Проведения анализа точности обработки шлицев детали

 При цилиндрическом фрезеровании радиальная составляющая силы резания отжимает фрезу от обрабатываемой заготовки, изгибает оправку и оказывает давление на подшипник шпинделя станка.

Горизонтальная составляющая силы резания P_h воздействует на механизм подачи. С учетом максимальной величины этой силы рассчитывают звенья механизма подачи и элементы крепления заготовки в приспособлении.

Вертикальная составляющая силы резания P_v при зубофрезеровании значительно влияет на точность обработки. Она используется при решении на определение точности размеров детали и ее формы.

Кроме того, при фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями (червячная фреза) действует еще осевая составляющая силы резания Р_х [5]. Она стремится сдвинуть фрезу вдоль оправки.

Мы имеем:

(3.9)

 

По справочникам можно  определить отношение между P_{y max} и P_{z max}, а так же отношение между P_{v max} и P_{h max}:

     (3.10)  [6, стр. 133, форм.]

 (3.11)    [2, стр. 69, форм. 69]

 

Из (3.9) – (3.11) определим отношение между P_{z max} и P_{v max}:

 

Þ 

Отсюда получим  P_{v max} » 0,477 P_{z max}  (3.12)

Итак, из формулы (3.12) мы найдем максимальную вертикальную составляющую силы резания:

1) Для стандартной фрезы:

- При встречном фрезеровании  стандартными фрезами 

= 3470 Н

- При попутном фрезеровании  стандартными фрезами 

 

2) Для фрезы с прогрессивной схемой резания:

- При встречном фрезеровании  червячной фрезой с прогрессивной схемой резания:

 

- При попутном фрезеровании  червячной фрезой с прогрессивной схемой резания:

 

Все вычисленные значения максимальной вертикальной составляющей силы резания проводят в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 – Вычисленные результаты максимальной вертикальной составляющей силы резания

Вид фрезы	Рv max , Н при зубофрезеровании
	Попутное	Встречное
Стандартная	2547	3470
С прогрессивной схемой фрезой	1935	2270

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Оценка точности обработки шлицев на ведомом валу червячной фрезой

 

4.1 Точность обработки  шлицев червячной фрезой

 

Под точностью обработки  детали понимается ее соответствие требованиям  чертежа: по размерам, геометрической форме, правильности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей и по степени  их шероховатости [1].

Требуемая точность обработки  детали определяется характером ее работы в действующей машине, или, иначе  говоря, ее служебным назначением, отвечающим служебному назначению самой машины. Так как служебное назначение деталей в машине и самых машин  различно, то и требования, предъявляемые  к деталям машин в смысле точности, различны. Наиболее высокие требования точности обычно предъявляются  к  обработке деталей, влияющих на конечную точность машины, длительность срока  ее эксплуатации машин при нормальных условиях работы или экономичность  эксплуатации машины, например, расход энергии в машинах, расход топлива  в двигателях и т. п.

Основой задачей механической обработки является экономичное  изготовление деталей, удовлетворяющих  всем требованиям точности и другим техническим условиям, вытекающим из служебного назначения.

Понятие макрогеометрической  точности детали, то есть точности, которая  поддается оценке путем измерения  размеров детали или отклонений от них, включает в себя:

- точность формы элементарных  поверхностей детали в сравнении  с таким же геометрически правильными  поверхностями (плоскостность, цилиндричность, конусность).

- точность взаимного расположения  элементарных поверхностей детали  в сравнении с геометрически  правильным их сочетанием (их  параллельность, соосность, перпендикулярность).

- точность размеров детали  в сравнении с заданными (по  диаметрам, длинам и расстояниям).

Обычно, кроме указанных  макрогеометрических параметров точности, понятие точности обработки включает в себя еще и микрогеометрический  параметр – чистоту поверхность. Но чистота поверхности зависит  от свойств материала инструмента  и детали, геометрии инструмента  и других факторов, определяющих воздействие  режущей кромки (или кромок) инструмента  на материал в процессе резания и  совершенно отличных от факторов, влияющих на макрогеометрическую точность обработки. Поэтому вопрос о чистоте поверхности  чаще всего рассматривается отдельно от других вопросов, связанных с  точностью обработки.

В некотором случае (например, в нашем случае при обработке  шлицев на зубофрезерном станке) точность формы и взаимного расположения обработанных поверхностей определяется совместно, а не отдельно. В этих случаях понятие точности формы  плоской или криволинейной поверхности  заменяется понятием точности формы  тела детали, ограниченного плоскими или криволинейными поверхностями [5]. Таким образом, подлежат два параметра точности: точность формы и точность размеров обработанной детали. Последний находится в зависимости от первого.

 Согласно ГОСТ 24643 – 81, что в зависимости от отношения между допуском размера и допусками формы устанавливают следующие уровни относительной геометрической точности: А – нормальная относительная геометрическая точность (допуски формы составляют примерно 60% допуска размера); В – повышенная относительная геометрическая точность (допуски формы составляют примерно 40% допуска размера); С – высокая относительная геометрическая точность (допуски формы составляют примерно 25% допуска размера) [6]. Поэтому прежде всего рассматриваются отклонения точности формы обработанной детали. Оценка о точности обычно заменяется более удобным для практически оценкой об отклонениях, погрешностях или ошибках.

При этом в большинстве  случаев нет надобности знать  точную величину действительного отклонения: достаточно лишь убедиться, что оно  не выходит за пределы установленного допуска.

Необходимость в механической обработке возникает во всех случаях, когда форма и размеры заготовки  не соответствуют форме и размерам детали. При полном соответствии формы  и размеров заготовки и детали механическая обработка не нужна; чем  меньше это соответствие, тем больше возрастает объем механической обработки.

Высокие требования, предъявляемые  к обработке детали, при малом  соответствии заготовки готовой  детали обусловливают необходимость  многооперационной механической обработки.

При многооперационной обработке  точность заготовки постепенно возрастает после выполнения каждой технологической  операции, и обработка заканчивается  операцией, после окончания которой  величина погрешности укладывается в допуск на готовую деталь. Таким  образом, операционные допуски располагаются  между допусками на заготовку  и на готовую деталь в порядке  уменьшения при переходе от предыдущей операции к последующей.

В этой работе мы будем рассматривать  шлицевую обработку и ее точность на одной операции (в одну установку).

Погрешность зубьев, нарезанных на зубофрезерных станках, зависит  от ряда факторов: погрешности заготовки  и ее базирования относительно оси  стола станка, погрешности червячной  фрезы, станка и жесткости системы  СПИД. Последняя оказывает значительное влияние на точность профиля зуба.

Проведённые исследования [7] показывают, что при зубодолблении колес на станке 514 до 75% погрешность колебания профиля на одном зубе колеса образуется только за счет отжатия заготовки от долбяка под действие переменной силы резания. То же происходит и при зубофрезеровании. Под действием переменной силы за оборот фрезы изменяется “межосевое расстояние” фреза – заготовка, происходит рассогласование вращения фрезы и заготовки, что вызывает радиальное биение нарезаемого колеса и погрешность профиля зуба. Чем больше колебание силы, тем больше погрешность.

При зубофрезеровании оценка точности обработки шлицев наблюдается  несовпадением реального профиля  от теоретического. Это зависит от прогиба заготовки и смещением  толщины зуба при постоянной хорде  между реальным и теоретическим  профилями. 

Постоянной хордой называется хорда между точками касания  профилей зубьев с исходным контуром рейки, в нормальном к зубу сечении, при симметричном расположении рейки относительно оси симметрии зуба [8].

 

Рисунок 4.1 – Схема смещения профиля зуба в процессе обработки

Из рисунка 4.1 выводим зависимость между прогибом f и односторонним смещением толщины зуба при постоянной хорде DS:

DS = f.tga   (4.1)

 

где a - угол эвольвентного профиля шлица, a = 30^о.

Заданная точность обеспечивается тогда, когда выполнено условие:

(T – T_S) > 2.DS    (4.2)

Или  

 

И так стандартное  значение DS  должно быть:

 

где T_S – поле допуска собственно толщины зуба, мкм;

       T – суммарный допуск, включающий отклонение собственно толщины зуба T_S и отклонение формы и расположения элементов профиля зуба, мкм; то есть (T – T_S) – отклонение (допуск) формы и расположения профиля зуба.

Эти допуски установлены  ГОСТ 6033 – 80 по трем видам центрирования: по боковым поверхностям зубьев, наружному  диаметру и по внутреннему диаметру [7]. Для нашего случая вала 65´3,5´7f ГОСТ 6033 – 80 с центрированием по боковым сторонам зубьев определим допуски T и T_S .

Из ГОСТа 6033 – 80: es = - 25 мкм, es_e =  - 40 мкм, ei = - 65 мкм, и Т = 40 мкм, Т_S = 25 мкм (рисунок 4.2).

   es – основное (суммарное) отклонение;

   es_e – верхнее отклонение;

   ei – нижнее отклонение;

Рисунок 4.2 -  Схема полей допусков по толщине зуба

 

Мы имеем:

     (4.4)

Тогда:

   (4.5)

Где Р = Р _{z max} – максимальная вертикальная сила резания, Н.

Е = 2.10⁵ МПа – модуль упругости обрабатываемого материала.

J = 488774 мм⁴ – момент инерции сечения заготовки.

 

4.2 Расчет точности обработки шлицев

 

1) Для стандартной фрезы:

- При встречном фрезеровании стандартными фрезами:

 

Как вышесказанное,  действительное значение должно быть добавленно. Это значит так:

 

Неравенство (4.3): мкм > 7,5 мкм не выполнено. Это значит, что точность обработки шлицев не обеспечена.

- При попутном фрезеровании стандартными фрезами:

 

 

Действительное значение :

 

Неравенство (4.3): мкм < 7,5 мкм было выполнено. Это значит, что точность обработки шлицев обеспечивается.

 

2) Для фрезы с прогрессивной  схемой резания:

- При встречном фрезеровании червячной фрезой с прогрессивной схемой:

 

 

 

 

Действительное значение :

 

Неравенство (4.3): мкм < 7,5 мкм было выполнено. Это значит, что точность обработки шлицев обеспечивается.

- При попутном фрезеровании червячной фрезой с прогрессивной схемой:

 

 

Действительное значение :

 

Неравенство (4.3): мкм < 7,5 мкм было выполнено. Это значит, что точность обработки шлицев обеспечивается.

Все полученные результаты вычисления смещения толщины зуба сводят в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 – Вычисленные результаты смещения толщины зуба

Вид фрезы	Рv max , Н при зубофрезеровании		Смещение толщины зуба при постоянной хорде , мкм		Стандартное   мкм
	Попутное	Встречное	Попутное	Встречное	7,5
Стандартная	2547	3470	5,5	7,9
С прогрессивной схемой фрезой	1935	2270	4,1	4,8

 

 

Из полученных значений смещения толщины зуба при хорде 2DS можно производить к выполнению сравнения точности между методами обработки шлицев:

- По виду зубофрезерования:

+ При встречном зубофрезеровании:

Мы имеем:

DS₁ = 7,9 мкм > DS₃ = 4,8 мкм

Это значит, что точность обработки шлицев на валу червячной фрезой с прогрессивной схемой резания больше точности обработки шлицев стандартной червячной фрезой на  = 1,65 раз. 

+ При попутном зубофрезеровании:

Мы имеем:

DS₂ = 5,5 мкм > DS₄ = 4,1 мкм

 

Это значит, что точность обработки шлицев на валу червячной фрезой с прогрессивной схемой резания больше точности обработки шлицев стандартной червячной фрезой на    = 1,34 раз.