 60 F_д К_зн, штук, (4.11)

где Годовая программа N = 5000 штук.;

Т_шт - штучное время, мин;

F_д- годовой фонд работы оборудования (Fд=3904 часа.);

К_зн = (0,75…0,85) нормативный коэффициент загрузки оборудования, находим mp.

1 Токарная операция:

mp = 500025,99/ 60 3904 0,8 = 0,69 штук.

2 Токарная операция:

mp = 500018,49/ 60 39040,8 = 0,49 штук.

Протянуть паз:

mp = 50000,74 / 60 39040,8 = 0,02 штук.

Зубонарезная:

mp = 50009,63/ 60 39040,8 = 0,26 штук.

Шлифовальная:

mp = 5000·37,8/ 60· 3904 ·0,8 = 0,96 штук.

Фактический коэффициент загрузки рабочего места по формуле (4.12):

ззф = mp/р; (4.12)

где р - принятое число рабочего мест.

Количество операций, выполняемых на рабочем месте определяем по формуле (4.13):

О = ззн / ззф. (4.13)

Данные по технологическому процессу по формуле (4.14):

Кз.о.= УО/ УР, (4.14)

Кз.о.= 61/5= 12,2.

Так как 10<Кзо ?100, то значит, производство будет серийное.

Все полученные данные заносим в таблицу 4.7.

Расчет ведется одновременно с заполнением операционных и маршрутных карт технологического процесса.

Таблица 4.7 Состав операций

Операция	Тш-к	mp,шт.	Р,шт.	ззф	О,шт.
Токарная	25,99	0,69	1	0,69	7
Токарная	18,49	0,49	1	0,49	7
Протяжная	0,74	0,02	1	0,02	1
Зубонарезная	9,63	0,26	1	0,26	23
Шлифовальная	37,8	0,96	1	0,96	23

4.9 Выбор режимов резания

Режим резания устанавливаем, исходя из особенностей обрабатываемой детали и характеристики режущего инструмента и станка. Результаты сводим в таблицу 4.8. Приведем расчет на примере технологического перехода - подрезка торца Ш276 до Ш 80. Для чего выбираем проходной резец с механическим креплением пластин из твердого сплава Т15К6 с углом в плане =45

1)Длинна рабочего хода по формуле (4.15):

L_р.х=_. L_рез.+ у + L_доп., мм, (4.15)

где L_рез- длина резания, мм;

у- подвод, врезание, перебег инструмента, мм;

Lдоп.- дополнительная длина хода, вызванная в отдельных случаях

особенностями наладки и конфигурации детали, мм.

L_р.х=99+5=104мм.

2) Глубина резания по формуле (4.16):

t=(D-d)/2,мм, (4.16)

где D- наибольший диаметр заготовки, мм;

d- наименьший диаметр заготовки, мм.

t=(280-276)/2=2 мм.

3) Назначаем подачу:

Sо=0,6 мм/об.

Принимаем из стандартного ряда станка: Sо=0,6 мм/об.;

4) Расчет скорость резания по формуле (4.17):

V=C_V·К_V/T^m t^x S^yК₃, м/мин., (4.17)

где CV -коэффициент, скорости резания; CV =350;

x, y, m - показатели степени скорости резания;

КV - коэффициент, качества обработки.

Находим коэффицент качества обработки по формуле (4.18):

К_V = К_mV К_nV К_MV К_V К_OV. (4.18)

гдеК_mV - коэффициент, качества материала - 1;

К_nV - коэффициент, сосотояния поверхности заготовки - 0,8;

К_MV - коэффициент, материал режущей части - 1;

К_V - коэффициент,параметры резца - 1;

К_OV - коэффициент, вид обработки - 1,18.

К_V =1·0,8·1·1·1,18=0,944.

Период стойкости инструмента T=60мин;

V=350·0,944/60^0,2·2^0,15 ·0,6^0,35=147,5м/мин.

5) Определяем частоту вращения по формуле (4.19):

n=1000V/рd, об./мин., (4.19)

где V- скорость резания, м/мин.;

d- наибольший диаметр заготовки, мм.

n=1000147,5/3,14276=170,1 об./мин.

Принимаем по паспорту станка: n=200 об./мин.;

6) Расчет действительной скорости резания по формуле (4.20):

V=рdn/1000,м/мин., (4.20)

где d- наибольший диаметр заготовки, мм;

n- частоту вращения, об./мин.

V=3,14276200/1000=173,33м/мин.

7) Минутная подача по формуле (4.21):

Smin = S·nф, (4.21)

Smin = 0,6·200=120мм/мин.

8) Определяем основное время по формуле (4.22):

T_о=L_р.х /S_min., мин., (4.22)

где Lр.х - длина рабочего хода, мм;

Smin - минутная подача, мм/мин.

T_о=104/120=0,87мин.

Таблица 4.8 Элементы режимов резания

Технологические переходы	Элементы режимов резания
	Lpx,мм	t, мм	S, мм об	Vp, м мин	nф, об мин	Vф, м мин	Sми Мм мин	Tо, мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Токарная Подрезать торец Снять фаску Точить наружную поверхность Точить начисто поверхность Снять фаску Снять фаску Точить внутреннюю поверхность Токарная Точить торец Снять фаску Точить наружную поверхность Точить переход по голтели; Точить торец Снять фаску Точить внутреннюю поверхность Протяжная операция Протянуть шпоночный паз.	104 8 85 85 8 8 107 30 8 10 12 75 8 107 102 80 80	2,5 1.5 1,5 0,5 1,5 1,5 1,5 2 1,5 2 2 2 1,5 0,5 16 2 23	0,6 0,6 0,1 0,3 0,6 0,6 0,1 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,3 - 1,8 2,03	147,5 164,4 164,4 193,4 164,4 164,4 164,4 147,5 164,4 147,5 147,5 147,3 164,4 193.4 7 25 28	200 600 200 250 600 600 700 200 600 200 200 200 600 800 - 3,1 32,3	173,3 519,9 173,3 216,7 519,9 519,9 175,8 173,3 5,19 173,3 173.3 173,3 519,9 200,9 - 26,6 27,9	120 360 20 75 360 360 70 120 360 120 120 120 360 240 - 5,58 72,1	0,87 0,02 4,25 1,13 0,02 0,02 1,53 0,25 0,02 0.08 0.1 0,63 0,02 0,45 0,1

4.10 Программирование станка с ЧПУ

В программе применялись следующие команды;

S - функция скорости;

Т - адрес инструмента;

М - вспомогательая функция.

Программирование станка с ЧПУ заносим в таблицы 4.9 первый установ детали, а второй установ детали в таблицу 4.10.

Таблица 4.9 Первый установ детали

Программа	Описание
N 001 S200 T101 M04	200 скорость шпинделя, первый инструмент, вращение шпинделя по часовой стрелке.
N 002 М06	Пауза для проверки инструмента
N 003 G60	Позиционирование в точке 0
N 004 G01 x-138z-100	Перемещение в точку 1
N 005 М08G01 x-38z-2	Включение СОЖ, подрезка торца, перемещение в точку 2
N 006 G00 z+50 M09	Отвод инструмента в точку 3, выключение СОЖ.
N 007 G00 x+138	Быстрый отвод в точку 4
N 008 G01 x-138z-50	Перемещение в точку 5
N 009 S600М08 G01 x+4z-4	600 скорость шпинделя, включение СОЖ, точение фаски, перемещение в точку 6
N 010 S200 G01x-2 z-72	200 скорость шпинделя, точение наружной поверхности, перемещение в точку 7
N 011 S600 G01 x-4z-4	600 скорость шпинделя, точение фаски, перемещение в точку 8
N 012 M09 G00 x+100	включение СОЖ, Отвод инструмента в точку 9
N 013 G00 z+180	Быстрый отвод инструмента в точку 10
N 014 T202	Выбор второго инструмента
N 015 М06	Пауза для проверки инструмента
N 016 G60	Позиционирование в точке 0
N 017 G01 x-36z-100	Перемещение в точку 1
N 018 М08 G01 x+4z-4	включение СОЖ, точение фаски, перемещение в точку 2
N 019 S700 G01 x-40,2z-102	700 скорость шпинделя, точение внутренней поверхности(черн.), перемещение в точку 3
N 020 M09 G00 x+20	включение СОЖ, Отвод инструмента в точку 4
N 021 G00 z+102	Быстрый отвод инструмента в точку 5
N 022 G00 x+362	отвод инструмента в точку 6,выключение шпинделя.

Таблица 4.10- Второй установ детали

Программа	Описание
N 023 S200 T303 M04	200 скорость шпинделя, третий инструмент, вращение шпинделя по часовой стрелке.
N 024 М06	Пауза для проверки инструмента
N 025 G60	Позиционирование в точке 0
N 026 G01 x-80z-100	Перемещение в точку 1
N 027 М08G01 x+25z-2	Включение СОЖ, подрезка торца, перемещение в точку 2
N 028 S600 G01 x+5z-5	600 скорость шпинделя, точение фаски, перемещение в точку 3
N 029 S200 G01x-2 z-12	200 скорость шпинделя, точение наружной поверхности, перемещение в точку 4
N030 G01x+5 z-5	Точение галтели, перемещение в точку 5
N 031 G01 x-38z-2	подрезка торца, перемещение в точку 6
N 032 M09 G00 x+80 z+100	включение СОЖ, Отвод инструмента в точку 7
N 033 T202	Выбор второго инструмента
N 034 G60	Позиционирование в точке 0
N 035 S600 G01 x-36z-100	600 скорость шпинделя, перемещение в точку 1
N 036 М08 G01 x+4z-4	включение СОЖ, точение фаски, перемещение в точку 2
N 037 S700 G01 x-40z-102	700 скорость шпинделя, точение внутренней поверхности(чист.), перемещение в точку 3
N 038 M09 G00 x+20z +202	включение СОЖ, Отвод инструмента в точку 4
N 0389 М05	выключение шпинделя.

4.11 Проектирование специального приспособления

Данная технологическая оснастка преднозначена для нарезания зубьев сразу на 3 деталях. На вал приспособления одевается первая деталь, шпонка на валу не даёт провернутся детали. Затем одевается промежуточная втулка которая обеспечивает необходимое расстояние для выхода режущего инструмента из предыдущей заготовки. Потом следущая деталь и т.д. Затем устанавливается прижимная шайбаи зажимается гайкой. Один конец приспособления зажимается в делительную головку станка, а другой в центр.

5. Разработка режущего инструмента для изготовления шестерни

5.1 Характеристики червячных фрез

Шестеренчатые колеса самые распространённые детали в современном машиностроении, в особенности в автостроении, станкостроении, тяжелом машиностроении. Процесс их производства весьма сложен, трудоемок, малопроизводителен и во многом зависит от эксплуатационных свойств зуборезного инструмента, в частности, червячных зуборезных фрез.

Червячные зуборезные фрезы являются на сегодняшний день наиболее распостраннёными, производительными и качественными в точности зуборезными инструментами. Основная задача при проектировании червячных зуборезных фрез (техническое задание на проектирование) формулируется так: определить конструктивные и геометрическое параметры инструмента, которые обеспечивают требуемую ширину и величину зубьев и перекрытие обработкой активной части профиля зубьев нарезаемого колеса. Наиболее сложным и интересным вопросом при этом является разработка методов расчета инструментов для обработки корригированных эвольвентных зубчатых колес, удельный вес которых становится преобладающим, а также зубчатых колес с произвольным профилем зубьев. Эти методы должны включать в себя учет чрезвычайно большого числа факторов технического и экономического порядка. Вопросы разработки таких методов представляют значительную сложность, так как для их решения затруднительно использовать известные ручные методы расчета.

С целью повышения в качестве производительности процесса зубонарезания, снижения трудоемкости и стоимости изготовления зубчатых колес, повышения их долговечности за последние 30 лет в мире проведено большое число исследований по теории зацепления зубчатых передач, теории резания металлов и точности средств обработки шестерни, результаты которых опубликованы в трудах А.М.Адама, Г.Зульцера, Г.Г.Иноземцева, Н.А.Калашникова, В.Д.Кле-пикова, И.А.Коганова, Т.Н.Лоладзе, В.М.Матюшина, М.З.Мильштейна, Н.Н.Маркова, С.Н.Медведицкова, Г.Г.Овумяна, С.С.Петрухина, Д.Н.Решетова, П.Р.Родина, С.И.Лашнева, Г.Н.Сахарова, И.И.Семенченко, М.И.Юликова и других авторов. Одним из ведущих научно-исследовательских центров, решающих вопросы усовершенствования конструкций зуборезных инструментов, на протяжении последних трех десятков лет является Волгоградский государственный технический университет.

1) Назначение и область применения червячных зуборезных фрез

Червячные фрезы используют для черновой, получистовой и чистовой обработки прямозубых, косозубых и шевронных цилиндрических колес в диапазоне модулей 0,1-40 мм, а также для нарезания зубьев червячных колес с различными видами зацепления. Порядок нарезания цилиндрических зубчатых колес червячными фрезами имеет наибольшее распространение в машиностроении. Причиной этого является универсальность червячного зубофрезерования (допускается нарезание прямозубых и косозубых колес с различным числом зубьев одним и тем же инструментом), высокая точность и производительность процесса обработки. Общее представление о назначении и способе работы червячных зуборезных фрез может быть получено из следующего определения, построенного на основе ГОСТ 25751-83.

Фреза - лезвийный инструмент, для обработки с вращательным главным движением резания инструмента без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.Невозможность изменения радиуса траектории главного движения резания лезвий инструмента, согласно ГОСТ 25751-83, является отличительным признаком фрез.

Червячная зуборезная фреза - фреза, предназначенная для обработки профилей зубчатых деталей методом центроидного огибания.

Помимо червячных зуборезных фрез, по методу центроидного огибания работают многие другие зуборезные инструменты - прямозубые зуборезные гребенки, зуборезные долбяки, шеверы и т.д. При использовании метода огибания профиль инструмента не совпадает с профилем обрабатываемой впадины зуба нарезаемого колеса.

Метод центроидного огибания - метод обработки зубчатых колес, при котором центроиды инструмента и нарезаемого колеса катятся друг по другу без скольжения. Профиль нарезаемых зубьев получается в процессе зубонарезания как огибающая различных последовательных положений режущих кромок инструмента.

Червячные фрезы относят к группе обкатных многолезвийных инструментов с конструктивным движением обката. В общем случае режущие кромки зубьев червячных зуборезных фрез расположены на винтовой поверхности основного червяка. При работе оси фрезы и нарезаемого колеса перекрещиваются на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Схема работы червячной зуборезной фрезы

При главном вращательном движении фрезы DГ режущие кромки вступают в контакт с заготовкой в последовательно смещенных положениях, что в сочетании с вращательным движением заготовки DW образует движение обката в процессе обработки. Помимо главного движения резания DГ и вращательного движения заготовки DW в процессе обработки зубчатых деталей могут принимать участие от одного до трех движений подачи. Основным движением подачи является относительное перемещение фрезы или заготовки, вектор которого параллелен оси вращения заготовки (движение DSo0, осевая подача заготовки). В зависимости от направления подачи DSo0 различают операции попутного или встречного зубофрезерования. Зубофрезерование считается встречным в случае, если угол между векторами главного движения зуба фрезы V и поступательного движения заготовки в результате осевой подачи VSo0 превышает 90. В противном случае зубофрезерование считается попутным. Схема к определению вида фрезерования приведена на рисунке 5.2.

а

б

Рисунок 5.2 Схема операции зубофрезерования со встречной (а) и попутной (б) осевой подачей заготовки

В случае если помимо осевой подачи заготовки DSo0 используется осевая подача фрезы DSo1, говорят о диагональной подаче. Радиальная подача DSo2 используется для врезания инструмента в заготовку при обработке с попутной подачей. Кроме того, радиальная подача может использоваться при обработке червячных колес или колес с узким зубчатым венцом.

Для осуществления обработки червячная фреза должна представлять собой червяк с продольными винтовыми или прямыми стружечными канавками для образования передних поверхностей зубьев и затылованными задними поверхностями зубьев для образования задних углов. Пересечения передних поверхностей стружечных канавок и затылованных задних поверхностей образуют режущие кромки. Схема образования передних и задних поверхностей червячных зуборезных фрез приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 Схема образования передней и задней поверхности затылованных зубьев червячной зуборезной фрезы

К основным конструктивным элементам червячных фрез относятся: диаметр и длина фрезы, диаметр посадочного отверстия (для насадных фрез), число и форма зубьев, направление стружечных канавок, геометрические параметры, размеры и форма режущих кромок и т.д. Основные конструктивные параметры червячных зуборезных фрез приведены на рисунке 5.4.

По конструкции червячные зуборезные фрезы бывают цельные, составные и сборные. По направлению витков фрезы подразделяются на правозаходные и левозаходные. Рекомендуется нарезание косозубых колес производить червячными фрезами, имеющими одноименное направление витков фрезы с линиями зубьев изготовляемых колес, то есть косозубые колеса с правым направлением линии зубьев должны нарезаться правозаходными фрезами, а колеса с левым направлением зубьев - левозаходными.

По количеству заходов фрезы подразделяются на однозаходные и многозаходные. Многозаходные фрезы, как правило, используются в качестве черновых фрез и проектируются на основе многозаходных червяков.

По способу соединения инструмента со станком фрезы могут быть насадными и концевыми. Преимущественное распространение получили насадные червячные зуборезные фрезы.

Рисунок 5.4 Основные конструктивные параметры червячных зуборезных фрез: L0 - общая длина фрезы; L1 - рабочая длина; Lv0 - длина посадочных поясков; Lб0 - длина контрольных буртиков; dа0 - наружный диаметр фрезы; dб0 - диаметр контрольных буртиков; dа0 - наружный диаметр фрезы; rv0 - радиус выточки посадочного отверстия; H0 - полная глубина стружечной канавки; rfk0 - радиус во впадине стружечной канавки; - угол стружечной канавки; m0 - угол наклона витков фрезы; m0 - угол наклона стружечных; b - ширина шпоночного паза

Конструкции стандартных зуборезных фрез регламентируются ГОСТ 10331-80 (фрезы модуля менее 1 мм), ГОСТ 18692-73 (сборные фрезы для для обработки зубчатых колес с зацеплением Новикова), ГОСТ 9324-80. Стандартные червячные зуборезные фрезы согласно ГОСТ 9324-80 изготовляются шести классов точности: ААА, АА, А, В, С и Д. Прецизионными фрезами классов ААА и АА нарезаются зубчатые колеса шестой и седьмой степени точности по ГОСТ 1643-81. Фрезы общего назначения класса А обеспечивают обработку колес восьмой степени точности, класса В - девятой, класса С - десятой и класса D - одиннадцатой степени точности. ГОСТ 9324-80 устанавливает три типа фрез: тип 1 - цельные фрезы повышенной точности класса ААА, тип 2 - цельные фрезы общего назначения классов точности АА, A, B, C и D нормальной и увеличенной длины, тип 3 - сборной конструкции классов точности АА, A, B, C и D нормальных и уменьшенных габаритных размеров. В соответствии с техническими требованиями червячные фрезы должны изготавливаться из быстрорежущей стали (ГОСТ 19265-73) с твердостью рабочей части 63-66 HRC.

5.2 Расчет червячной фрезы

5.2.1 Исходные данные

Исходные данные: модуль нарезаемой шестерни m=10 мм; угол зацепления бд=200 число зубьев шестерни Z=23; класс точ-ности фрезы 8 ; чистовая обработка. Материал заготовки - сталь 45.

Исходные данные берутся по нормальному сечению зуба колеса.

1 Выбираем основные габаритные размеры фрезы по ГОСТ 9324 80:

- Наружный диаметр фрезы D_e = 170 мм;

- Длина фрезы L = 200 мм;

- Ширина буртиков l = 5 мм;

- Диаметр посадочного места d = 50 мм;

- Число зубьев (число стружечных канавок) z₀ = 9.

Установим размеры профиля нарезки в нормальном сечении :

- высота зуба h_o= 25 мм;

- высота головки зуба h_а0 = 12,5мм;

- шаг профиля зуба в нормальном сечении: P_no=рm= 3,14 · 10 = 31,416 мм;

- толщина зуба в нормальном сечении : S_no=t - S_д= 31,4 - 15,7=15,7 мм;

- угол профиля б_д=20⁰

- радиус головки r_а = 3,0 мм;

- радиус ножки r_f = 3,0 мм;

- наружный диаметр зубьев d_а = 276мм.

5.2.2 Расчет параметров фрезы

Размеры профиля зуба в осевом сечении:

1. Шаг профиля зуба P_х0 = 31,438 мм;

2. Рассчитаем величину затылования по формуле (5.1):

а) для шлифованного участка;

К = ( р D_е / z ) · tg б ; мм. (5.1)

Принимаем бв==10°; шлифованная часть должна быть не менее 1/2 длины зуба по наружному диаметру для т до 4 и 1/3 для m?4;3,14 170

К=tg 12⁰ = 10,4 ? 10 мм.

б) для не шлифованного участка;

К₁ = ( 1,2 ч 1,5) К ; мм,

К₁ = ( 1,2 ч 1,5) 10 = 15 мм.

Полученные значения К и К1 округляем в ближайшую сторону до чисел, кратных 0,5 мм.

3.Определяем средний расчетный диаметр фрезы (с точностью до 0,01мм) по формуле (5.2):

D_срф = D_в - 2h^' - 2д K ; мм, (5.2)

где у=0,1 для фрез со шлифованным профилем.

D _срф = 170 - 2·12,5 -2· 0,1· 10 = 143 мм.

4.Определяем угол подъема нарезки (с точностью до 1') по формуле (5.4):

sin г_mo = t_нn / р D _срф, (5.3)

sin г_mo = 3,14 3/3,14 143 = 0,2098,

sin г_mo = 12^? 7^'

5. Определим шаг стружечных канавок с точностью до 1 мм по формуле (5.5):

P_z =рD_срф ctg щ ; мм, (5.4)

P_z = 3,14·143· ctg 12^? 7^' = 2103 мм.

6. Рассчитываем угол профиля стружечных канавок (5.6):

и = 90 / z + (16,5 ч 17^? ), (5.5)

и = 90 / 9 + (16,5 ч 17? ) = 26^? 5^'.

При Z = 9, принимаем и = 25?;

Значения 18°; 22°; 25°; 30°.

7. Профильный угол профиля правой стороны зуба по формуле (5.7), (5.8) и (5.9):

ctg б _пр = ctg б _ос + Kz / P_z, (5.6)

tg б _ос = tg б _д / cos щ, (5.7)

tg б _ос = tg 20⁰ / 12⁰ 7^' = 0,3733 = 20⁰ 32^'

ctg б _пр. = ctg б _ос + Kz / p_z, (5.8)

ctg б _пр = ctg 20⁰ 32^' + (10· 9) / 2103 = 2,7227 = 20⁰ 50^'.

8. Профильный угол профиля левой стороны зуба по формуле (5.10):

ctg б _лев = ctg б _ос - Kz / P_z, (5.9)

ctg б _лев = ctg 20⁰ 32^' - (10· 9) / 2103 = 2,7598 = 20⁰ 50^'.

9. Определяем наименьшую теоретическую длину нарез-ки, необходимую для нарезания колеса по формуле (5.11):

l _1мин = 2h^'ctg б_д, (5.10)

l _1мин = 2·12,5 ctg 20⁰ =68,6 мм.

10. Определяем наименьшую практическую длину нарезки, необходимую для нарезания колеса при несимметричной установке фрезы по формуле (5.12):

l₁^' = h^'ctg б_д +R²_ek - R²_ik, (5.11)

где Rek - наружный радиус зубцов нарезаемого колеса;

Riк - внутренний радиус зубцов нарезаемого колеса.

l₁^' = 12,5 ctg 20⁰ +148,35² - 122,5² = 118 мм.

11. Определим наименьшую практическую длину нарезки фрезы при ее симметричной установке относительно колеса по формуле (5.13):

l₁^? = 2R²_ek - R²_ik, (5.12)

l₁^? = 2148,35² - 122,5² =167,34.

12. Принимаем длину нарезки фрезы 170мм; характер установки фрезы относительно обрабатываемого колеса: направление фрезы - правое;

Выбираем стандартную L=200 мм.

13. Размеры шпоночного паза определяем по ГОСТ 9472 - 83 : высота t = 6^+0,34 ; ширина 16^+0,3 мм изображено на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 Эскиз шпоночного паза

14. Определить допустимые отклонения на основные раз-меры :

- D_e =170_-0,5

- L =200_-1,5

- S_no =15,7_±0,02

- P_no =31,416_±0,01

15. Установить классы чистоты обработанных поверхностей фрезы;

- по профилю зуба - Rz 1,6.

16. Выбираем материал для изготовления фрезы: Р6М5;

- твердость после термообработки: HRCз 62…65.

Заключение

В ВКР проекте по проектированию манипулятора для укрытий чугунных желобов были поставлены следующие задачи:

- обеспечить стабильность выполнения производственной программы;

- техническое перевооружение, замена физически изношенного и морально устаревшего оборудования;

- повысить надежность работы оборудования и его эксплуатационных характеристик; уменьшить количество простоев.

Исходя из поставленных задач, рассчитаны и спроектированы гидравлический и электромеханический привод механизма, режущий инструмент для нарезания эвольвентной прямозубой приводной шестерни, рассчитаны организационноэкономические показатели, разработан технологический процесс изготовления шестерни привода механизма поворотной части и система мероприятий, обеспечивающих безопасность и экологичность проекта.

Электромеханический привод механизма спроектирован и выбран:

- Редуктор Ч 160-31,5-54;

- Электродвигатель марки 4А132S8УЗ.

Для соединения выходного конца вала двигателя и быстроходного вала редуктора выбрана упругая втулочно-пальцевая муфта125-30-1-У3 ГОСТ 21424-93.

Гидравлический привод механизма спроектирован и выбран:

- Гидроцилиндр типа ГЦО по ТУ - 053.0221050.007 - 89 ГЦП 1 - 145х105х460;

- Нерегулируемый радиально-поршневой насос Н-401У;

- Гидрораспределитель ВЕ 10.44-ГНМ УХЛЧ ГОСТ 24679-81;

- Дроссель с обратным клапаном типа: ДКМ-10/3В ТУ-053-1397-78;

- Гидрозамок типа ГЗМ. 16/3;

- Предохранительный клапан КПМ 16/3В ТУ2-053-1441-79;

- Напорный фильтр 1ФГМ 32-25М;

- Манометр МТ-2;

- Обратный клапан типа КОМ 10/3 ТУ 053-1400-78.

Вся аппаратура встраиваемого монтажа.

Список использованных источников

1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3 т. / В.И. Анурьев - Москва: Машиностроение, 1978-1980 - т2, т3. - 413 с.

2. Бейзельман, Р.Д. Подшипники качения. Справочник / Р.Д. Бейзельман, Б. В. Цыпкин, Л.Я., Перель - Москва: Машиностроение, 1975. - 205 с.

3. Иванов, М.Н. Детали машин. Курсовое проектирование / М.Н. Иванов, В.Н. Иванов - Москва: «Высшая школа», 1975. - 37 с.

4. Курмаз, Л.В. Детали машин. Проектирование. Справочное учебно-методическое пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скобейда - Москва: «Высшая школа», 2004. - 96 с.

5. Шейнблит, А.Е. Курсовое проектирование деталей машин / А.Е. Шейнблит - Калининград: «Янтарный сказ», 1999. - 291 с.

6. Александров, М.П. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций / М.П. Александров - Москва: Машиностроение, 1973. - 176 с.

7. Богданович, Г.М. гидропривод и гидропневмоавтоматика / Г.М. Богданович - Москва: Машиностроение, 1971. - 172 с.

8. Башта, Г.М гидропривод и гидрапневмоавтоматика / Г.М. Башта - Москва: Машиностроение, 1971. - 172 с.

9. Аршинов, В.А. «Резание металлов и режущий инструмент.» / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев - Москва: Машиностроение, 1975. - 440 с.

10. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - Москва: Машиностроение, 1985. - 656 с.

11. Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения / А. Ф. Горбацевич, В.А. Шкред - Москва: Высшая школа, 1983. - 256 с.

12. Колев, К.С. Технология машиностроения / К.С. Колев - Москва: Высшая школа, 1977. - 256с.

13. Колев, Н.С. Металлорежущие станки / К.С. Колев - Москва: Машиностроение, 1980. - 500с.

14. Егоров, М.Е. Технология машиностроения / М.Е. Егоров - Москва: Высшая школа, 1976. - 534с.

15. Космачев, И.Г. Технология машиностроения. / И.Г. Космачев - Санкт-Петербург: Лениздат, 1970. - 400с.

16. Леликов, О.П. Основы расчёта и проектирования деталей и узлов машин / О.П. Леликов - Москва: Машиностроение, 2002. - 400с.

17. Проектирование металлорежущих инструментов./ Под редакцией И.И. Семенченко - Москва: Машгиз, 1963. - 952 с.

18. Свистунов, Е.А. Расчёт деталей и узлов металлургических машин. Справочник / Е.А. Свистунов, Н.А. Чиченев - Москва: Металлургия 1985. - 184 с.

19. Свешников, В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. /В.К. Свешников, А.А. Усов - Москва: Машиностроение, 1988. - 512 с.

Размещено на Allbest.ru