Дипломная работа: Исследование и проектирование червячной фрезы с комбинированной передней поверхностью
При изменении угла профиля происходит перераспределение нагрузки между вершиной и боковыми режущими кромками. При уменьшении угла профиля нагрузка на вершинную кромку увеличивается, а на боковые кромки – снижается.
Недостатком этих фрез является то, что они применимы только для обработки колеса определенных размеров, для которого они спроектированы, как видно из (1). Кроме того, с уменьшением угла профиля фрезы величина задних углов на боковых режущих кромках уменьшается. Этот недостаток можно устранить, применив достаточно сложную операцию углового затылования боковых задних поверхностей зубьев.
Схема работы стандартной фрезы (рис.1.4) характерна тем, что в работе одновременно участвуют две или три режущих кромки зуба, которые срезают слои неодинаковой толщины. Наиболее толстый слой срезает вершина, тоньше срезает входная режущая кромка и самый тонкий слой - выходное лезвие. Наиболее интенсивно изнашивается задняя грань выходного лезвия, несмотря на то, что толщина среза мала. Этот износ локализуется вблизи вершины в форме треугольника, и вдоль него очень часто можно видеть глубокую царапину, образовавшуюся в результате прорыва режущей кромки. Задняя грань остальной активной части лезвия, изнашивается весьма слабо. Повышенный износ этой грани объясняется отсутствием достаточной площадки для схода срезаемой стружки. Последнее, вызвано отклонением вершинной стружки в сторону выходной стороны. Очевидно, для того чтобы увеличить стойкость фрезы, необходимо обеспечить лучшие условия для сбега стружки (см. приложение 1 и 2).
На рис.1.5 приведен профиль зуба червячной модульной фрезы с прогрессивной схемой резания [9]. Как видно, сущность данной схемы резания заключается в том, что зубья фрезы вдоль витка с нечетными номерами срезают стружку только вершинами, в то время как зубья с четными номерами срезают стружку только боковыми сторонами. Такая схема обеспечивает свободный сход стружки при работе всех режущих кромок и высокую стойкость фрезы. Предлагаемая схема очень сходна с прогрессивной схемой резания протяжек, поэтому и названа нами прогрессивной.
Для осуществления прогрессивной схемы резания необходимо, чтобы зубья с нечетными номерами были завышены и одновременно заужены относительно зубьев с четными номерами, имеющими профиль зубьев стандартной фрезы. К недостаткам данной конструкции фрезы можно отнести более сложную технологическую операцию затылованию зубьев. Во-первых, необходим не один, а 2 различных профильных круга, во-вторых, зубья необходимо затыловать по очереди, сначала, например, четные, потом - нечетные, что ведет к увеличению времени обработки.
В своей основе процессы зубонарезания и токарной обработки имеют много общего. Рассмотрим несколько интересных классических решений, применяемых при конструировании токарных резцов с целью повышения их стойкости и производительности [7]. Токари высокой квалификации издавна применяли резцы «ложкой» или «резцы с выкружкой» (рис.1.6а). На основании своего многолетнего практического опыта они установили, что резцы с выкружкой «легче» работают и «меньше дробят», меньше вибрируют, даже при работе на изношенных станках с люфтами. Динамометрические опыты проф. Н.Н.Саввина еще в начале ХХ века показали, что указанная форма резцов, всегда связанная с уменьшением угла резания, снижает силу резания на 20-30%. Выкружка увеличивает поверхность контакта резца со стружкой, что уменьшает удельное давление на контактной поверхности и улучшает теплоотвод. Указанная форма передней поверхности, соответствующая естественному износу, способствует завиванию стружки в спирали, медленно отходящие от заготовки. Были также предложены конструкции резцов с уменьшенной передней поверхностью, которая фактически превращалась в фаску 2-3 мм (рис.1.6б). Угол резания на фаске составлял 60-700 . За фаской делалась глубокая выкружка, так что касательная в начале выкружки составляла со второй координатной плоскостью всего 300 . Однако, наблюдения за износом резцов с выкружкой или с укороченной передней поверхностью показывают, что износ уменьшается лишь в первый минуты работы, затем фаска сужается, ввиду концентрации на себе давления резания и тепла. Поэтому, такие резцы хоть и работают при меньших силах, но имеют недостаточный период стойкости.
Резцы с фаской вместо передней поверхности не получили распространения, но небольшая фаска, сделанная на передней поверхности, перешла в конструкцию современных инструментов, так как она предупреждает их выкрашивание и увеличивает стойкость.
1.2 Цель и задачи дипломного проекта
Обобщая результаты анализа можно сделать следующие выводы:
1. Предложенные методы решают проблему неравномерного износа зубьев фрезы только в каком-то конкретном случае, для определенных условий обработки и параметрах заготовки.
2. Для случаев, когда силы резания велики, и проблема недостаточной стойкости фрез стоит особо остро (при обработке крупных зубчатых колес), предложенные методы требуют больших экономических затрат, и поэтому могут быть реализованы только в условиях массового производства.
На основании данных выводов можно сформулировать цель дипломного проекта: повышение стойкости червячных модульных фрез.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ особенностей резания червячными фрезами.
2. Рассчитать фрезу измененной конструкции.
3. Провести расчет сил резания при фрезеровании данной фрезой.
4. Разработать технологию чистовой обработки рабочих поверхностей червячной фрезы.
5. Провести внедрение результатов проектирования в учебный процесс.
6. Изложить ряд требований по экологичности и безопасности процессов, рассмотренных в дипломном проекте.
7. Провести расчет экономической эффективности от внедрения в производство проектируемой фрезы.
2. Обоснование конструкции червячной фрезы с комбинированной передней поверхностью.
Как было отмечено в разделе 1.1 одной из причин повышенного износа червячных модульных фрез являются стесненные условия резания и неблагоприятная геометрия зубьев (передний угол равен 0), обусловленная требованиями точности профиля нарезаемых колес. Стойкость таких фрез можно повысить, если на передней поверхности зубьев фрезы образовать подточку глубиной а и шириной l . Подточки выполняют только вдоль вершинных режущих кромок; их шаг равен шагу винтовых стружечных канавок (см. приложение 2).
Повышение стойкости фрез с комбинированной передней поверхностью по сравнению со стойкостью стандартных фрез объясняется следующим. Как было показано в разделе 1.1, при зубофрезеровании каждый зуб червячной фрезы срезает строго определенную стружку. Одни зубья срезают стружку только боковыми или вершинными кромками (свободное резание), другие - вершиной и одной или двумя боковыми кромками (Г-образная и П-образная стружка; несвободное резание). Зубья, имеющие наибольший износ и определяющие стойкость фрезы, срезают, как правило, П-образную стружку (см. приложение 1).
У стандартной фрезы вершинные и боковые кромки зубьев образованы общей передней поверхностью и плавно соединяются между собой через радиусные участки. При резании они снимают сплошную стружку П-образной формы. Элементы стружки, срезаемые различными кромками, сходят по общей передней поверхности и наталкиваются один на другой, вследствие чего направление их схода изменяется. Это ведет к дополнительной деформации стружки, увеличению силы и работы резания (иногда на 30-40%) по сравнению со свободным резанием и, в конечном счете, к снижению стойкости фрезы.
У фрезы с комбинированной передней поверхностью вершинные и радиусные кромки образованы поверхностью подточки, а боковые - такой же, как и в предыдущем случае, передней поверхностью. Стружка, срезаемая вершинными и радиусными кромками, сходит по поверхности подточки, а стружка, срезаемая боковыми кромками, - по передней поверхности. При этом стружка разделяется и отдельные ее элементы свободно сходят не наталкиваясь друг на друга. Их деформация, а следовательно, и работа резания уменьшается, а стойкость фрезы возрастает.
Таким образом, достигается тот же эффект от разделения стружки, что и у фрез с прогрессивной схемой резания [9] (рис. 1.5). Фреза с комбинированной передней поверхностью представляет собой как бы фрезу с прогрессивной схемой резания, у которой каждая пара завышенных и заниженных зубьев совмещена в одном. Кроме того, на вершинах зубьев фрезы, удаляющих около 50% металла из впадины, благодаря подточке можно создать оптимальный положительный передний угол g, обеспечивающий повышение периода стойкости инструмента.