ВВЕДЕНИЕ

Расчет и проектирование зуборезного инструмента (ЗИ) является подсистемой более общей системы подготовки машиностроитель­ного производства и с учетом развивающегося адресного проектирования режущего инструмента (РИ) представляет довольно сложную многовариантную техническую задачу. Развитие гибких производст­венных систем (ГПС),  включающих систему инструментального обес­печения, делают необходимым автоматизированное проектирование РИ.

Использование ЭВМ представляет большие возможности на всех этапах создания ЗИ, поиск нужной информации и решений решение математически формулированных задач, в том числе оптимизационных автоматизация управления процессом проектирования оформление рабочей документация и т.д.

Успех применения ЭВМ при проектировании РИ зависит от пра­вильного распределения решаемых задач между человеком и машиной.

О предлагаемых методических указаниях в учебных целях взаи­модействие человека и ЭВМ происходит в диалоговом режиме. Сту­дент вынужден самостоятельно принимать решения на каждом этапе проектирования ЗИ начиная с анализа исходных данных, выборе инструментального материала надлежащего оборудования, вида об­работки и т.д. Обоснованность принятых студентом решений контро­лируется частично ЭВМ, а в большей мере качеством спроектирован­ного ЗИ.

Все методические указания рассматриваются с позиций требо­ваний ЕСКД, ЕСТД, ЕСДП.

В данном курсовом проекте разрабатываются: фреза червячная и долбяк.

Червячные фрезы для нарезания цилиндрических колес. При­меняются для чернового, получистового и чистового нарезания прямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес в диа­пазоне модулей 0,1—40 мм. В зависимости от назначения и разме­ров червячные фрезы изготавливаются классов точности ААА, АА, А, В, С и D и рекомендуются соответственно для нарезания зубчатых колес 5—6, 7, 8, 9 и 11-й степеней точности.

По способу соединения со станком фрезы делятся на насадные и хвостовые. При этом наибольшее распространение получили насадные фрезы, а хвостовые применяются только в случаях, когда небольшой диаметр не позволяет выполнить ее насадной, что наи­более характерно для червячных фрез, применяемых для нареза­ния червячных колес.

По направлению витков фрезы могут быть правозаходными и левозаходными, а по числу витков (заходов)—однозаходными и многозаходными.

По конструкции различают фрезы цельные, выполненные из целой заготовки, составные и сборные, у которых только зубья изготавливаются из инструментального материала. Червячные фрезы цельной конструкции нашли наибольшее распространение в промышленности. Они характеризуются большим разнообра­зием типов, подразделяемых по назначению (одно- и многозаходные, под шевингование или шлифование, черновые, чистовые), размерам (короткие и длинные, увеличенного диаметра), точности изготовления (классов ААА, АА и др.).

Форма профиля зубьев фрез зависит от формы профиля зубьев нарезаемых колес — эвольвентной, циклоидальной и др., которая при проектировании должна задаваться профилем исходного контура зубчатой рейки.

При расчете конструктивных элементов фрезы исходными параметрами колес являются: модуль m_n, угол зацеп­ления a_w, высота головки h_a и ножки h_f зуба, толщина зуба S_n.

Долбяки для цилиндрических колес с эвольвентным профилем зубьев применяются для нарезания методом огибания цилиндрических зубчатых колес с внешними и внутренними зубьями 6-8-й степеней точности. Долбяк представляет собой корригированное зубчатое колесо с прямыми или косыми зубьями, име­ющее положительную или отрицательную коррекцию, поэтому зацепление долбяка с зубчатым колесом в процессе обработки, которое обычно называется станочным зацеплением, аналогично зацеплению корригированной зубчатой передачи. Торцовое сече­ние долбяка, которое при зацеплении с колесом образует нулевую передачу, называют исходным сечением, отстоящим обычно от передней поверхности нового долбяка на расстояние А.

Расстояние от передней поверхности нового долбяка до исход­ного сечения считается положительным смещением исходного контура, а от торцового сечения предельно сточенного долбяка до исходного сечения — отрицательным смещением. В исходном сечении начальная окружность совпадает с делительной окруж­ностью, а размеры зубьев — толщина зуба по дуге делительной окружности, высота головки и ножки — будут равны соответ­ствующим размерам исходного контура рейки долбяка. В целях повышения срока службы долбяка целесообразно увеличить ис­ходные расстояния, однако данное обстоятельство ограничивается опасностью заострения зубьев или неполной обработкой рабочего участка профиля.

При большом значении отрицательного исходного расстояния возникает опасность подрезания зубьев колеса или среза вершины зуба. Так как конструктивные элементы долбяка: число зубьев, делительный диаметр, исходные размеры зубьев, углы резания — являются известными или обычно задаваемыми величинами, то расчет долбяка в основном сводится к определению оптимальных значений исходных расстояний для конкретных условий обработки.

Очевидно, что задаваемые исходные расстояния должны способствовать максимальному сроку службы долбяка и обеспечению правильности нарезания зубьев колеса. При этом долбяки, как с положительным, так и с отрицательным смещением исходного контура, т. е. при любой степени сточенности, должны обеспечивать требуемую точность обработки.

   В связи с этим так называемый проектный расчет долбяка для  нарезания конкретного изделия зубчатого колеса с заданными  размерами состоит из задания исходных расчетных параметров, определения исходных расстояний по лимитирующим факторам и размеров различных конструктивных элементов. Проектный расчет должен обеспечивать получение идентичных размеров на­резаемых зубьев колеса за весь срок службы долбяка, исключая опасность подреза ножки или неполной обработки головки зуба изношенным долбяком, а также образования большой переходной кривой новым долбяком.

Расчет режимов резания для фрезерования

Таблица 5

Параметр	Обозначение	Величина
Скорость резания табличная, м/мин	Vт	36
Подача табличная, мм/об	Sт	1,2
Поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от твердости материала	Kvm	0.9
Поправочный коэффициент на скорость резания от числа передвижек	Kvw	1
Поправочный коэффициент на скорость резания от угла наклона зубьев колеса	Kvb	1
Поправочный коэффициент на скорость резания от числа проходов	Kvn	1
Поправочный коэффициент на скорость резания от материала фрезы	Kvm	1
Поправочный коэффициент на скорость резания	Kv	0,9
Поправочный коэффициент на подачу	Ks	0,9
Действительная скорость резания, м/мин	Vд= Vт * Kv	32,4
Действительная подача, мм/об	Sд = Sт * Ks	1,08
Принятая подача, мм/мин	Sп	135
Частота вращения фрезы расчетная, мин-1		128,9
Частота вращения фрезы (по станку), мин-1	nп	127
Фактическая скорость резания, м/мин		31,9
Глубина резания, мм	T	0,5
Основное время, мин		8,39

Расчет режимов резания для долбления

Таблица 6

Параметр	Обозначение	Величина
Круговая подача табличная, мм/дв. ход	Sт	0,35
Скорость резания табличная, м/мин	Vт	22.5
Поправочный коэффициент на скорость резания и подачу от числа зубьев нарезаемого колеса	Kvz	1,2
Поправочный коэффициент на скорость резания и подачу от материала долбяка	Kvm	1
Поправочный коэффициент на скорость резания и подачу от твердости материала	KvМ	0,9
Поправочный коэффициент на скорость резания и подачу	Kv	1,08
Круговая подача фактическая, мм/дв. ход	Sф	0,378
Скорость резания фактическая, м/мин	Vф	24.3
Круговая подача по станку, мм/дв. ход	Sд	0,38
Скорость резания по станку, м/мин	Vд	25
Число двойных ходов долбяка в минуту	n=1000V/2L	290
Длина ходов долбяка, мм	L=b+l	43
Величина перебега долбяка в обе стороны, мм	L	8
Основное время долбления одной детали, мин		7,07
Радиальная подача, мм/дв. Ход	Sрад	0,076

Для обработки зубчатых венцов колес по двум вариантам, в соответствии с рекомендациями по выбору СОЖ при обработке легированной стали, применяем СОЖ МР-1 ТУ 38-101247-79.

6.    КРИТЕРИИ ИЗНОСА И ЗАТОЧКА ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

Рациональная эксплуатация червячной фрезы зависит от допускаемого износа при заданной их стойкости. Значения этих величин установлены исходя из максимально возможного числа переточек, снижения трудоемкости перетачивания и избежания прижогов при снятии больших слоев. Критерием затупления для червячной фрезы является износ по задней поверхности зубьев. Для модуля m=2,5 мм, обрабатываемого материала – легированная сталь, фреза червячная многозаходная, стойкость между двумя передвижками Т=240 мин, износ по задней поверхности зубьев h_з =0,8 мм [1, с.587, табл.13.56].

   Затачивание червячных фрез может осуществляться различными методами – многопроходного шлифования с делением на зуб после каждого двойного хода, глубинным методом торцом шлифовального круга из эльбора с продольной подачей 0,3-1 м/мин и поперечной подачей 0,2-0,5 мм. Во всех случаях затачивание червячных фрез рекомендуется производить с обильной подачей СОЖ в зону резания.

Затачивание червячных фрез с винтовой стружечной канавкой рекомендуется производить конической стороной шлифовального круга типа 4П с углом профиля, превышающим 15°, либо тарель­чатойформы.

Для уменьшения отклонений передней поверхности от ради­ального направления (органическая погрешность) целесообразно использовать также относительно малые по диаметру круги с боль­шими углами профиля. При затачивании червячных фрез с боль­шими углами наклона стружечных канавок (g
_m0 > 5°) и классов точности ААА, АА и А необходимый профиль передней по­верхности можно получить только с помощью специальных устройств для фасонной заправки шлифовального круга, которые имеются на специализированных заточных станках.

Для затачивания разработанной червячной фрезы применяется шлифовальный круг из материала — ЛО (Эльбор), зернистостью — 8 – 12, концентрация абразивных материалов — 100% и с бакелитовой связкой [1, с.594, табл.13.60].

Режимы затачивания для червячной фрезы приведены в таблице 7.

Таблица 7



Контроль качества заточки по параметрам профиля передней поверхности, окружному шагу и направлению канавок должен осуществляться в обязательном порядке в соответствии с уста­новленными требованиями с помощью измерительных приборов типа БВ5117.

Критерием затупления для долбяка является износ по задней поверхности зубьев. Для модуля m=3 мм, обрабатываемого материала – легированная сталь,  стойкость между переточками Т=300 мин, износ по задней поверхности зубьев h_з =0,5 мм [1, с.621, табл.13.82].

В процессе эксплуатации перетачивание зуборезных долбяков может выполняться на круглошлифовальных, плоскошлифовальных с круглым поворотным столом и универсально-заточных станках, а также специальных станках для заточки дол­бяков модели 3673. Установка при за­точке прямозубых долбяков должна производиться в соответствии с приме­ром на рис.1. Для затачивания применяются обычно круги характе­ристик 24А, 25Н, СМ1— СМ2, 7К7. Для уменьшения доводят кругами из карбида кремния зеленого (63С,8—3, СЗ, 6, Б6) или эльбора (Л5 и КБ). Радиусы по вершинам зубьев снимаются обычно вручную абразивными брусками 15А; 6—10; CM1.

Установка долбяков при заточке по передней поверхности

7.    ПУТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЗУБОРЕЗНОГО ИНСТРУМЕНТА

   Основными направлениями совершенствования зуборезного инструмента могут быть изменения его конструкции и изменение геометрических параметров его режущих элементов (зубьев).

Некоторые из возможных усовершенствований конструкции описаны ниже.

1.            Применение инструмента сборной конструкции. Для фрез это может быть применение составных червячных фрез (паяных, клееных, реже сварных), сборных червячных фрез с поворотными зубчатыми рейками. Долбяки также возможно выполнять сборными, с заменяемыми режущими пластинами.

2.            Применение червячных фрез с новыми схемами резания, такими как прогрессивная схема резания, сущностью которой является четных зубьев фрезы с уменьшенной высотой, нос номинальной толщиной зуба, а нечетных зубьев  - с номинальной выстой и уменьшенной толщиной зуба. Подобная схема позволяет избежать взаимодействия стружек, одновременно снимаемых тремя режущими кромками фрезы, но недостатком ее является то, что эвольвентный  профиль колеса образуется только зубьями с номинальной толщиной, в результате чего снижается точность обработки.

Другой возможной прогрессивной схемой может быть схема, предусматривающая выполнение четных и нечетных зубьев с номинальной толщиной, но при этом все четные или нечетные зубья изготавливаются с уменьшенной высотой, что способствует более благоприятным условиям зубообработки.

   Для предварительного зубофрезерования зубчатых колес крупных модулей могут применяться червячные фрезы с волнистым профилем всей режущей кромки.

   Червячные фрезы с полукруглыми стружкоразделительными канавками на вершине зуба, смещенными по фазе на 90° у следующих друг за другом по винтовой линии четных и нечетных зубьев, обеспечивают исключение из взаимодействия стружек, снимаемых вершиной и двумя боковыми режущими кромками. Стружка в этом случае разделяется на 3 части. Все зубья в этом случае могут иметь одинаковую номинальную толщину и высоту.

   Имеет место применение многозаходных червячных фрез, у которых зубья, например, первого или второго заходов выполнены с волнистым профилем для предварительной обработки профиля зубчатого колеса , а зубья последнего (второго или третьего) захода имеют номинальный стандартный профиль для окончательной обработки.

   Просты в изготовлении и эффективны в эксплуатации червячные фрезы, модификация профиля которых состоит в снятии стружкоразделительной фаски под углом 40° к вершинной режущей кромке попеременно с одной стороны (правой или левой) у следующих друг за другом по винтовой линии зубьев.

3.            Применение обдирочно-чистовых фрез  многозаходных фрез, изготавливаемых в диапазоне модулей 6-20 мм. Данные фрезы изготавливаются с одним или двумя черновыми заходами и имеют одновременно, по крайней мере, один чистовой заход с окончательным профилем зуба.

ВЫВОД

В курсовом проекте были проведены расчеты по проектированию зуборезного инструмента: червячной фрезы и долбяка также были проведены расчеты геометрии получаемых зубчатых колес по обоим вариантам, расчеты режимов резания, режимов заточки для обоих зуборезных инструментов. Также были внесены предложения по дальнейшему совершенствованию выбранных зуборезных инструментов и их модификации. Выбранные инструменты полностью удовлетворяют заданным параметрам обработки и обеспечивают требования к зубчатым колесам.

Курсовой проект был полностью выполнен на ПК. В процессе подготовки КП были освоены и использованы следующие программы:

-                      программы для проектирования режущих инструментов, разработанные преподавателями кафедры «Технологии Горного Машиностроения»;

-                      программа автоматизированного проектирования «AutoCAD 14»;

-                      текстовый редактор «Microsoft Word 7.0».

ЛИТЕРАТУРА

1.                  Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч./ В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. – Ч. 1. 543 с., ил.

2.                  Методические указания к выполнению курсового проекта под ред. С.П. Шаменко. ДГИ, Киев НМК ВО 1992.

3.                  Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев , Г. В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 846 с.: ил.

4.                  Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Под ред. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 656 с., ил.