Проектирование зуборезного инструмента

1. Проектирование зуборезного инструмента.

 

Задание: Спроектировать специальный инструмент для обработки зубьев зубчатого венца с модулем m=5 мм, уголом профиля α=300, ГОСТ 6033-80. Так как диаметр зубчатого венца и степень точности не заданы, то назначаем диаметр 180 мм и степень точности 11.

.

 

1.1 Обоснование метода выбора обработки зубчатого венца.

 

Обработка по методу обкатывания осуществляется обкаточными инструментами и основана на обкатывании без скольжения центроид режущего инструмента и заготовки, при котором профиль изделия получается как огибающая различных положений режущей кромки. К таким инструментам относятся червячные фрезы, долбяки, зуборезные гребенки, шеверы, дисковые и червячные шлифовальные круги.

 Метод обкатывания позволяет  нарезать зубья непрерывно, вследствие чего повышается производительность и точность обработки. Кроме этого инструментом одного модуля можно нарезать колеса с различным числом зубьев, что сокращает номенклатуру инструментов [2, стр. 115].

Так как по заданию производство серийное, то выбираем зубофрезерование червячной фрезой на зубофрезерном станке.

Метод зубофрезерования является высокопроизводительным и достаточно точным. Для материала рабочей части выбираем быстрорежущую сталь Р6М5, так как она применяется для всех видов инструмента при обработке углеродистых сталей [6, стр. 90].

 

 

 

 

1.2 Проектирование червячной фрезы.

 

1. Выбор конструкции фрезы.

Рис. 1.Общий вид червячной зуборезной фрезы.

 

где  - наружный диаметр фрезы;

- диаметр буртиков;

- диаметр посадочного отверстия;

- диаметр делительной окружности;

L – общая длина фрезы;

L1 – длина рабочей части фрезы;

ℓб – длина буртиков;

Z0 – число зубьев фрезы;

- диаметр впадин;

Н – высота зуба;

К – величина окончательного затылования;

К1 – величина предварительного затылования;

С1, b – размеры шпоночного паза;

θ – угол раскрытия стружечной канавки;

R1 – радиус закругления дна стружечной канавки;

С* - величина шлифованной части затылованного зуба;

- угол подъёма витка.

По данным задания наилучшим  вариантом в выборе инструмента обработки  шлицевого вала с эвольвентным  профилем является червячная фреза.

Червячные фрезы (см. рис. 1) применяют для черновой и чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, шлицевых валов и т.д.

Червячные фрезы согласно ГОСТ 9324-80Е изготавливают 3 типов и 4 классов точности.

Тип 1 – фрезы цельные прецезионные класса точности АА модулей m=1…10мм; тип 2 – фрезы цельные общего назначения классов точности

А и В; С, Д с m=1…12мм ;тип 3 – фрезы сборные общего назначения классов точности А, В, С, Д с m=8…25мм.

Этими фрезами обрабатывают колеса и венцы 7-11 классов точности (ГОСТ 1643-81). Размеры фрез m=0,1…1мм классов точности АА, А и В регламентируются ГОСТ 10331-81.

Так угол зацепления равен α=300. Выбор конструктивных размеров для обработки шлицевых валов ничем не отличается от выбора размеров червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем, в связи чем методика их расчета полностью совпадает [6, стр. 566]. Особенностью является то, что шлицевые валы имеют укороченную высоту головки hа0 и зуба h0.

Из выше изложенного следует, что будем проектировать однозаходную цельную червячную фрезу с α=300. Для шлицевого вала 11-й степени точности согласно ГОСТ 6637-80 назначаем фрезу класса точности Д.

 

2. Инструментальная поверхность.

Инструментальной поверхностью для червячной фрезы является винтовая поверхность исходного червяка, ось которого наклонена к торцу обрабатываемого эвольвентного колеса (и образующей инструментальной рейки) на угол βу, равный углу подъема винтовой линии этого червяка γmo [2, cтр. 115 ].

Однако червячные фрезы на основе эвольвентного исходного червяка сложнее в изготовлении, быстро теряют точность при переточках из-за уменьшения диаметра, поэтому более часто применяют фрезы, в основу которых положен архимедов исходный червяк с прямолинейной образующей в осевом сечении, наиболее близкий по точности (эквивалентный) к эвольвентному, угол профиля которого можно определить аналитическим расчетом или графическим методом [2, cтр. 117 ].

При замене эвольвентного червяка архимедовым достигается наименьшая погрешность профиля нарезаемых колес по сравнению с конволютным червяком. Преимущественно поэтому червячные фрезы изготавливают на базе архимедовых червяков.

 

3. Основные параметры обрабатываемой детали и инструмента.

По данным задания обрабатываемой деталью является шлицевый вал с эвольвентным профилем зубьев диаметром Ø180 мм и модулем m =5 мм с центрированием по боковым поверхностям.

Номинальные размеры шлицевого вала с модулем m=5 мм. [3, табл. 25].

-номинальный диаметр соединения D=180 мм.

-число зубьев Z0=34.

-диаметр делительной окружности  d=42 мм;

  db=147,224 мм;                                                                            

  dа=179 мм;                                          

  е=S=10,452 мм.

Остальные размеры по ГОСТ 6033-80:

ha=0.45m=0.45*5=2.25 мм,

hf=0.55m=0.55*5=2,75 мм,

h= ha + hf =2.25+2,75=5 мм;

df уменьшается на 0.1m при обработке червячной фрезой [3, прил. 1 ].

df = dа –2h-0.1m =179-2*5-0.1*5=168,5 мм

Шаг шлицев:

P=π*m= π*5=15,707963

 

Рис. 2.Параметры шлицевого вала по ГОСТ 6033-80.

 

Рейка с модулем m может входить в зацепление с зубчатыми колесами данного модуля m. Поэтому профиль зуба рейки принято считать исходным контуром зубчатой передачи данного модуля. Принцип зацепления с рейкой использован для зацепления режущий инструмент – обрабатываемое колесо. По исходному контуру передачи разработан исходный контур инструментальной рейки, являющийся основой для проектирования зуборезных инструментов [2, стр. 99].

Параметры инструментальной рейки [2, стр. 100]:

-модуль m 0= m =6 мм, P0= P=18.549558 мм;

hа0= hf+0.1m/2=3.3+0.1*6/2=3.6 мм,

hf0= hа0=3,6. мм

-толщина зуба по делительной окружности:

  S0= P0/2+ =18.55/2+0.2=9.625 мм.

 

-полная высота зуба

  h0= hа0+hf0=3.6+3.6=7.2 мм.

 

 

 

 

 

Рис. 3. Параметры инструментальной рейки.

 

 

 

4. Основные конструктивные размеры фрезы [2, cтр. 120].

 

-диаметр фрезы

  D0=20m0,373=39,016 мм;

Расчетное значение следует окружить до ближайшего большего из нормального ряда диаметров D0=40 мм.

-наружный диаметр фрезы определяется  по условию[2, cтр. 120]:

  dao≥2Н+2р’+2(С1-0,5 D0)

  где, Н=2,5m+(K+K1)/2+R1

Н-глубина стружечной канавки

  р’ ≥(0,25…0,3) D0

р-толщина тела фрезы в опасном сечении

р’=0,3*40=12мм.

С1, b – размеры шпоночного паза по ГОСТ 9472 – 90

При диаметре посадочного отверстия D0=40 мм имеем С1(Н12)=43,6мм, R=0,3 мм, мм.

К, К1 – величина окончательного и предварительного затылования (для предварительных расчетов) [2, cтр. 120]:

  К1=(1,2…1,4) К – для фрез нормальной точности.

  R1=2 мм – радиус закругления дла канавки.

               

 

Округляем расчетное значение до ближайшего из стандартного ряда dao=125мм.

 

Для окончательного уточнения D0 и dao следует выполнить проверку dвп по впадинам стружечных канавок[2, cтр. 120]:

 

Условие выполняется, это говорит о том, что данная фреза будет удовлетворять требованиям по прочности зубьев фрезы. Так же на основании этого равенства можно сказать, что нет необходимости выбирать больший наружный диаметр из стандартного ряда.

 

-установление длины рабочей части фрезы L1:

длину рабочей части фрезы, можно определить по точкам пересечения окружности наружного диаметра обрабатываемого колеса и линии наружного диаметра червячной фрезы [2, cтр. 121]:

    где Z – число нарезаемых зубьев, зубчатого колеса.

               

    Для равномерности износа по всем зубьям длина L1 увеличивается на (1…4)Px0 [2, cтр. 121]. Предварительно принимаем: .

 

-общая длина фрезы с учетом контрольных буртиков [2, cтр. 121]:

               

    где  - длина контрольных буртиков, принимаем .

               

– Диаметр контрольных буртиков [2, cтр. 121]:

 

Принимаем  .

 

-число зубьев фрезы предварительно можно определить по зависимости [2, cтр. 121]:

    где hао=6,3 мм – высота профиля  зуба фрезы.

6

Для фрез нормальной точности принимаем: .

Угол стружечной канавки выбирается в зависимости от z0 (для фрез нормальной точности) [2, cтр. 121]:  θ=180

 

-величина затылования уточняется по формуле [2, cтр. 121]:

               

    где  - задний угол на вершине зубьев, принимаем .

 

 

 

-толщина шлифованной части зуба  при m>4 С≥1/3 от полной толщины зуба по наружному диаметру.

-шаг стружечной канавки [2, cтр. 122]:

где  dm0 – диаметр начальной окружности, мм.

-передний угол γа=0.

-Угол наклона канавки λmo=γmo.

Параметры зуба в нормальном сечении принимают равным параметрам зуба исходной инструментальной рейки.

Рассчитываем шаг РN0, он  равен шагу шлицев [2, cтр. 122]:

РN0= Р=π*m=18.549558 мм;

h0=7.2 мм;

pa0=0.25m=0.25*5=1.25 мм;

ρf0=0.3m=0.3*5=1.5 мм;

           R=1…2 мм;

           SN0= S0=9.625 мм.

При m >4 мм во впадине выполняется канавки выхода шлифовального круга. Для сохранения точности фрезы при переточках и увеличения числа переточек видимое расчетное сечение, смещенное от передней поверхности, в котором рассчитывается теоретический диаметр начальной окружности[2, cтр. 122]:

dm0= da0-2 ha0-0,2К=125-2*3,6+0,2*5,77=116,646

 

На теоретическом цилиндре dmo определяется угол подъема резьбы исходного червяка [2, cтр. 123]:

          

    где  - число заходов исходного червяка, .

               

 

 

 

5. Профилирование червячной фрезы.

Чистовые червячные фрезы профилируют в основном по архимедову червяку. Рассчитаем профильные углы в осевом сечении.

 

Шаг зубьев [2, cтр. 124]:

Для равномерности износа по всем зубьям длину L1 увеличиваем на 2Px0.

L1+2 Px0=64+2*18,87454=101,74908 мм

Предварительно принимаем: .

 

Угол профиля эквивалентного червяка [2, cтр. 123]:

 

Угол профиля архимедова червяка:

Для правой червячной фрезы углы профиля[2, cтр. 124]:

 а) для правой стороны:

 б) для левой стороны:

 

Толщина зуба в осевом сечении находится по формуле [2, cтр. 124]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Профиль зубьев червячной фрезы в осевом сечении.

 

2.3 Технические требования.

 

 

1. Сталь Р6М5, HRCэ 63…66.
2. На всех поверхностях фрезы не должно быть трещин,  раковин, заусенцев, следов коррозии; на шлифованных поверхностях не должно быть прижогов, забоин и выкрошенных мест.
3. Неполные витки притупить так, чтобы толщина верхней части зуба по всей его длине была не менее 4 мм.
4. Радиальное биение буртиков ≤0,016мм.
5. Торцовое биение буртиков ≤0,010мм.
6. Радиальное биение по вершинам зубьев ≤0,063мм.
7. Разность соседних окружных шагов ≤0,04мм.
8. Погрешность зацепления от зуба к зубу не более 0,025мм.
9. Погрешность зацепления ≤0,025мм.
10. Накопленная погрешность окружного шага стружечной канавки ≤0,08мм.
11. Отклонение направления стружечной канавки на длине 100 мм до ±0,08мм.
12. Неуказанные предельные отклонения размеров по: h16, Н16 размеров  ±
13. Маркировать: материал режущей части: м 6 300 В Р6М5; товарный знак завода изготовителя.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

В данном курсовом проекте были спроектированы специальные инструменты для обработки пазов шлицевой втулки i82×5×Н7×9Н ГОСТ 6033-80 и зубьев зубчатого венца модулем m=6 мм, с углом профиля α=300, диаметром 50 мм и степенью точности нарезаемого колеса 9 ГОСТ 6033-80.