Реферат: Проектирование дереворежущих фрез

И. Т. Глебов,

Д. В. Неустроев

Оборудование отрасли: Проектирование

дереворежущих фрез

Методические указания для выполнения учебных заданий, курсовых и дипломных проектовстудентами

очной и заочной форм обучения

направления 656300 «Технологиялесозаготовительных и деревообрабатывающих производств»

специальности 260200 «Технологиядеревообработки» по дисциплине «Оборудование отрасли»

Екатеринбург2004

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания относятся кпроектированию цельных насадных фасонных фрез.

Они могутбыть использованы при изучении дисциплины «Оборудование отрасли»,«Резание древесины и дереворежущий инструмент», «Организацияинструментального хозяйства», при прохождении учебных практик, а также привыполнении курсовых и дипломных проектов студентами специальностей 170402,260200 очной и заочной форм обучения.

В основу методических указанийположены разработки

А. Э. Грубе, Е. Г. Ивановского, В.В. Малышева.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

/>
Цельная насадная фасонная фреза — наиболее распространенный фрезерный инструмент.Она предназначена для обработки поверхностей деталей сложного профиля. Главныетребования, предъявляемые к фрезе, относятся к безопасности работы и удобствузаточки зубьев. Кроме того, независимо от числа переточек зубьев в процессе эксплуатацииих угловые и линейные параметры должны оставаться неизменными. Это достигаетсятем, что задание поверхности зубьев (их затылки) выполняют по спирали Архимедас полярным уравнением R = a j, где R — радиус спирали, мм; а — коэффициент пропорциональности, мм/град; j — текущий полярный угол,град.

Здесь а = k /j,где k — величина падения кривой затылка зуба.

Затыловку зубьев по архимедовой спирали делают натокарно-затыловочных станках. Корпус фрезы на станке вращается непрерывно, азатыловочный резец совершает возвратно-поступательное радиальное движениедвижение на участке каждого зуба.

Фреза, затылованная по спиралиАрхимеда, дает погрешность по заданному углу резания на величину 1...2°.

На рис. 1. показаны основныеэлементы и параметры фрезы.

Элементы фрезы. Фрезавключает зубья 1 с передними гранями 3 и затылками 4. Между зубьями расположенымежзубовые впадины 2 с задними гранями впадин 5. Для крепления на станке корпусфрезы имеет ступицы с опорными торцовыми поверхностями 6. Зубья снабжены главными7 и боковыми 8 режущими кромками.

Параметры фрезы. Каждаяфреза характеризуется совокупностью числовых значений основных ивспомогательных параметров.

Основными параметрами фрезыслужат наружный диаметр D, диаметр посадочногоотверстия d, углы резания: передний g, заострения b, задний a иугол резания d; угол косойобточки затылка зуба t, угол выходазатыловочного резца w; величинападения кривой затылка зуба k, ширина зуба фрезыВ.

Вспомогательные параметрыфрезы: диаметр ступицы d1, диаметрторцовой выточки d2, диаметр выточкипосадочного отверстия d', радиус закруглениявпадин r, радиус закругления торцовой выточки r1, ширина ступицы b,глубина торцовой выточки b1,расстояние от опорной торцовой поверхности до выточки посадочного отверстия l, высота профиля зуба в нормальном (радиальном) сеченииh'.

АНАЛИЗ ПРОФИЛЯ ДЕТАЛИ

Профиль детали, подлежащийобработке проектируемой фрезой, должен быть подвергнут анализу. Результатоманализа могут быть следующие выводы:

— профиль пригоден для обработкицельной фрезой;

— профиль должен быть упрощен,изменен для обработки цельной фрезой;

— профиль деталиможет быть обработан составной фрезой.

Наиболее трудными дляпрофильного фрезерования являются поверхности детали перпендикулярные осивращения фрезы. Эти поверхности формируются боковыми режущими кромками фрезы.Если задний угол боковой режущей кромки будет равен нулю, то профиль деталипри последующих переточках фрезы будет сохраняться, но при работе эти кромкибудут сильно нагреваться, изнашиваться, затупляться. Во избежание этого набоковых кромках приходится делать поднутрение с углом l= 1...1,5° (рис. 2 а) или проектировать составные фрезы с заднимуглом при боковой кромке, что делает инструмент сложным и дорогим.

Рис. 2. Проектирование зуба фрезы

а – поднутрение боковой кромки со стороны передней грани;

б – изменение профиля детали в точке С

/>У профиля деталив точке С (рис. 2 б) поверхность точек перпендикулярна оси вращенияфрезы и для нее присущи вышеуказанные трудности. Для устранения этого недостаткасчитают возможным изменить профиль детали в этой точке так, чтобы криваяповерхность в точке С была бы наклонна к оси вращения под углом 80°, за счет этого размер профиля ВС увеличиваетсяна 0,08...0,4 мм, а боковой зазор становится равным 1,5°.

На рис. 3 показаны другие примеры видоизмененияпрофиля детали.

Если профиль детали односторонний,несимметричный с прямолинейными участками, перпендикулярными оси вращенияфрезы (рис. 4), то цельную фрезу проектировать можно. В этом случае линии затылказуба фрезы делаются не перпендикулярными оси вращения, а с косой обточкой t = 2...4°,что обеспечивает такой же задний угол для боковых режущих кромок. При последующихпереточках профиль зуба смещается вправо, но сохраняется.

Случаи проектирования цельнойфрезы. На основании проведенного анализа профилей детали можно сделатьвывод, что цельную фасонную насадную фрезу допускается проектировать вследующих случаях:

— для профилей, ограниченных криволинейными поверхностямии прямыми, параллельными оси вращения фрезы или наклонными к ней под углом до80°;

— для профилей односторонних, несимметричных спрямолинейными участками перпендикулярными к оси вращения фрезы. Для таких профилейзубья затачивают с поднутрением или с косой боковой обточкой кромок затылка.

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФРЕЗЫ

Численные значения параметровфрезы зависят от многих факторов: скорости главного движения, шероховатостиобработанных поверхностей детали, условий труда (ручная, механизированнаяподача), сложившихся традиций и практического опыта. Скорость главного движенияпри фрезеровании имеет значения в пределах 20...40 м/с при частоте вращенияфрезы 3000...12000 мин-1. Исходя из этого наружный диаметр D принимается из следующего ряда чисел.

Тип фрезерного станка Легкий Средний Тяжелый

D, мм

60; 80; 100 100; 120; 140 140; 160

Диаметр посадочного отверстияd связан с наружным диаметром фрезы Dсоотношением

d » (0.25...0.33)D.

(1)

Полученное значение посадочногоотверстия d округляют до нормализованного изряда (ГОСТ 6636-74), мм:

22;27; (30); 32; (35); 40; 50; 60; 70.

Число зубьев фрезы Z = 2; 4; 6. Меньшее значение Zпринимают при работе на станке с ручной подачей. Длястанков с механической подачей Z = 4; 6.

Выбор угловых параметров.Угловые параметры фрез приведены в табл. 1.

У фасонной фрезы режущие кромкина передней грани АВ (рис. 5), формирующие высоту обрабатываемогопрофиля h, имеют различные радиусы вращения.Так для наружных точек А радиус вращения равен R,а для нижних точек Врадиус вращения равен R — h. В связи с этим при переходе от точки Ак точке В углы задний a ипередний g увеличиваются до aн и gн. Они математически связаныследующими формулами:

(2)

При проектировании фасоннойфрезы надо стремиться к тому, чтобы значения gи gн, a и aнбыли близки к табличным. Для этого значения gи a, принятые по табл. 1, надонесколько уменьшить.

Таблица 1.

Численные значения угловых параметров фрез

Назначение фрезы Угол, град:

передний g

задний a

обточки боковой поверхности (t)

поднутре-ния (l)

Фрезерование вдоль

волокон:

— мягких лиственных и хвойных пород;

— твердых лиственных

пород.

Фрезерование поперек

волокон твердых пород.

Фрезерование в торец.

10...15

2...4

Величина падения кривойзатылка зуба k, мм:

(3)

Угол выхода затыловочногорезца. Затыловочным резцом обрабатывают затылки зубьев фрезы на токарно-затыловочномстанке. Угол выхода w необходимдля того, чтобы затыловочный резец, обработав затылок предыдущего зуба, успелвыйти в исходное положение для обработки затылка последующего зуба.

Значение w= 0,3 w0для цилиндрических фрез и w= (0,11...0,17) w0при обработке оченьглубоких профилей. Здесь w0= 360°/Z.Минимально возможный угол w =10...12°.

Материал для изготовленияфрез. Фрезы изготавливают из высоколегированных сталей марок Х12Ф, Х12М,9Х5ВФ, Х6ВФ.

/>ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯФАСОННОЙ ФРЕЗЫ

Дано. Наружный диаметрфрезы D, диаметр посадочного отверстия d, число зубьев фрезы Z,уточненные значения углов переднего gи заднего a, чертеж профиляобрабатываемой детали показан на рис. 6.

Требуется. Выполнить чертежфасонной фрезы.

На основании выбранных исходныхданных чертят фрезу в следующем порядке [1].

1. Проводят геометрические осис пересечением в точке О (рис. 7). Из центра О проводятокружность диаметром D.

2. Полученную окружность делят на равные части почислу зубьев, и вершины зубьев обозначают порядковыми номерами 1, 2, 3, 4.

3. Проводят линии переднихграней зубьев, расположенных под углом g.Для этого сначала проводят вспомогательную окружность радиусом r1, мм:

(4)

Линии передних граней пройдуткасательно к этой окружности.

4. Переходим к построению линиизатылков зубьев. Для упрощения построений линии архимедовой спирали заменимдугами окружностей. Центры их расположены на вспомогательной окружности срадиусом r2, мм:

(5)

Из центра О проводят этуокружность, и из вершин зубьев 1, 2, 3, 4 в сторону вращения фрезы проводяткасательные прямые линии. Полученные точки касания О1, О2,О3, О4 есть четыре линии затылков зубьев.Из этих центров, радиусами О11, О12, О13,О14 проводят дуги окружностей внешних затыловочных кривых.

5. Из центра фрезы проводятвспомогательную окружность радиусом r, мм:

(6)

где h — высота профиля детали, т. е.расстояние между верхней и нижней точками профиля.

/>На переднихгранях зубьев получаются точки 1', 2', 3', 4', соответствующие началу нижнихзатыловочных кривых. Из центров О1, О2, О3,О4 проводят дуги нижних затыловочных кривых. Аналогично проводяти другие затыловочные линии, расположенные между внешними и нижними затыловочнымилиниями.

6. Для вычерчивания межзубовойвпадины из центра О проводят вспомогательную окружность радиусом r3, мм:

(7)

где y — величина запаса, y = 5...10 мм;

r4 — радиус впадин, мм.

Радиус впадины r4 зависит от диаметра фрезы D.

Диаметр фрезы D,. мм 60...80 80...100 120...140 160...180

Радиус впадин r4, мм

3...4 4...5 5...6 6...8

На окружности радиусом r3 расположены центры окружностей впадин.

При оформлении впадин можноиспользовать два приема.

Во-первых, центры окружностейвпадин могут быть расположены в точках пересечения передних граней сокружностью радиуса r3. Этот приемрекомендуют для случаев, когда угол g£ 23°; когда D > 140 мм, Z > 4 при любыхзначениях g.

Во-вторых, окружности радиуса r4 проводятся касательно к линиям передних гранейиз центров, расположенных на окружности радиуса r3.Этот прием используют при g > 25°и небольших диаметрах фрез.

7. Для определения положениязадней грани впадины строят центральный угол w — угол выхода затыловочного резца. Один из лучей угла w пересекается с нижней затыловочнойлинией в точке N. Задняя грань впадин проходитчерез эту точку касательно к окружности радиусаr4.

8. На передних гранях к центруот нижней затыловочной линии откладывают отрезок 2...5 мм и получают точку Р.Из этой точки проводят вторую касательную линию к окружности радиуса r4. Межзубовая впадина готова.

9. Одну из внешних затыловочныхкривых проводят до пересечения с радиусом фрезы, проходящим через вершинузуба. Получаем вершину падения затылка зуба k.

10. Контур фрезы обводят, вспомогательные линиипостроения удлиняют.

11. На полученном контуре фрезы(рис. 8) проводят окружность посадочного отверстия диаметром d и линию фаски диаметром d0= d + 2 a, где а — размер фаски, а = 0,5...1,0 мм.

12. Проводят окружность опорнойступицы диаметром d1, мм:

d1= d+ 2D,

(8)

где D — ширина опорной ступицы,мм. Ее значение принимают в пределах 5...15 мм в зависимости от диаметра фрезыD.

Диаметр фрезы D, мм 60 80 100 120 140 160 180 Значение D, мм 5 6 6,5 7,5 10 12,5 15

13. Для вычерчивания второйпроекции фрезы ниже справа от полученного контура в масштабе изображаютпрофиль обрабатываемой детали (см. рис. 8). Профиль должен быть расположен так,чтобы деталь, при подаче ее справа налево, лежала бы на столе широкой стороной.На профиль наносят все размеры.

14. Строят прямоугольник состоронамиD и В. Ширина фрезы В,мм:

В = В1 + (3...5),

(9)

где В1 — шириназаготовки, мм.

/> <td/> />
За счет косой обточки вертикальных кромок затылка профиль зубьев фрезы припереточках смещается вправо. Поэтому размер В следует больше сместитьвправо относительно профиля детали.

15. Вычерчивают профиль зубьевфрезы на второй проекции, используя первую проекцию и профиль детали. При этомпоказывают разрез 1/4 фрезы.

16. Изображают контуры ступицы.Ширину ступицы b принимают в зависимости отширины фрезы В:

Ширина фрезы

В, мм

до 20 25 30 35 40 45 50 60 70 Ширина ступицы b, мм b = B 20 20...25 25...30 25...30 30...36 36...40 40...48 45...50

17. Для облегчения шлифованияпосадочного отверстия в нем делают выточку. Ширину опорных поясков l берут в зависимости от ширины ступицы b:

Ширина ступицы b, мм

20 25 30 36 40 45 50

Ширина опорных поясков l, мм

- 8 10 12 12 15 15

Диаметр выточки d', мм:

d' = d + 2.

(10)

18. Для уменьшения массы фрезы с обоих ее сторонделают кольцевые выточки. Выточки делают на токарном станке.

Диаметры кольцевых выточек d2 и d3принимают конструктивно, но так, чтобы выточка не подходила бы к нижнейпрофильной поверхности затылка зуба ближе, чем на 2...3 мм.

Глубина выточки b2 при симметричном расположении ступицы, мм:

(11)

где b1 — величина превышения опорной поверхностиступицы над дном выточки; b1 =1,5...3,0 мм.

Глубина выточки b'2 и b"2при несимметричном расположении ступицы, мм:

b'2 = (B — b) x + b1,

b"2 = (B — b)(1 — x) + b1,

(12)

где х — коэффициентнесимметричности.

При х = 0...0,49 ступицасмещена вправо, при х = 0,51...1,0 ступица смещена влево, при х =0,5 ступица расположена симметрично.

Углы выточки скругляют галтельнорадиусом r = 1,5...2,0 мм.

19. Вертикальные линии зубьев выполняют споднутрением или боковой обточкой затылка (см. анализ профиля детали).

20. При окончательном оформлениичертежа линии построения убирают, а видимые линии обводят.

ПРОФИЛИРОВАНИЕ ЗАТЫЛКОВ ЗУБЬЕВ

Профилирование затылка зуба естьпроцесс определения размеров профиля затылка в радиальном сечении по заданномупрофилю обрабатываемой детали.

Различают два методапрофилирования: графический и аналитический. Первый метод обладает хорошейнаглядностью, но невысокой точностью, второй метод обеспечивает высокуюточность, но не дает наглядности. Профилирование затылка зуба фрезы возможнокривыми спиралями Архимеда или дугами окружности.

Профилирование с затыловкой зубьев по спиралиАрхимеда.

Процесс профилирования заднейповерхности зуба выполняют в следующем порядке.

1. Внизу слева на поле чертежавычерчивают в масштабе профиль обрабатываемой детали (рис. 9 ).

2. Кривую поверхность профиляпроизвольно делят на несколько (например 7) участков с граничными точками1...8. Эти точки сносят вправо горизонтальными прямыми линиями на вертикальнуюось фрезы и получают соответственно точки 10...80.

3. Радиусом фрезы из центра О,лежащего на вертикальной оси 10...80, через точку 10проводят внешнюю окружность фрезы. В точке пересечения этой окружности с горизонтальнойлинией 8...80размещают вершину зуба а. Под переднимуточненным углом g проводятпереднюю грань зуба.

4. Строят затыловочную граньзуба по спирали Архимеда. Для этого центральный угол зуба 360°/Z делят напроизвольное число n (например 7) равных углов360°/(Z n) и откладывают их навнешней окружности фрезы, получая точки а,б,в,ги т. д.

Величину падения кривой затылка k находят по формуле k = p D tga/Z и тоже делят на число nи получают величину падения кривой затылка на длине одного участка kn= k/n. Затем в конце первого участка от точки б порадиусу фрезы откладывают значение 1 kn= бб’, в конце второго участка от точки в откладываютзначение 2 kn= вв’, вконце третьего – 1 kn= гг’и т. д. Полученные точки а’, б', в', г' идругие соединяют спиралью Архимеда, которая образует внешнюю затыловочнуюкривую.

5. На секущей плоскости А — Аотмечают положение проецируемых точек 1...8.

/>
Находят точку пересечения секущей плоскости А— А с линиейN— N,параллельной вертикальной оси фрезы. Из центра О1 точки 1...8переносятся из секущей плоскости на линию N — N. Из полученных точек линии N— N проводятгоризонтальные линии, точки пересечения указанных линий с вертикальными линиями,проведенных из соответствующих точек профиля детали, лежат на искомой кривойлинии радиального сечения затылка зуба. Контрпрофиль радиального сечениязатылка зуба является профилем затыловочного резца, с помощью которого формируютсязатылки зубьев.

/>
Профилирование с затылов/>койзубьев по дуге окружности.

Порядок профилирования вомногом схож с тем, что описано выше. Первые три пункта сходятся полностью.

Для построения затыловочныхкривых надо найти центр О1 (рис. 10), который лежит в точкекасания радиуса затылка к окружности с радиусом r2= D sina/2. Из центра О1проводят затыловочные дуги. Через центр О1 проходитрадиальная секущая плоскость А— А. Остальные построениясовпадают полностью с вышеописанными.

Аналитический методпрофилирования. При аналитическом методе профилирования ординатырадиального сечения затылка зуба hзатнаходятся по ординатам характерных точек профиля обрабатываемой детали hпроф по формулам:

при затыловке по спиралиАрхимеда

hзат = hпроф — y D tga;

(13)

при затыловке по дуге окружности

(14)

где y — центральный угол между радиусамифрезы, один из которых проходит через вершину зуба, а другой через точкупересечения передней грани с нижней затыловочной кривой, град; y =gн-g.

ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА

Чертеж выполняется всоответствии с требованиями ЕСКД и действующих ГОСТов (рис.9).

Чертеж фрезы являетсятехническим документом, определяющим форму, размеры, точность, материал,термообработку и другие сведения, необходимые для ее изготовления и контроля.

Чертеж должен содержатьминимальное число видов, разрезов и сечений, но достаточное для определения ееформы и возможности постановки размеров. На нем указывают размеры, ихпредельные отклонения, отклонения формы, расположения, шероховатостьповерхностей и другие параметры фрезы, которые она должна иметь в результатеокончательного изготовления.

Чертеж должен быть снабженосновной надписью (штампом).

При простановке значений угловыхпараметров следует учесть, что вместо среднего угла a на чертеже проставляют размер падения кривой затылка зуба k в пределах центрального угла одного зуба. Поскольку построениеодного затылка велось не по спирали Архимеда, а по дугам окружности,. тозначение k рассчитывают по формуле (3).

Посадочное отверстие выполняют спосадкой Н и квалитетом 7, например Æ25Н7. Шероховатость поверхностей фрезы указывают с параметром Ra.

Рекомендуемый переченьтехнических требований.

1. HRCэ= 57...61.

2. Неуказанные предельныеотклонения размеров: отверстий Н14, валов h14,остальных ± IT14/2.

3. Радиальное биение зубьев неболее 0,05 мм.

4. Торцевое биение боковыхрежущих кромок не более 0,04 мм.

5. Допустимый дисбаланс не более5 г×см (принимают 1 г×см на каждый килограмм массы фрезы,если ее масса не превосходит 10 кг).

6. Все нешлифованные поверхностиобдуть песком.

7. Фрезу испытать на разрыв причастоте вращения n = 1,5 nраб,где nраб — рабочая частота вращения.

8. Покрытие хим. окс. прм.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Глебов И. Т., Неустроев Д. В.Справочник по дереворежущему инструменту. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн.акад., 2000.– 253 с.