Разработка конструкции протяжки для обработки шлицевого отверстия

Подъём заднего центра С на длине  L и половину угла корригированного бокового профиля зубьев и шлифовального круга w_к рассчитываем по формулам:

; ;

; ;

;

;

;

;

;

,

где l_A и l_E – углы между осью симметрии шлицевого паза детали и радиусами, проведёнными к точкам А и Е из центра О; d_A и d_Е – углы, дополняющие до q углы l_A и l_E; h_Е – высота шлицевого выступа детали или разность ординат точек А и Е, лежащих на окружностях расчётных зубьев с диаметрами D_A и D_У в системе XOY.

; ;

; ;

;

;

;

; ;

;

;

.

 

1.6. Обоснование выбора конструкций червячных фрез

 

Червячная фреза для обработки шлицевых валов – это обкаточный многолезвийный режущий инструмент, предназначенный для нарезания шлицев на валах на зубофрезерных станках.

Фрезы бывают черновые и чистовые нормальной и высокой (прецизионные) точности. В нашем случае, было принято решение о проектировании чистовой червячной фрезы для обработки эвольвентных шлицов. Применение только одной фрезы позволит достичь того качества поверхностей зубьев, которое предъявляется чертежом. Эвольвентный венец имеет модуль 3,5 мм. По конструктивному исполнению червячные фрезы бывают цельными (при модуле до 10 мм) и сборные (при модуле от 8 до 25 мм) [3]. Такие фрезы обычно изготавливают однозаходными, так как они обеспечивают большую точность окружного шага шлицев вала [3].

Следовательно, будем  проектировать чистовую однозаходную червячную фрезу.

 

1.7. Обоснование выбора материала рабочей части фрезы, выбор термообработки

 

Выбор материала режущей  части инструмента зависит от материала детали, его физических свойств, от качества фрезеруемой поверхности.

Фрезы обычно изготовляется  из быстрорежущей стали Р6М5 по ГОСТ 19265-73.

Быстрорежущие стали  получили широкое распространение  при изготовлении инструмента. Эти  стали обладают высокими твердостью (вторичной), износостойкостью, красностойкостью, прочностью и вязкостью, что обеспечивает высокую работоспособность инструмента, выполненного из них, его способность выдерживать большие силовые и тепловые нагрузки.

Состав данной марки  стали: вольфрам W - 6%; молибден Мо – 5%; хром Cr – 4%; углерод С – 0.85% [1].

Вольфрам придает быстрорежущей  стали красностойкость, а хром –  хорошую прокаливаемость, молибден повышает теплопроводность стали.

Инструменты, изготовленные из быстрорежущих сталей, работают со скоростями резания, превышающими в 2.5…3 раза скорости резания, достигаемые инструментами из углеродистых и легированных сталей.

Требования по термообработке фрезы назначаем 63…66 HRC_Э.

 

1.8. Проектирование червячной фрезы для обработки эвольвентных шлицев

 

Процесс проектирования червячной фрезы для обработки эвольвентного венца включает в себя несколько этапов – от определения инструментальной поверхности до разработки рабочего чертежа фрезы.

1.8.1. Выбор инструментальной поверхности

 

Инструментальной поверхностью червячной фрезы является винтовая поверхность исходного теоретического эвольвентного червяка, ось которого наклонена к торцу обрабатываемого прямозубого колеса на угол, равный углу подъема винтовой направляющей этого червяка γ_mo [4].

Технология изготовления червячных фрез основана на замене теоретического исходного эвольвентного  червяка на эквивалентный архимедов  червяк, как более технологичный. Этот метод профилирования принят для  чистовых червячных фрез. Архимедов червяк имеет прямолинейную образующую в его осевом сечении, что позволяет сохранить прямолинейность режущей кромки фрезы при переточках.

Угол профиля архимедова червяка можно определить аналитическим  расчётом или графическими построениями [4].

В итоге при замене эвольвентного червяка архимедовым достигается наименьшая погрешность профиля по сравнению с конволютным червяком.

Преимущественно поэтому  червячные фрезы изготавливают  на основе архимедова червяка.

1.8.2. Расчёт основных конструктивных размеров фрезы

Как уже говорилось выше, выбор конструктивных размеров червячных фрез, предназначенных для нарезания шлицевых валов с эвольвентным профилем, ничем не отличается от выбора размеров червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем зубьев, в связи с чем методика расчета их полностью совпадает. При расчете червячных фрез для шлицевых валов следует учитывать некоторые их особенности:

угол зацепления эвольвентно-шлицевых соединении равен 30°;

шлицевые валы имеют  укороченную высоту головки h_ao и зуба h_о.

Конструктивные размеры однозходных червячных чистовых фрез по ГОСТ 6637-80:

m₀ = 3,5 мм;    h_ao = 2,45 мм;

d_ao = 80 мм;    h_o = 4,90 мм;

d = 32 мм;     p_ao = 0,35 мм;

L = 71 мм;     p_fo = 1,05 мм;

z₀ = 10.

Изначально рассчитывается диаметр посадочного отверстия. От него зависит точность и жёсткость крепления фрезы. Но чрезмерные увеличения диаметра ведёт к увеличению общих габаритов фрезы.

В данном случае диаметр посадочного  отверстия принимаем по ГОСТ 6637-80: d = 32 мм.

Наружный диаметр d_ao определяют по условию

,

где – глубина стружечной канавки; – толщина тела фрезы в опасном сечении; С₁, b – размеры шпоночного паза по ГОСТ 9472-90.

При диаметре посадочного  отверстия D₀ = 32 мм: С₁ = 34,8^+0,2 (H12) мм, b = 7^0,09 (H11) мм, R = 1,2 мм.

k, k₁ – величины окончательного и предварительного затылования

,

.

R₁ = 2 мм – радиус закругления дна канавки.

Округляем расчётное значение до ближайшего из стандартного ряда, имеем d_ao = 90 мм.

Для окончательного уточнения D₀ и d_ao следует выполнить проверку по впадине стружечных канавок d_вп:

,

90 – 2*14,8 = 60,4 мм,

1,75*32 = 56 мм,

47 > 38,5, условие выполняется.

Общая длина фрезы  с учётом контрольных буртиков по ГОСТ 9324-80

,

где l_б = 4 мм – длина контрольного буртика. По контрольным буртикам проверяется торцовое и осевое биение фрезы при её установке на оправку.

Число зубьев фрезы z₀ влияет на качество поверхности при обработке, с этой точки зрения z₀ следует увеличить, однако при увеличении z₀ уменьшается ширина зуба, что уменьшает его прочность и число переточек. z₀ можно рассчитать по формуле

.

Принимаем по ГОСТ 6637-80 12 зубьев. В зависимости от z₀ назначается угол раскрытия стружечной канавки Θ = 18º. Задний угол на вершине зуба α_ао = 10…12º, а величина затылования равна

,

принимаем k = 4,5 мм.

Параметры зуба в нормальном сечении принимают равным параметрам зуба исходной инструментальной рейки. Рассчитываем шаг P_N0 и толщину зуба S_N0.

,

,

где для чистовых фрез – утолщение зуба инструментальной рейки для обеспечения теплового зазора в передаче.

Для сохранения точности фрезы при переточках и увеличения числа переточек вводится расчётное  сечение, смещенное от передней поверхности, в котором рассчитывается теоретический  диаметр начальной окружности, при m ≤ 4

На теоретическом цилиндре d_mo определяется угол подъёма резьбы исходного червяка

,

где а = 1 – число заходов червяка.

Следовательно можно установить осевой шаг зубьев P_xo

.

Определяем толщину  зуба в осевом сечении S_xo

.

1.8.3. Профилирование червячной фрезы

 

Так как профиль осевого  сечения технологического червяка  является криволинейным теоретически необходимо изготавливать по точкам, координаты которых рассчитывают. Однако из-за больших технологических трудностей изготовления, а главным образом и контроля теоретический профиль заменяют касательной, проведённой через среднюю точку на образующей. Как показала практика, подобная замена вполне допустима.

Чистовые червячные  фрезы профилируются в основном по архимедову червяку, профильные углы в осевом α_xoR и α_xoL рассчитывают по формулам:

где α_экв – угол профиля эквивалентного червяка; α – теоретический угол зацепления зубчатой передачи

.

Полученный угол принимают  за угол профиля архимедова червяка  в осевом сечении, т.е. α_xo = α_экв.

Шаг канавки рассчитываем по формуле

,

где d_m0 – диаметр начальной окружности в расчетном сечении

.

Передний угол γ_а = 0, угол наклона канавки λ_m0 = γ_m0.

Угол профиля зубьев червячной фрезы будет зависеть от формы и расположения передней поверхности. Для фрез с винтовым расположением стружечных канавок при λ_m0 > 0 и γ_а = 0 углы профиля правой и левой сторон будут искажаться за счет затылования. Для правой червячной фрезы углы профиля можно рассчитать по зависимости:

– для правой стороны:

.

– для левой стороны:

.

1.8.4. Назначение технических требований

1. Сталь Р6М5 ГОСТ 19265-73.

2. Твердость HRC 63...66.

3. Не полные витки притупить, чтобы толщина верхней части зуба по всей его длине была не менее 0,75 мм.

4. Отклонение от радиальной передней поверхности 0,025 мм.

5. Разность соседних окружных шагов не более 0,025 мм.

6. Накопленная погрешность  окружного шага стружечных канавок  не более 0,050 мм.

7. Отклонение направления  стружечных канавок на длине  100 мм до ±0,080 мм.

8. Погрешность зацепления  от зуба к зубу не более  0,008 мм.

9. Погрешность зацепления не более 0,014 мм.

10. Маркировать: m 3,5, 30°, В, 2°23¢42¢¢ Р6М5, товарный знак завода изготовителя.

11. Неуказанные предельные  отклонения размеров валов по h14, линейных размеров ±IT 14/2.

1.9. Расчет контрольных  калибров

1.9.1. Расчет калибров-колец комплексных проходных

 

1. Определение размера  М_кпр (рис. 1.1):

,

где d_b = d*cosa; d = z*m, следовательно

d = 26*3,5 = 91 мм,

d_b = 91*cos30° = 78,8083 мм.

 

Рис. 1.1. Общий вид калибр-кольца проходного

 

Величина определяется по формуле

,

где S_{t кпр} – толщина зуба номинальная окружная делительная

S_{t кпр} = Р_t – e_{t кпр} ,

где e_{t кпр} – ширина впадины номинальная окружная делительная определяется наибольшим размером толщины зуба шлицевого вала (рис. 1.1):

e_{t кпр} = S_{t наиб} или S_{t кпр} = Р_t – S_{t наиб}.

По значению inva_D2 находим a_D2. Подставляя полученное значение a_D2 определяем номинальный размер М_кпр.

e_{t кпр} = 5,672 мм,

Р_t = p*m = p*3,5 = 10,9956 мм,

S_{t кпр} = 10,9956 – 5,672 = 5,3236 мм,

inv30° = 0,05375,

,

a_D2 = 25,6685°

 мм.

2. Предельные отклонения  размера М_кпр аналогично, исходя из данных предельных отклонений ширины впадин калибра-кольца соответственно пересчитанных на толщину зубьев кольца.

S_{t кпр наиб.} = Р_t – S_{t наиб} + - наибольший размер для новых калибров;

S_{t кпр наим.} = Р_t – S_{t наиб} - - наименьший размер для новых калибров;

S_{t кпр износ.} = Р_t – S_{t наиб} + - размер для изношенных калибров.

Т.к. модуль m = 3,5, то = 0 мм, = - 0,006 мм, = 0,006 мм.

S_{t кпр наиб.} = 10,9956-5,672+0 = 5,3236 мм;

S_{t кпр наим.} = 10,9956-5,672-(-0,006) = 5,3296 мм;

S_{t кпр износ.} = 10,9956-5,672+0,006 = 5,3296 мм.

Подставляя полученные значения S_{t кпр} определяем угол , а затем находим размер по роликам (наибольший, наименьший, изношенный) калибра.

;

;

.

;

;

3. Предельная погрешность  профиля направления зубьев и  предельная накопленная погрешность  окружного шага, а также допуски  на размер по роликам не устанавливаются, так как кольцо при изготовлении припасовывается к контрольному калибру-пробке (рис. 1.3).