Исследование и проектирование червячной фрезы с комбинированной передней поверхностью (стр. 4 из 13)
Возможное повышение стойкости фрез с комбинированной передней поверхностью определяли по относительному износу [4], в качестве которого было принято отношение максимального линейного износа к суммарной ширине колес, нарезанных до момента наступления этого износа. Задавшись величиной максимально допустимого износа и разделив ее на относительный износ, можно получить суммарную ширину колес, нарезанных за период стойкости, или, в конечном счете, сам период стойкости. Из сравнения периодов стойкости стандартных фрез и фрез с комбинированной передней поверхностью при одинаковых параметрах процесса зубофрезерования следует, что они обратно пропорциональны относительному износу этих фрез. Таким образом, по относительному износу можно судить об изменении стойкости.
Для сравнения стойкости фрез использовали относительный износ тех зубьев, у которых значение максимального износа заведомо находилось в допустимых пределах. Относительное увеличение стойкости фрез с подточкой по сравнению со стойкостью стандартных фрез составило 60-100%.
Форма и вид стружки, полученный при сравнительных испытаниях [4], свидетельствует об уменьшении работы резания и тепловыделения при нарезании колес фрезами с комбинированной передней поверхностью. Так, при работе стандартными фрезами стружка соломенного цвета (нагрев выше 3000С) Г-образной и П-образной формы, а при работе фрезами с лункой стружка серого цвета (нагрев ниже 3000С) простой формы, что обусловлено ее разделением и меньшей деформацией.
2.1 Расчет червячной фрезы
Согласно заданию на дипломный проект, выполним расчет червячной фрезы применительно к конкретным условиям обработки изделий номенклатуры АО «АвтоВАЗ».
По конструкции червячная фреза является цельной и изготовлена из быстрорежущей стали Р6М5К5.
Проектный расчет фрезы.
Весь расчет производим по [1].
Определение размеров профиля:
1. Угол профиля:
aи = aд = 200
где: aд - угол профиля обрабатываемого изделия
2. Модуль:
m= mд= 2.5 мм
где: mд - модуль обрабатываемого изделия
3. Направление витков - левое, так как у обрабатываемой детали тоже левое.
4.Шаг зубьев:
tи= pm= 3,14*2,5= 7,854 мм
5.Толщина зуба фрезы по начальной прямой:
Sи= tи - (Sд1+DS)
где: Sд1 - толщина зуба обрабатываемой детали
DS - величина припуска под чистовую обработку
Sи=7,854-(3,78+0,2)=3,874 мм
6.Высота головки зуба:
h`и= 1,25m =1.25*2.5=3.125 мм
7.Высота ножки зуба фрезы:
h``и= 1.25m=1.25*2.5=3.125 мм
8.Высота зуба фрезы:
hи=2,5m=2.5*2.5=6.25 мм
9.Радиус закругления на головке и ножке зуба:
r1= r2»(0.25...0.3)m=0.7 мм
Определение конструктивных параметров фрезы.
10.Диаметр вершин зубьев, принимаем по стандартному ряду чисел для цельных модульных фрез 63...180 мм:
Dеи= 80 мм
11.Количество зубьев фрезы принимаем по рекомендациям:
Zи=12
12.Определяем средний диаметр фрезы:
dср=Dеи - 2h`и
dср=80-2*3,125=73,75 мм
13.Угол подъема витков фрезы по делительному (среднему) цилиндру:
sint = m*z0/dср, где
z0 - число заходов фрезы, примем z0=2, исходя из того условия, не возникновения дополнительных погрешностей, необходимо, чтобы число заходов было не кратно числам зубьев нарезаемого колеса. По заданию у нарезаемого колеса число зубьев равно 63.
sint = 2,5*2/73,75=0,0678, t = 3053`
14.Величина затылования шлифованной части зуба:
К=p*Dеи*tgaв/Zи , где
aв - задний угол на вершине зуба, принимаем aв=100
К=p*80*tg100/12=3.69 мм
Принимаем К=4 мм
Тогда уточняем задний угол:
tgaв = K*Zи/p*Dеи
tgaв = 4*12/p*80=0.191, aв = 10049`
Далее необходимо рассчитать задний угол на боковой режущей кромке, в сечении, перпендикулярным к ней (на среднем диаметре):
tgaб=Dеи*tgaв*sinaи*cost/dср
tgaб=80*tg10049`*sin200*cos3053`/73.75=0.071 aб=40
Для нормальных условий резания должно соблюдаться условие:
aб³30, условие соблюдается.
15.Определяем средний расчетный диаметр:
dср.расч=Dеи - 2h`и - 2*0.15*K
dср.расч=80-2*3,125-2*0,15*5=72,25 мм
16.Осевой шаг:
toc= tи/cost
tос=7.854/cos3053`=7,872 мм
17.Осевой шаг винтовой стружечной канавки:
Т= toc*ctg2t=7.872*ctg23053`=1705 мм
18.Угол профиля в осевом сечении:
tgaoc= tgaи/cost
tgaос=tg200/cos3053`=0,365, aoc=2003`
19.Глубина канавки:
HK³hи+rk+(K+K1)/2, где
где rk - радиус закругления дна канавки, по конструктивным соображениям примем rk=1.5 мм
К1 - величина затылования не шлифованной части зуба, примем К1=6мм
Отсюда:
HK³6.25+1.5+(4+6)/2=12.75 мм
Примем НК=13 мм
Должно соблюдаться условие:
rk>0.6*RK/Zи , где
RK - радиус окружности, проходящей через центр закругления дна канавки
RK=Dеи/2+rk-HK
RK=80/2+1.5-13=28.5 мм
1,5>0.6*28.5/12=1.425 мм, условие соблюдается
20.Диаметр посадочного отверстия:
d=(0.2...0.45)*Dеи
d=0.4*80=32 мм
Должно соблюдаться условие:
Dеи ³ 2(t`+p+HK+d/2) , где
t` - глубина канавки под шпонку, t`=2.8 мм
р - толщина тела фрезы, из условия прочности фрезы:
p=(0.25...0.3)d
p=0.25*32=8 мм
80 ³ 2(2,8+8+13+32/2)=79,6 мм, условие соблюдается
21.Угол наклона канавок, принимаем из условия отсутствия переменного переднего угла на зубе:
b»t, примем b=40
22.Шаг стружечных канавок на расчетном диаметре:
SK=p*dср.расч*ctgb
SK=p*72.25*ctg40=3246 мм
Определение параметров подточки на передней поверхности.
Данный расчет был выполнен в главе 2.
Ширина подточки: l=1,1 мм
Глубина подточки: а=0,25 мм.
Чертеж спроектированной фрезы – приложение 3.
2.2 Расчет сил резания
Для определения сил резания при зубофрезеровании воспользуемся эмпирической зависимостью изложенной в [2]. Максимальное значение силы резания:
где m – модуль нарезаемого колеса;
s - подача;
t – глубина резания;
x – смещение исходного контура;
z – число зубьев нарезаемого колеса;
b - угол наклона зубьев;
i – число зубьев червячной фрезы;
CD – коэффициент, зависящий от диаметра фрезы;
v – скорость резания;
Cw – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.
Сначала, для сравнения, произведем расчет сил резания для стандартной фрезы применяемой на ВАЗе со следующими параметрами: m=2.5 мм; i=12; диаметр вершин зубьев D=80 мм; b=0; х=0; z=63. Назначим режимы резания по [7]:
v=40 м/мин, t=2 мм, s=2 мм/об.
Тогда значения коэффициентов:
СD=1 – для средних диаметров.
СW=1 – при обработке конструкционной стали.
Подставляем значения в формулу:
(2.1)Данная формула используется для определения максимальной силы резания для стандартных фрез и не учитывает изменение геометрии фрезы. У проектируемой фрезы передний угол на вершинной режущей кромке равен 180, в то время как у стандартной фрезы, он берется равным нулю. Поэтому дальнейшие расчеты будем проводить по формулам, изложенным в [3].
Проекции вертикальной составляющей суммарной силы на ось Z0 (рис.2.5) для боковых, а также вершинных кромок одинаковы и равны:
PZ0=(P1+F3)cosl , где
l - угол наклона боковой кромки фрезы
Р1 и F3 - силы возникающие при резании одним зубом фрезы на его передней и задней поверхности.
Проекции горизонтальных составляющих силы резания на оси Х0 и Y0 для всех указанных выше кромок также равны между собой и согласно рис. , определяются соответственно из выражений:
РХ0=Р1*tg(h - g)*cosl*cos(aп.п- y)
РY0=Р1*tg(h - g)*cosl*sin(aп.п- y), где
h - угол трения
g - передний угол
y - угол отклонения стружки при несвободном резании
aп.п - профильный проекционный угол боковой кромки зуба фрезы.
Как было сказано выше, основным отличием проектируемой фрезы от стандартной является наличие переднего угла, тогда остальные неизвестные в формулах можно заменить константой К1 и К2:
Р1*cosl*cos(aп.п - y)=К1
Р1* cosl*sin(aп.п - y)=K2
Отсюда составляющие силы резания для стандартной фрезы будут равны:
РХ01=К1*tgh
РY01=К2*tgh
Составляющие силы резания для проектируемой фрезы:
РХ02=К1*tg(h - g)
РY02=К2*tg(h - g)
Далее найдем отношение составляющих сил резания при работе стандартной фрезы и проектируемой, для этого определим угол трения. По рекомендациям [5] примем h=300, тогда отношение равно:
То есть горизонтальная составляющая силы резания РХ0 для проектируемой фрезы будет в 2,7 раза меньше, чем у стандартной. Так как отношения составляющих сил резания, в данном случае, сводится к отношению углов, то и для РY0 это соотношение не изменится. Так в формуле для определения вертикальной составляющей никаких изменений не предполагается, то РZ01=PZ02.
Суммарная максимальная сила резания связана с ее составляющими формулой:
Выразим составляющие сил резания для проектируемой фрезы через составляющие для стандартной:
PZ02=PZ01, PY02=PY01/2,7, PX02=PX01/2,7 (2.2)