А.М. Романенко Расчет и конструирование фрез с затылованными зубьями на ЭВМ

1

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Фрезерование является высокопроизводительным процессом механической обработки, широко используется в современном машиностроении и металлообработке. При этом применяются различные виды фрез и фрезерных головок.

Цель данной работы - изучение конструктивных элементов дисковых фрез с затылованными зубьями, а также методов автоматизированного проектирования геометрических параметров таких фрез.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Фреза представляет собой тело вращения, на поверхности которого выполнены режущие зубья. В процессе фрезерования осуществляются два движения: вращение фрезы вокруг своей оси - главное движение и движение подачи.

Фрезы с затылованными зубьями получили широкое распространение в промышленности и применяются преимущественно для деталей с фасонным профилем. Кроме фрез специального назначения, с затылованными зубьями изготавливается ряд фрез стандартного типа: полукруглые, выпуклые, вогнутые, пазовые. Фрезы с затылованными зубьями делятся на две группы: с нешлифованным профилем и шлифованным профилем. Основное преимущество затылованных фрез заключается в том, что они дают неизменный и идентичный профиль обрабатываемой детали в течение всего периода своей эксплуатации. Самыми существенными недостатками фрез с затылованными зубьями являются невозможность выбора большого числа зубьев и значительное биение вершин по их окружности, в пределах 0,04 - 0,12 мкм. Первый недостаток обусловливается особой формой зубьев, второйотсутствием операции круглого шлифования фрезы по окружности зубьев, так как фреза с затылованными зубьями перетачивается только по передней поверхности.

2.1.Выбор кривой затылования.

Дисковые фасонные фрезы изготавливают с затылованными зубьями с целью получения положительного заднего угла резания, а также обеспечения неизменности геометрических параметров профиля зуба фрезы при последующих переточках в процессе эксплуатации. В качестве кривой для затылования могут быть использованы: архимедова спи-

2

раль, логарифмическая спираль, прямая и др. Однако на практике применяется в основном только архимедова спираль. Объясняется это, прежде всего, проточкой изготовления кулачков для затылования. Так как для архимедовой спирали величина приращения радиуса вектора прямо пропорциональна величине приращения полярного угла, то обработку кулачка можно осуществить на любом станке вращательным и поступательным движениями, согласованными с указанными выше приращениями. Кроме того, кулачки являются универсальными, т.е. могут быть использованы для фрез различных диаметров. Ни логарифмическая спираль, ни прямая такими возможностями не обладают. Кулачки для них изготовлять довольно сложно, причем для каждого диаметра фрезы требуется отдельный кулачок. Каждая кривая затылования должна обеспечивать положительные задние углы для всех точек режущих кромок, причем при переточках они должны оставаться достаточными по своей величине и удовлетворяющими процессу резания. С этой точки зрения архимедова спираль также дает вполне удовлетворительные результаты.

Уравнение архимедовой спирали в полярной системе координат имеет вид

S = AQ,

где S- радиус вектор к рассматриваемой точке спирали; Q- полярный угол в радианах в рассматриваемой точке спирали; А- постоянный коэффициент, характеризующий размеры спирали .

Для задней поверхности зуба инструмента задний угол резания в любой точке зуба фрезы есть угол, заключенный между нормалью к радиусу- вектору и касательной к виткам спирали Архимеда ( рис. 1).

Из дифференциальной геометрии известно, что

2.2.Расчет конструктивных элементов и геометрических параметров фрез с затылованными зубьями.

Наружный диаметр фрез зависит от принятого диаметра посадочного отверстия, высоты зуба и определяется по формуле

где Д - наружный диаметр фрезы; d - диаметр посадочного отверстия; Н- высота зуба

3

Выбор диаметра посадочного отверстия осуществляется из условия жесткости крепления фрезы на оправе. Для цельных фрез диаметром от 40 до 100 мм диаметр отверстия выбирается равным 16 ... 32 мм.

Высота зуба выбирается таким образом, чтобы обеспечить выход за-

где h- высота затылуемого профиля; K- величина затылования; r- радиус

где tga - величина заднего угла на вершине зуба. Обычно задний угол

где Sокр - окружной шаг зубьев

Для чистовых зубьев окружной шаг Sокр= ( 1,3...1,8 )H, а для черновых

Sокр = ( 1,8...2,5 )H.

Угол профиля стружечной канавки (Θ ) выбирают равным 180... 300. Передний угол у затылованных фрез большей частью принимают рав-

ным нулю. Объясняется это тем, что положительный передний угол усложняет расчет, изготовление и контроль фрез, а также вносит погрешность в профиль детали после переточки, поэтому положительный передний угол принимают только для черновых фрез.

2.3.Алгоритм расчета геометрических параметров дисковых фрез с затылованными зубьями на ПЭВМ.

Цель данного расчета определение величины кулачка для затылования, величины углов характерных точек профиля зубьев фрезы в различных плоскостях.

Чертеж затылованного зуба показан на рис.2.

4

Рис.1 Спираль Архимеда

Рис. 2. Зуб фрезы с затылованием

5

Исходными данными для расчета являются: число зубьев фрезы Z,

радиус фрезы R, высота профиля зуба h, задний угол при вершине зуба

α B .

Порядок расчета.

1.Расчет величины затылования кулачками:

К = 2πZR tgα B . 2.Расчет величины заднего угла в точке 1:

α 1 = α B .

3.Определение угла поворота радиуса-вектора при переходе из одного положения в другое:

ϕ = 23 • 2Zπ .

4.Расчет заднего угла в точке 2:

α 2 = Agα 1− ϕ .

5.Определение радиуса окружности через точку 3 у дна впадины:

8.Расчет заднего угла в сечении плоскостью 0-0:

Результатами расчета являются геометрические параметры, необходимые для оформления рабочего чертежа фрезы.

6

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Получить задание.

2.Произвести расчет необходимых конструктивных параметров.

3.Произвести расчет геометрических параметров на ПЭВМ.

4.Сделать рабочий эскиз фрезы.

4.ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать результаты расчетов конструктивных и геометрических параметров фрезы, а также эскиз рассчитанной фрезы со всеми необходимыми размерами.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Сахаров Г.Н. и др. Режущий инструмент.- М.: Машиностроение,

1989.

2.Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ: Учеб. пособие для втузов / О.В. Таратынов, Г.Г. Земсков и др.; Под ред. О.В. Таратынова - М.: Высш. шк., 1991.

7

Составитель Андрей Михайлович Романенко

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФРЕЗ С ЗАТЫЛОВАННЫМИ ЗУБЬЯМИ НА ЭВМ

120200 “Металлорежущие станки и инструменты”

Редактор Е.Л. Наркевич

ЛР № 020313 от 23.12.96

Подписано в печать 20.10.99. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 0,5. Тираж 100 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.