Проектирование червячной фрезы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование червячной фрезы



Введение

Червячные фрезы применяют для черновой и чистовой обработки цилиндрических зубчатых колёс наружного зацепления с прямым, винтовым и шевронным зубьями, червячных колёс и колёс внутреннего зацепления.

Исходные данные:

- материал детали сталь 40Х, = 750 МПа;

- m = 2,5 мм. - модуль нарезаемого колеса;

- z1 = 60 - число зубьев нарезаемого колеса;

- z2 = 30 - число зубьев сопрягаемого колеса;

- б = 200 - угол зацепления;

- а = 1,0 - припуск под последующую обработку (на сторону);

- в1 = 0 - угол наклона зубьев на делительном цилиндре.

Сталь 40Х - материал нарезаемого колеса.

НВ 240 - твёрдость материала.

Фреза цельная твёрдосплавная.

Степень точности: 7-С.

Вид фрезерования червячной фрезой: окончательное.

Предварительно выбираем станок 53А20.



1. Выбор инструментального материала

Червячные фрезы относятся к сложно профильному дорогостоящему инструменту, поэтому при проектировании необходимо стремиться к обеспечению возможно большего срока их эксплуатации, который особенно зависит от правильного выбора инструментального материала.

Выбор инструментального материала для фрез зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, формы и размеров обрабатываемых поверхностей, технических требований на их изготовление и типа производства, в котором применяются фреза. В данном случае в качестве инструментального материала целесообразно принять быстрорежущую сталь Р6М5.

2. Выбор конструктивного исполнения

Данная фрезу имеет класс точности - А, спрофилирована на основе Архимедова червяка. Данный метод профилирования основан на замене криволинейного профиля боковой стороны в осевом сечении эвольвентного червяка на прямолинейный, близкий к нему. В этом случае приближенного профилирования червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем происходит замена эвольвентного основного червяка на Архимедов червяк. Червячные фрезы, спрофилированные приближенно на основе Архимедова червяка, образуют, по сравнению с другими методами приближенного профилирования, наименьшие погрешности профиля зубьев нарезаемых колес в виде небольшого подреза ножки и среза головки, благоприятно влияющие на условие зацепление сопрягаемой пары зубчатых колес. Кроме того, такие червячные фрезы имеют следующие преимущества:

- боковые стороны зубьев Архимедовых червячных фрез можно затыловать в радиальном направлении;

- для окончательного контроля профиля боковой стороны зубьев Архимедовых червячных фрез разработаны и используются специальные приборы, обеспечивающие высокую и стабильную точность измерения.

При проектировании чистовых червячных фрез для цилиндрических колес с эвольвентным профилем приближенное профилирование на основе Архимедова червяка является предпочтительным.

3. Проектировочный расчет

Число заходов:

Число заходов червячной фрезы является одним из факторов, влияющих на производительность при нарезании цилиндрических колес. На выбор числа заходов червячных фрез влияет степень точности нарезаемых колес и их размеры (число зубьев и модуль). Червячные фрезы, особенно чистовые, проектируются однозаходными. Принимаем zзах = 1.

Геометрические параметры фрезы и обрабатываемых колёс:

Торцовый модуль:

mt = m ч cosв1 (1)

mt = m = 2,5, т. к., в1 = 0.

Делительный диаметр:

d1 = mt Ч z1 (2)

d1 = 2,5 Ч 60 = 150 мм.

Профильный угол в торцовом сечении:

бt1 = arctg(tgб1 ч cosв1) (3)



б1 = 200.

Радиус основного цилиндра:

rв1 = r1 Ч cosбt1 = (d1 Ч cosбt1) ч 2 (4)

rв1 = (150 Ч cos20) ч 2 = 69,75

Радиус начального цилиндра:

rw1 = rв1 ч cosбtw1 (5)

При:

в1 = 0 бtw1 = б1

rw1 = 69,75 ч cos20 = 75,00 ДS = 0,16

Толщина зуба в корригированном сечении, нормальном к винтовой линии на делительном цилиндре при сдвиге исходного контура:

x Ч m Ч (х = 0)

S1 = (рm1 ч 2) - ДS + 2x Ч m1 Ч tgб1 (6)

S1 = (рm1 ч 2) - ДS = (р Ч 2.5 ч 2) - 0,16 = 3,76

Расчёт фрезы.

Нормальный шаг зубьев фрезы:

Ри = рm1cosб1 ч cosб0 (7)

Ри = рm1 Ч Kk = рm1 = 3,1416 Ч 2,5 = 7,854

Ход зубьев по нормали:



Рzu = Ри Ч Zu (8)

Рzu = 7,854 Ч 1 = 7,854 мм.

Толщина зуба в нормальном сечении:

Su = Ри - (Suw1 + ДSu) (9)

ДSu = 0.

Su = 7,854 - 3,760 = 4,09.

Высота головки зуба фрезы:

hau = hf1 = rw1 - rf1 (10)

hau = 75 - 69,75 = 5,25 мм.

Высота ножки зуба:

hfu = hau + c'mu = (ra1 - rw1) + (0,25…0,3)mu (11)

ra1 = r1 + ha1 (12)

Т. е.:

hfu = [{(150 ч 2) + 2,5} - 75] + 0,25 Ч 2,5 = 3,125 мм.

Полная высота зуба:

hu = (ra1 - rf1) + (0,25…0,3)mu (13)

rf1 = r1 - hf1 (14)

hu = 77,5 - {(150 ч 2) - 5,25} + 0,25 Ч 2,5 = 8,375 мм.

Радиусы закругления головки и ножки зубьев:



саи = 0,25 Ч mu (15)

сfи = 0,3 Ч mu (16)

саи = 0,25 Ч 2,5 = 0,625 мм.

сfи = 0,3 Ч 2,5 = 0,75 мм.

Смещение средней прямой рейки фрезы относительно её начальной прямой:

Д1 = (hfu - hau) ч 2 (17)

Д1 = (3,125 - 5,25) ч 2 = - 1,0625 мм.

Толщина зуба фрезы по средней прямой в нормальном сечении к её виткам:

Sucp = S1 + 2Д1tgбu (18)

Sucp = 3,76 - 2 Ч 1,0625 Ч tg200 = 3 мм.

Выбор конструктивных и геометрических параметров.

Задний угол при вершине зуба:

бв = 100.

Диаметр посадочного отверстия:

d0 = 14,21h Ч 00,373 (19)

d0 = 14,21 Ч 8,375 0,373 = 37,77 мм.

Ближайшее значение стандартного диаметра посадочного отверстия:

d0 = 40 мм.

Диаметр dвп окружности впадин между зубьями фрезы в целях достаточной прочности должен быть не менее:



dвп = 1,75 Ч d0 (20)

dвп = 1,75 Ч 40 = 70 мм.

Полная высота зуба фрезы или глубина стружечной канавки:

Hk = hu + (К + К ч 2) + r0 (21)

К = dau ч Z0 Ч tgaв (22)

Где:

r0 - радиус закругления дна стружечной канавки (0,5…2).

К1 = (1,2…1,5).

Так как наружный диаметр dau является неизвестным, то для расчёта Нк можно воспользоваться следующими ориентировочными значениями К, имеющими место у стандартных фрез общего назначения:

Hk = 8,375 + (4,5 + 5,4 ч 2) + 1,5 = 15 мм.

После окончательного выбора dau надо уточнить значения К и К1 расчётом по приведённым формулам с последующим округлением до ближайшего значения из нормального ряда кулачков.

Наружный диаметр фрезы:

dau Ч dвп + 2Н

dau = 70 + 30 = 100 мм.

Число стружечных канавок:

Z0 = 3600 ч ц (23)

cosц = 1 - 4,5 ((MnHa) ч dau) (24)

cosц = 1 - 4,5 ((2.5 Ч 1) ч 100) = 0,8875.

Z0 = 14.

Угол и стружечной канавки выбираем в зависимости от Z0:

и = 220.

Диаметр начального цилиндра фрезы в исходном сечении:

dmu = dau - 2hau - 0,3K (25)

dmu = 100 - 2 Ч 5,25 - 0,3 Ч 4,5 = 88,15 мм.

Угол подъёма витков фрезы на начальном цилиндре в расчётном сечении, необходимый для определения угла установки фрезы относительно обрабатываемого колеса:

sinгmu = Pzu ч рdmu = Pu Ч Zu ч рdmu (26)

sinгmu = 7,854 ч (3,14 Ч 88,15) = 0,02837.

Ход витков фрезы:

Pz0 = Pzu ч cosгmu = Pu Ч Zu ч cosгmu (27)

Pz0 = 7,854 Ч 1 ч cos3,08 = 7,871 мм.

Шаг витков фрезы:

Pх0 = Ри ч cosгmu (28)

Pх0 = 7,854 ч cos3,08 = 7,871 мм.

Угол наклона стружечных канавок:

гmu = 3,080.

Шаг стружечных канавок:

Pz = р Ч dmu Ч ctgлmu (29)



Pz = 3,14 Ч 88,15 Ч ctg3,08 = 5447 мм.

Диаметр выточки в отверстии фрезы:

dвыт = 1,05 Ч d0 (30)

dвыт = 1,05 Ч 40 = 42 мм.

Диаметр буртиков фрезы:

d1 = dau - 2Hk - 2 (31)

d1 = 100 - 2 Ч 15 - 2 = 68 мм.

4. Определение режима резания, силы резания и мощности резания

Назначение рациональных режимов обработки при зуб фрезеровании заключается в выборе наиболее выгодного сочетания подачи S и скорости резания V обеспечивающих в данных условиях наибольшую производительность обработки и наименьшую стоимость операции.

Чтобы уменьшить машинное время, следует работать с возможно большей и технологически допустимой подачей и соответствующей этой подаче скорости резания.

Скорость резания V определяется, как при обычном цилиндрическом фрезеровании:

V = (Cv Ч Dq) ч (Tm Ч Sxz Ч ty Ч Br Ч Zn) (32)

Где:

Сv - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия обработки, Сv = 41;

D - диаметр фрезы в мм.;

Т - стойкость фрезы в мин, T = 180 мин.;

Sz - подача в мм.;

Sz = 0,65;

t - глубина резания в мм.;

В - ширина фрезеруемой поверхности в мм., b = 10 мм.;

z - число зубьев фрезы, z = 14;

щ - угол наклона винтовой канавки фрезы в град;

щ = 3;

р, т, х, у - показатели степеней;

Кv - общий поправочный коэффициент па измененные условия обработки.

Кv = KПv Ч KMv Ч KИv

Кv = 1, т. е.: поправочный коэффициент;

Скорость резания увеличивается с возрастанием диаметра фрезы и угла со и уменьшается с увеличением стойкости, подачи, глубины резания, ширины фрезерования и числа зубьев фрезы. Средние величины рекомендуемых подач при нарезании прямозубых колес:

S0 = (Cs Ч Z0.14) ч M0.25мм ч об (33)

Где:

Сs - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

Сs = 2,65.

Размещено на Allbest.ru