Книги, научные публикации
Министерство образования Российской Федерации Ульяновский государственный технический университет РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Ульяновск 2003 Министерство образования
Российской Федерации Ульяновский государственный технический университет РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов спец. 120100 всех форм обучения Часть 2 Составители: Г. И. Киреев, В. В. Демидов М. Ю. Смирнов Ульяновск 2003 УДК 621.9.(075) ББК 34.63 я7 Р 33 Режущий инструмент и основы проектирования режущего инструмента:
Сборник лабораторных работ для студентов специальности 12.01.00 / Сост.
Г. И. Киреев, В. В. Демидов, М. Ю. Смирнов. Часть 2. - Ульяновск: УГТУ, 2003. - 35 с.
Методические указания написаны в соответствии с Государственным образователь ным стандартом профессионального образования по направлению подготовки дипломиро ванных специалистов 657800 - Конструкторско-технологическое обеспечение машино строительных производств, специальности 120100 - Технология машиностроения и 120200 - Металлообрабатывающие станки и комплексы и на основе Примерной програм мы дисциплины Режущий инструмент, утвержденной МО РФ 12.11.2001 г. Во вторую часть сборника входят три лабораторных работы, посвященных исследованию и изучению современных конструкций зуборезных инструментов и особенностям формообразования их режущих частей.
Сборник подготовлен на кафедре Металлорежущие станки и инструменты.
УДК 621.9.(075) ББК 34.63 я Р Рецензент к.т.н., доцент кафедры УТехнология машиностроенияФ М. А. Белов Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета.
й Оформление УГТУ, СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.................................................................................Е...............Е......... 1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОЦМОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ...........Е........Е.ЕЕ 1.1. Цель работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ 1.2. Принципиальные вопросы профилирования червячно-модульных фрезЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ. 1.3. Контроль и расчет некоторых конструктивно-геометрических параметров фрезыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 1.4. Порядок выполнения работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 1.5. Контрольные вопросыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ. 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЯМОЗУБЫХ ДОЛБЯКОВ...........................................Е 2.1. Цель работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 2.2. Особенности конструкции долбякаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ 2.3. Указания к измерению основных конструктивных и геометрических параметров долбякаЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 2.4. Порядок выполнения работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 2.5. Контрольные вопросыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНО - ШЛИЦЕВЫХ ФРЕЗ...ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.......................... 3.1. Цель работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 3.2. Проектирование и применение червячно-шлицевых фрезЕЕЕЕЕ.. 3.3. Контроль профиля зубьев червячно-шлицевой фрезыЕЕЕЕЕЕЕ. 3.4. Порядок выполнения работыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. 3.5. Контрольные вопросыЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ. ПРИЛОЖЕНИЯЕЕЕЕЕЕ...ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................Е. ВВЕДЕНИЕ Повышение эффективности металлообработки в значительной степени зависит от качества применяемого металлорежущего инструмента. Поэтому инженер-механик по металлообработке должен получить высокую профессио нальную подготовку в области проектирования и эксплуатации металлорежу щего инструмента.
Главной целью выполнения лабораторных работ является усвоение и за крепление теоретических знаний студентов, полученных на лекциях.
Лабораторные работы выполняются бригадой из 2Ц3 студентов. Вначале студенты изучают общие сведения по теме лабораторной работы и уясняют цель работы, а затем тщательно изучают методику ее выполнения. После обсу ждения с преподавателем содержания лабораторной работы и правил по техни ке безопасности при ее выполнении студенты выполняют экспериментальную часть работы в присутствии преподавателя.
Закончив экспериментальную часть работы, студенты обрабатывают ре зультаты и составляют отчет по форме протоколов, приведенных в приложе нии. В заключение студенты должны защитить выполненную лабораторную работу, ответив преподавателю на контрольные вопросы и показав усвоение изученного материала.
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОЦМОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ 1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить конструкцию червячной фрезы для нарезания цилиндрических зубчатых колес, научиться рассчитывать ее основные конструктивно геометрические параметры, исследовать точность отдельных параметров инст румента.
1.2. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ Червяк, на основе которого профилируется червячная фреза, называется основным червяком.
Так как эвольвентные зубчатые колеса теоретически правильно могут за цепляться с эвольвентным червяком, то профилирование червячно-модульных фрез должно производиться на основе эвольвентного червяка.
Режущие кромки 3 (рис. 1.1, а, б) червячной фрезы образуются пересече нием передней поверхности 2 (стружечная канавка) с задними поверхностями зубьев 4. Задние поверхности 4 представляют собой винтовые затылованные поверхности. Переточка червячной фрезы при ее эксплуатации должна обеспе чивать идентичность профиля и размеров зубьев, что возможно только при ус ловии расположения режущих кромок, появляющихся при переточке, на по верхности основного червяка. При переточке из-за наличия задних углов ре жущие кромки 3 смещаются к оси фрезы (3Т).
Режущие кромки фрезы на основе эвольвентного червяка имеют кри волинейный профиль. Радиальное затылование, применяемое в настоящее время при изготовлении червячных фрез, может обеспечить идентичность режущих кромок при переточке фрезы (расположение их на боковых по верхностях зубьев основного червяка) только при прямолинейных режущих кромках (рис. 1.1, в).
Для обеспечения при переточках постоянства профиля режущих кромок червячной фрезы на основе эвольвентного червяка, необходимо применять для боковых режущих кромок осевое затылование (рис. 1.1, в). Для этого потребо валось бы разработать специальные затыловочные станки, обычно отсутст вующие на производстве. Кроме этого, для вершинных режущих кромок все равно пришлось бы применять радиальное затылование.
Выполнение осевого затылования боковых режущих кромок червячной фрезы на основе эвольвентного червяка обеспечит при переточках только по стоянство профиля зубьев и не обеспечит постоянства их размеров. Таким об разом, применение червячной фрезы, спрофилированной на основе эвольвент ного червяка, может обеспечить обработку зубьев колес точного профиля и размеров только до первой переточки. Поэтому на практике применяются чер вячно-модульные фрезы, спрофилированные по приближенным методам, но имеющие прямолинейный профиль в осевом или нормальном к виткам сече нии: на основе архимедова или конволютного червяка. При переточках таких фрез профиль и размеры зубьев не изменяются.
3' б а Ось фрезы рад.
рад.
ос.
в Рис. 1.1. Определение профиля зубьев червячной фрезы (а);
образование задних по верхностей зубьев (б);
направление затылования радиальное и осевое (в) [1] : 1- ос новной червяк, 2 - передняя поверхность, 3, 3Т - режущие кромки до и после пере точки, 4 - задние поверхности фрезы 1.2.1. Приближенные методы профилирования Профилирование на основе архимедова червяка Для определения угла профиля в осевом сечении плоскостью основного архимедова червяка существуют четыре способа [1, 2]. В ГОСТ 9324Ц80 на чистовые червячные фрезы использован первый метод определения профиль ного угла на основе угла профиля исходного контура зубчатой рейки:
ctgoc = ctg cost, (1.1) t где - угол наклона винтовой линии на делительном цилиндре.
k Из-за радиального затылования при углы профиля боковых сто рон зубьев фрезы в проекции на ее осевую плоскость (рис. 1.2) определяются по формулам (для правозаходной фрезы):
kZ ctgxR0 = ctgoc -, Pz (1.2) kZ ctgxL0 = ctgoc +, Pz где xR0,xL0 - углы профиля боковых сторон зубьев фрезы в проекции на ее осевую плоскость, соответственно, с правой и левой сторон (если смот k реть на переднюю поверхность, вершинная кромка должна быть сверху);
- z0 Pz падение затылка;
- число стружечных канавок;
- шаг винтовой линии стружечной канавки.
Профиль зубьев в осевом сечении можно проконтролировать на специ альных приборах (МИЗ, СИЗ) или на инструментальном микроскопе. Причем, контроль размеров зубьев на инструментальной микроскопе производится не в осевом сечении фрезы, а в проекции режущих кромок на осевую плоскость. Ве Pt пр, толщины зуба St пр на осевую личина проекции нормального шага 0 плоскость фрезы соответственно равны (рис. 1.2):
Pt0пр = Pt0 cost, (1.3) St0пр = St0 cost, Pt где - шаг зубьев фрезы в нормальном сечении на делительной пря St мой;
- толщина зубьев фрезы в нормальном сечении на делительной пря мой.
Профилирование на основе конволютного червяка При этом методе профилирования угол профиля зуба фрезы принимается W =, либо скор равным углу профиля исходного контура зубчатой рейки W = ректированным: [3].
B Рt0 пр St0 пр xL xR A ht C к=t 900+t 90+ C 90 B A Рис. 1.2. Проекция зубчатой рейки фрезы на осевую (В) и нормальную (А) плоскость Существенным недостатком профилирования на основе конволютного червяка является большие трудности контроля профиля зубьев по нормальному сече нию. Для такого контроля чаще всего применяются шаблоны, что не может га рантировать точности контроля.
Сравнение методов профилирования При прочих равных условиях наименьшие погрешности профиля зубьев колес получаются при использовании фрез, спрофилированных на основе ар химедова червяка. Однако погрешности профилирования на основе конволют ного червяка также невелики и имеют лишь теоретическое значение.
h t t S t P Для чистовых червячных фрез более предпочтительным является профи лирование на основе архимедова червяка, так как такие фрезы можно прокон тролировать с большей степенью точности. К чистовым червячным фрезам среднего модуля относятся фрезы классов АА, А, В, С.
1.3. КОНТРОЛЬ И РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКТИВНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФРЕЗЫ 1.3.1. Определение модуля t Угол наклона винтовой линии можно приближенно измерить на ин струментальном микроскопе или с помощью индикатора с подставкой на опти ческой делительной головке. Затем на инструментальном микроскопе, устано Pt пр. По формуле (1.3) рассчи t вив объектив под углом, можно замерить Pt тать, а затем используя формулу Pt = m i, (1.4) где i - число заходов фрезы, определить с учетом стандартного значения модуль фрезы m.
1.3.2. Определение величины падения затылка К, среднего расчетного диаметра Dt t Pz, угла наклона винтовой линии, шага стружечной канавки По схеме (рис. 1.3) с использованием ОДГ или УДГ и подставки с инди катором выполнить замеры с целью определения падений затылка основного К и дополнительного К1 затылования. Величину угла поворота фрезы вокруг оси следует принимать равной 2/3 угла, определяющего длину задней поверхно сти на первом (основном) и втором (дополнительном) затыловании. Затем не обходимо произвести перерасчет падения затылка основного и дополнительно = 360o / z0 и принять значения К го затылования на величину шагового угла и К1 в соответствии со стандартными значениями (округляются до 0,5 мм или целого числа).
в Задний угол можно определить по формуле Kz tgв = (1.5) dа0, da где К - падение затылка основного затылования;
- наружный диа метр фрезы.
Рис. 1.3. Схема измерения падения затылка Средний расчетный диаметр можно рассчитать по формуле Dt = da - 2ht - 2k, (1.6) 0 ht ht =1,25m ;
где - высота головки зуба инструмента, - коэффициент, указывающий на соотношение углов расчетного = /.
сечения и шагового угла :
р р В выполняемой работе расчетное сечение можно расположить на по = ш / 2.
ловине угла, соответствующего шлифованной части зуба:
р Угол наклона винтовой линии на среднем расчетном диаметре фрезы оп ределяется по формуле:
m sint = (1.7) Dt, Для фрез с винтовыми канавками, перпендикулярными виткам фрезы, k = t угол наклона винтовой линии канавки. Для таких фрез осевой шаг стружечной канавки определяется по формуле:
Dt Pz = (1.8) tgk, Pz =.
Для фрез с прямыми канавками параллельными оси фрезы 1.3.3. Указания к выполнению эскиза фрезы Эскиз червячно-модульной фрезы выполнять по аналогии с изображен ным на (рис. 1.4).
Графическое построение кривых и конхоид основного и дополнительного затылования применительно к измеряемой фрезе можно выполнить согласно методике, изложенной в [1, с. 699670 и с.694].
ш ш Рис. 1.4. Эскиз червячно-модульной фрезы 1.3.4. Определение углов профиля зуба фрезы Теоретические значения углов профиля боковых сторон зуба фрезы в проекции на ее осевую плоскость подсчитываются по формулам (1.1 и 1.2);
в W = нормальном сечении.
Действительные значения этих углов можно измерить на инструменталь ном микроскопе.
1.3.5. Исследование других параметров червячно-модульной фрезы Согласно ГОСТ 9324-80 контроль точности червячных фрез рекоменду ется производить по какой-либо одной из имеющихся трех групп проверок. Ис следование преследует цель: определить какому классу точности соответствует каждый из параметров фрезы.
Рекомендуется исследовать отклонение диаметра посадочного отверстия fy, ft ;
радиальное биение по fd ;
радиальное и торцовое биение буртиков frda ;
отклонение профиля передней поверхности f ;
опре вершинам зубьев fиo делить наибольшую разность соседних окружных шагов ;
накопленную Fpo погрешность окружного шага стружечных канавок.
fd Отклонение можно определить с помощью оптиметра. Все остальные отклонения можно определить с помощью ОДГ и индикатора с подставкой.
Допуски и предельные отклонения некоторых параметров червячных чистовых однозаходных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвент ным профилем и модулем 1-6 мм по ГОСТ 9324 - 80 приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Допуски и предельные отклонения параметров червячных чистовых однозаходных фрез Обозначение Допуски и предельные отклонения, мкм допусков и пре- Класс точности для модулей, мм дельных откло- фрезы от 1 до 2 св. 2 до 3,5 св. 3,5 до нений 1 АА Н5 Н5 Н А Н5 Н5 Н fd В Н6 Н6 Н С Н6 Н6 Н АА 5 5 А 10 10 fy В 16 16 С 25 25 АА 4 4 А 6 6 ft В 10 10 С 16 16 АА 16 16 А 20 25 frda В 32 40 С 50 63 1 АА 12 16 А 20 25 f В 32 40 С 63 80 АА 20 25 А 32 40 fиo В 50 63 С 80 100 АА 25 32 А 40 50 Fpo В 63 80 С 100 125 1.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Изучить указания к настоящей работе.
2. Произвести контроль и расчет основных конструктивно геометрических параметров и занести в протокол (см. приложение 1).
3. Выполнить эскиз червячно-модульной фрезы. Размеры и углы проста вить в числовом выражении.
4. Выполнить расчет и измерение углов профиля, данные занести в про токол.
5. В соответствии с указаниями преподавателя произвести исследование точности других параметров червячно-модульной фрезы (см. п. 1.3.5.) и сделать вывод о классе точности фрезы.
1.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие причины заставляют отказаться от профилирования червячно модульных фрез на основе эвольвентного червяка?
2. Обкатку каких исходных контуров имитирует нарезание зубчатых ко лес червячной фрезой?
3. Какие фрезы обеспечивают большую точность профиля зубьев наре заемых колес: спрофилированные на основе архимедова или конволютного червяка?
4. В каком случае применяются многозаходные червячные фрезы?
5. Как выбирается и на что влияет угол наклона винтовой линии червяч но-модульной фрезы?
6. Почему расчетное сечение не помещается на передней поверхности зуба новой червячно-модульной фрезы?
7. Почему для чистовых червячных фрез передний угол принимается, как правило, равным 0?
8. На что влияет количество стружечных канавок червячной фрезы?
9. Какое направление имеют стружечные канавки и почему?
1,1,dao,z 360o = z Kфакт = K z фак tgвфак = d a вфак 180o вфак,градус = Kфакт N = + 0, 0, K = INT(N) 0, K z tgв = d a в 180o в, градус = L = INT(в, градус) M = (в, градус - L) K, вфак, градус, K, фак задний угол L градус, M мин Рис. 1.5. Граф-схема алгоритма определения параметров затылования инструмента 2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЯМОЗУБЫХ ДОЛБЯКОВ 2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить конструкцию прямозубого долбяка, исследовать изменение про филя зуба в процессе его переточки, параметры точности.
2.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДОЛБЯКА Долбяк для нарезания зубьев колес представляет собой (рис. 2.1) зубчатое корригированное колесо, снабженное соответствующими углами резания. Для в создания заднего угла при вершине зуба и на его боковых сторонах зубья долбяка образуются путем смещения исходного контура инструменталь ной зубчатой рейки в радиальном направлении при переходе от одного сечения, перпендикулярного оси долбяка, к другому. То есть в каждом сечении, перпен дикулярном к оси, зубчатый профиль имеет свою величину коррекции (смеще ния). Боковые поверхности зубьев долбяка представляют собой эвольвентные винтовые поверхности. Поэтому их можно шлифовать плоским кругом, что обеспечивает высокую точность обработки.
Наличие положительного переднего угла в приводит к изменению про филя зубьев долбяка в проекции на торец заготовки зубчатого колеса по срав нению с профилем зубьев в сечении, перпендикулярном оси долбяка.
Для компенсации этих изменений при изготовлении долбяка его зубья и шлифуют с величиной профильного угла, который подсчитывается по формуле tg tgи =, (2.1) 1- tg tgв в где - угол профиля на делительном диаметре нарезаемого колеса. Например, = 5o,в = 6o для стандартных долбяков, у которых при = 20o,и = 20o10 14,5.
Постоянными, независящими от переточки долбяка, являются диаметры d0 dbo делительной окружности и основной окружности. Поэтому независи мо от количества переточек долбяка в процессе его эксплуатации обеспечива ется один и тот же эвольвентный (если пренебречь искажением, вызванным ко нической заточкой с передним углом в) профиль зубьев долбяка, а следова тельно, и профиль зубьев колес.
Рис. 2.1. Дисковый прямозубый долбяк При переточке долбяка происходит изменение размеров зуба. В частно сти изменяется толщина зубьев на делительном, наружном и внутреннем диа метрах. Однако, если при расчете долбяка учтено отсутствие всех видов интер ференции, это не приведет к нарезанию колес, имеющих неправильное зацеп ление. Поэтому расчет долбяка в конечном счете сводится к определению по ложительного и отрицательного исходных расстояний: соответственно, от ис ходного сечения до сечения нового и от исходного до сечения сточенного дол бяка. Эксплуатация долбяка в пределах суммы абсолютных величин этих рас стояний обеспечивает качественное нарезание колес.
2.3. УКАЗАНИЯ К ИЗМЕРЕНИЮ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОЛБЯКА Студенту выдается один или три долбяка одного модуля и числа зубьев, но с разной степенью переточенности: новый;
сточенный до исходного сече ния;
сточенный до предельно допустимого сечения. По одному долбяку следует d определить следующие конструктивные параметры (рис. 2.1): m - модуль;
- dотв диаметр делительной окружности;
- диаметр посадочного отверстия;
- угол профиля исходного контура инструментальной рейки (угол профиля dв в на делительной окружности зубчатого колеса);
- диаметр выточки;
- задний угол при вершине зуба;
в Цпередний угол;
b - длину посадочного от верстия. Затем для каждого из трех долбяков произвести обмер наружного диа d dao метра, внутреннего диаметра, высоты долбяка В. Для измерения fo можно использовать штангенциркуль и угломеры, индикатор с подставкой.
dотв,m,d 2.3.1. Определение dотв Измерить с высокой точностью можно на оптиметре. С помощью dотв штангенциркуля можно измерить с низкой степенью точности. Затем dотв следует уточнить в соответствии со стандартными значениями диаметров посадочного отверстия долбяка: 20;
31,75;
44,45;
88,9;
101,9.
По любому из долбяков (лучше сточенному до исходного сечения) можно d приближенно определить значение. И по формуле d m =, (2.2) z сначала определить m приближенно, затем уточнить его значение в соответст вии со стандартным рядом: 0,3;
0,4;
0,5;
0,6;
0,7;
0,75;
0,8;
1;
1,25;
1,5;
1,75;
2;
2,25;
2,5;
2,75;
3;
3,25;
3,5;
3,75;
4;
4,25;
4,5;
5;
5,5;
6 и т. д.
d Фактическое значение рассчитать по формуле d0 = m z0.
(2.3) 2.3.2. Определение размеров зуба долбяка в различных сечениях Толщина зуба долбяка на делительном диаметре в исходном сечении m Sпo = + Sи, (2.4) Sи где - величина утолщения зуба долбяка, необходимая для об разования нормального зазора в зубчатом соединении (см. табл. 2.1).
Sao Толщина вершины зуба долбяка в исходном сечении Sno Sao = dao + inv - invao, d где inv = tg - [, рад], invao = tgao - [ao, рад], (2.5) d0 cos ao = arccos dao.
Таблица 2.1. Величины утолщения зуба долбяка и допуски на толщину зуба Допуск на толщину зуба Модуль m, мм Sи, мм Sи инструмента, мм 1,25 - 2,5 0,127 0, 2,75 - 4 0,161 0, 4,25 - 6 0,175 0, Толщина зуба на делительном диаметре нового долбяка Sпo = Sпo + 2A tgв tgи, (2.6) где А - величина положительного исходного расстояния.
A = Bнов - Висх, (2.7) Внов Висх где - высота нового долбяка;
- высота долбяка, в исходном сечении.
Sao Толщина вершины зуба нового долбяка Sno Sao = dao + inv - invao, d где invao = tgao - [ao, рад], (2.8) d0 cos ao = arccos dao.
Толщина зуба на делительном диаметре сточенного долбяка Sпo сточ = Sпo - 2A1 tgв tgи, (2.9) где А - величина положительного исходного расстояния.
A1 = Bнов - Всточ - А, (2.10) Всточ где - высота сточенного долбяка.
Sao сточ Толщина вершины зуба сточенного долбяка Sno сточ Sao сточ = dao сточ + inv - invao сточ, d где invao сточ = tgao сточ - [ao сточ, рад], (2.11) d0 cos ao сточ = arccos.
dao сточ Высоту головки зуба долбяка в исходном (отмечено значком ' - штрих), новом и сточенном сечении определяем по формулам dao - d hao =, (2.12) dao - d hao =, (2.13) dao сточ - d hao сточ =.
(2.14) Рассчитанные значения толщины зубьев на делительном диаметре и на вершине зуба для различных сечений долбяка следует сравнить с измеренными на проекторе значениями. Рекомендуется увеличение х50.
Толщину зубьев на вершине и на делительном диаметре можно измерить с помощью штангензубомера.
Пересчет толщины зуба с дуги окружности на толщину по хорде можно произвести по формуле Sx = d0 sin[(Sno / d0), рад].
(2.15) Высоту зуба до хорды можно определить по формуле:
d h = hao + [1- cos(( Sno / d0 ), рад)].
(2.16) n бок Задние углы и подсчитываются по формулам:
tgn = tgв sinи, (2.17) tgбок = tgвtgи.
n бок На эскизе долбяка и должны быть проставлены в градусной мере с точностью до 1'.
Толщину зубьев на вершине и на делительном диаметре можно опреде лить с помощью штангензубомера, в том числе и для различных сечений зуба.
hу Измерение производят на вперед заданном (принятом) расстоянии от ок Sxy ружности выступов. Определяют толщину зуба по хорде, которой соответ ry ствует толщина по дуге окружности радиуса.
tg = Sxy / 2(rao - hy);
y daо ry = (rao - hy)/ cos, y где (2.18) raо = ;
Sy = 2ry.
y Перерасчет толщины зуба на расчетный размер по делительной окружно сти проводят по формулам:
d0 cos inv = tg - [, рад], cosy =, d y invy = tgy - [y, рад], (2.19) Sno = d0( Sy / 2ry + inv - invy ).
2.3.3. Исследование других параметров долбяка Согласно ГОСТ 9323Ц79 требуется выполнять контроль ряда конструк тивных параметров долбяка. Исследование точности этих параметров позволя ет сделать заключение о классе точности инструмента.
fuor Рекомендуется исследовать разность соседних окружных шагов, Fpor, радиальное биение зубчато накопленную погрешность окружного шага fhaor, отклонение переднего Fror го венца, отклонение высоты головки зуба f ar, отклонение заднего угла.
fakr угла fuor, Fpor, Fror, f ar, fakr произвести Определение отклонений путем измерения с использованием ОДГ, микроскопа, индикатора с подстав fhaor можно определить с помощью проектора или инстру кой. Отклонение ментального микроскопа.
Допустимые отклонения исследуемых конструктивных параметров дол бяков приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Допустимые отклонения конструктивных параметров долбяков Допуски и предельные отклонения, мкм для Проверяемый Класс точ- модулей, мм параметр ности св. 3,5 до св. 6, от 1 до 2 св. 2 до 3, 6,5 до АА 3 fuor А 5 В 8 АА Fpor А В 24 АА Fror А 18 В 26 АА fhaor А 18 25 32 В АА 5 ' f ar А 8 ' В 12 ' АА 3 ' fakr А 5 ' В 2.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Измерить конструктивно-геометрические параметры долбяка и данные занести в протокол (см. приложение 2).
2. Выполнить эскиз долбяка и на эскизе проставить значение измерен ных и рассчитанных конструктивно-геометрических параметров в числовом выражении.
3. Рассчитать и измерить толщину зубьев при вершине и на делительной окружности долбяка в различных сечениях. Полученные данные занести в про токол.
4. В соответствии с указаниями преподавателя произвести исследова ние точности других конструктивно-геометрических параметров долбяка (см. п. 2.3.3.) и сделать вывод о его классе точности.
2.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Каков смысл абсолютной коррекции в рассматриваемом сечении дол бяка?
2. Почему угол профиля долбяка на делительном диаметре не совпадает с углом профиля колеса?
3. Что собой представляет боковые поверхности зубьев прямозубого долбяка?
4. Как соотносятся между собой значения заднего угла в сечении дели тельным цилиндром и угла наклона винтовой линии прямозубого долбяка на делительном цилиндре?
Тоже заднего угла в нормальном сечении к режущей кромке и угла на клона винтовой линии на основном цилиндре?
5. Чем отличается профиль зуба долбяка в различных сечениях?
6. По какому диаметру происходит обкатка без скольжения зубчатого колеса и долбяка? (Долбяк работает новым сечением? Долбяк работает исход ным сечением?).
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОЦШЛИЦЕВЫХ ФРЕЗ 3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить особенности конструкции червячно-шлицевой фрезы по сравне нию с конструкцией червячно-модульной фрезы. Научиться выполнять графи ческое профилирование специального обкатного инструмента.
3.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЧЕРВЯЧНО-ШЛИЦЕВЫХ ФРЕЗ Червячно-шлицевая фреза (рис. 3.1) для изготовления прямобочного шлицевого вала является специальным режущим инструментом, проектируе мым и применяемым для обработки вала, имеющего определенные значения наружного и внутреннего диаметров, ширину и число шлицев. В зависимости от вида центрирования шлицевого соединения - по наружному (и по ширине зуба) или внутреннему диаметру - проектируются и применяются червячные фрезы без лусика или с усиком. Износостойкость фрез с лусиком меньше, так как от усика затруднен теплоотвод.
Расчет конструктивно-геометрических параметров червячно-шлицевой фрезы производится по методике, аналогичной методике расчета червячно модульной фрезы. Ниже приведены некоторые из формул, используемых при расчете червячно-шлицевой фрезы.
Радиус начальной окружности шлицевого вала рекомендуется определить по формуле rw = ra2 - a2, (3.1) a = B / 2, ra a где - наружный радиус вала;
- половина ширины зуба шлицевого B вала;
- ширина зуба.
Окружной шаг шлицевого вала dW tокр =, (3.2) z tокр dW где - окружной шаг шлицевого вала, - диаметр начальной ок dW = 2 rW ружности шлицевого вала:, Z - число шлицев.
Pno = tокр ;
Sno = Pno - B, (3.3) где В - ширина зуба вала.
45 45 45 Рис. 3.1. Червячно-шлицевая фреза: а - с усиками, б - без усиков Для фрез без усиков (см. рис. 3.1):
dw - d f hao =, (3.4) d где - диаметр внутренней окружности шлицевого вала. Для фрез с f усиками высота зуба от начальной прямой до усика равна r r dw - d f hy =.
(3.5) Высота усика рассчитывается по определенным зависимостям:
rf - a a = arccos - arcsin, rW rf (3.6) = rf (1- cos ), где - угол, определяющий положение бока шлица в последний момент rf профилирования прямолинейной части профиля шлица, - радиус внутрен ней окружности шлицевого вала.
Для фрез с усиками:
hao = hy +, Pno (3.7) sint =, Dt Dt = Dе - 2hao - 2 k.
Для профилирования зубьев червячно-шлицевой фрезы применяют гра фические, графоаналитические и аналитические методы. Из аналитических ме тодов известны два метода: на основе уравнения линии зацепления и по общей огибающей к последовательным положениям профиля шлица. Эти методы обеспечивают наибольшую точность профилирования.
Из графических методов наиболее известны два: на основе построения линии зацепления;
метод построения путем последовательных положений про филя детали в процессе обкатки с использованием кальки и ватмана. В данной лабораторной работе необходимо выполнить профилирование по второму ме тоду.
На листе бумаги Б (рис. 3.2, а) в определенном масштабе проводят на d чальную окружность вала и строят профиль шлица. От точки пересечения профиля с начальной окружностью откладывают по дуге начальной окружно сти равные (для удобства построения) дуги:
d0d1 = d1d2 =... = d9d.
На листе кальки К (рис. 3.2, б) проводят начальную прямую и на ней от е0, е кладывают точки и т. д. на расстояниях, равных длинам дуг, отложен ным на начальной окружности детали, т. е.:
d0d1 = d1d2 =... = е0е1 = е1е2 =...
б К d d2 d d1 d d d d d d d а б б в Рис. 3.2. Графическое определение профиля режущей кромки инструмента методом последовательных положений е0 f0, е1 f1..., Через полученные точки проводят прямые перпендику лярные начальной прямой. Накладывают кальку на чертеже Б так, чтобы на е0 d чальная прямая в точке коснулась начальной окружности в точке и e0 f0 Od прямая совместилась с соответствующим радиусом детали. В этом е положении копируют с бумаги на кальку профиль детали. Затем точку на d чальной прямой совмещают с соответствующей точкой начальной окружно e1 f1 Od сти и прямую с радиусом и снова копируют на кальку профиль шлица. Описанным методом продолжают перемещение кальки по чертежу на бумаге и в каждом положении копируют на кальку профиль шлица (рис. 3.2, в).
Проведенное построение соответствует качению начальной прямой фрезы по начальной окружности вала. Общая огибающая к полученным на кальке после довательным положениям профиля шлица определяет профиль зуба фрезы [ 1, с. 807 - 808 ].
К Масштаб построения - 10:1 или 20:1.
Графическое профилирование выполнять острозаточенным карандашом, проводить только тонкие линии, используя линейку, треугольник, циркуль. Ве личину дуг и отрезков на начальных линиях откладывать длиной по 5 - 9 мм (без учета масштаба). Общую огибающую не проводить.
Построение получается только в том случае, если оно выполняется очень аккуратно. Поэтому торопиться не рекомендуется.
3.3. КОНТРОЛЬ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНО-ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ Имея профиль, полученный графическим профилированием, следует сравнить его с профилем зуба червячно-шлицевой фрезы. Сравнение проводит ся на проекторе при десятикратном (х10) увеличении.
h,мм h1,мм 2, 2, 1, 1, 0,,мкм -30 -20 -10 1,мкм 0 10 20 а б Рис. 3.3. Погрешность профиля зуба фрезы (а) и боковой стороны шлица (б) Червячно-шлицевая фреза должна быть установлена на предметном сто лике проектора в положении, обеспечивающем получение на экране проекции нормального сечения. На экране закрепляется чертеж профиля боковой сторо ны зуба;
совмещают точки, лежащие на пересечении начальной линии и про филя, и все остальные точки профиля чертежа и зуба фрезы. Может оказаться, что не во всех точках совпадут профили. Следует замерить погрешность боко вой стороны профиля в направлении, нормальном к профилю в данной точке.
Результаты измерений заносятся в протокол в виде графика (рис. 3.3, а), где h - высота профиля, - погрешность профиля на данной высоте.
Погрешность профиля зуба фрезы передается на изделие. Поэтому в ГОСТе 8027-87 на шлицевые червячные фрезы профиль контролируется кос венным путем, путем измерения погрешностей контрольного кольца. Для этого необходимо обработать кольцо на зубо- или шлицофрезерном станке. На боль шом инструментальном микроскопе или проекторе измерить ширину зуба кон трольного кольца на разной его высоте. Результаты измерений заносятся в про h1 токол в виде графика (рис. 3.3, б), где - высота профиля, - погрешность по толщине, т. е. отклонение от прямолинейности.
3.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Измерить и рассчитать конструктивные параметры образца шлицевого вала и результаты внести в табл. 1.2 и вычертить его профиль.
2. По размерам шлицевого вала (задаются преподавателем или лаборан том) произвести графическое построение профиля зуба червячной фрезы.
3. С помощью большого проектора определить погрешность зуба чер вячно-шлицевой фрезы и построить график погрешностей по высоте зуба (см.
рис. 3.3, а и приложение 3).
4. Нарезать контрольное кольцо шлицевого валика.
5. На большом инструментальном микроскопе или проекторе замерить отклонения зуба от прямолинейности по его высоте. Построить график данных погрешностей по высоте зуба (см. рис. 3.3, б и приложение 3). Сделать заклю чение о пригодности червячно-шлицевой фрезы к эксплуатации.
6. По методике, изложенной в указаниях к лабораторной работе № 1, из мерить основные конструктивно-геометрические параметры червячно шлицевой фрезы.
7. Выполнить эскиз червячно-шлицевой фрезы (см. рис. 3.1). Проставить все размеры и углы в числовом выражении.
3.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Способы профилирования зубьев зуборезных инструментов, рабо тающих методом обката (достоинства и недостатки).
2. Сформулируйте два основных положения теории обката.
3. Дайте определение линии зацепления.
4. Назовите способы центрирования вала и втулки шлицевого соеди нения.
5. Для чего на вершине зубьев некоторых червячно-шлицевых фрез де лают выступы - лусики?
6. Зачем теоретический профиль зубьев червячно-шлицевых фрез заме няют дугами одной или двух окружностей?
ПРИЛОЖЕНИЕ ПРОТОКОЛ к лабораторной работе № Студент Группа Дата ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ Таблица 1. Конструктивные и геометрические параметры фрез Формулы и расчеты к табл. 1.
ш t Z a в t в OC Модуль m, мм Число заходов i Шаг по нормали P, мм Наружный диаметр d, мм Средний расчетный диаметр D, мм Угол наклона винтовой линии, градус Осевой шаг P, мм Осевой шаг канавки P, мм Длина фрезы L, мм Длина рабочей части, мм Диаметр отверстия d, мм Диаметр выточки d, мм Длина посадочной части отверстия 2L, мм Падение затылка К, мм Задний угол, мм Падение затылка дополнительного затыло вания K, мм Примечание Эскиз фрезы Таблица 2. Углы профиля зуба фрезы Практические зна- Значения углов профиля зуба фрезы, Угол профиля чения углов в осе- градус исходного кон вом сечении, тура зубчатой градус рейки L0 R X X, градус изме L0 R теорет. измерен. теорет.
X X рен.
Формулы и расчеты к табл. 2.
Подпись преподавателя_ ПРИЛОЖЕНИЕ ПРОТОКОЛ к лабораторной работе № Студент Группа Дата ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЯМОЗУБЫХ ДОЛБЯКОВ Таблица 1. Конструктивно-геометрические параметры долбяков Диа- Диа Угол Диа- Задний Диа метр метр Перед про метр угол метр Модуль основн. посад.
ний филя выточ- при делит.
окруж- отверс- угол исх.
ки верши окруж ности тия контура ности m, мм dв dотв, в в,, не, db0, гра, градус d0,мм мм градус дус мм мм Формулы и расчеты к табл. 1.
Эскиз долбяка Таблица 2. Результаты расчета толщин зуба долбяка Наруж- Внут Толщина зуба на Толщина зуба при ный рен.
Высота делительном диа- вершине диа- диа долбя Сече Sno Sao метре, мм, мм метр метр ние B ка, d da, мм, f мм мм расчетн. измерен. расчетн. измерен.
исход ное новый долбяк сточен ный долбяк Формулы и расчеты к табл. 2.
Подпись преподавателя_ ПРИЛОЖЕНИЕ ПРОТОКОЛ к лабораторной работе № ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНО-ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ Студент Группа Дата Таблица 1. Конструктивные параметры шлицевого вала и его обозначение Формулы и расчеты к табл. 1.
Таблица 2. Конструктивные и геометрические параметры фрез Формулы и расчеты к табл. 2.
W f a Примечание Y окр Число шлицев z, шт.
Наружный диа метр d, мм Начальный диаметр d, мм Внутренний диаметр d, мм Окружной шаг шлицевого вала t, мм Высота зубьев h, мм Ширина зубьев В, мм ш t P t Z e в n Примечание в X Шаг по нормали P, мм Наружный диаметр D, мм Начальный диаметр D, мм Угол наклона винтовой линии, градус Осевой шаг P, мм Осевой шаг канавки P, мм Длина фрезы L, мм Длина рабочей части L, мм Диаметр отверстия d, мм Диаметр выточки d, мм Длина посадочной части отверстия 2L, мм Падение затылка К, мм Задний угол, мм Падение затылка дополнительного затыло вания K, мм Эскиз фрезы Графики отклонений h,мм h1,мм,мкм 1,мкм 0 а) профиля зуба фрезы б) профиля зуба вала Заключение:
Подпись преподавателя_ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование ме таллорежущих инструментов. - М.: Машгиз, 1963. - 952 с.
2. Никитина З. А. Инструкции по расчету червячных фрез. - М. : ВНИИ, 1963. - С. 12Ц15.
3. Шатин В. П., Шатин Ю. В. Справочник конструктора-инструменталь щика. - М.: Машиностроение, 1975. - С. 423 с.
4. Иноземцев Г. Г. Проектирование металлорежущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.
5. Справочник инструментальщика / Под ред. И. А. Ординарцева. - М.:
Машиностроение, 1987. - 846 с.
6. Справочник инструментальщика-конструктора / Климов В. И., Лернер А. С., Пекарский М. Д. и др. - М.: Машгиз, 1958. - С. 457 - Учебное издание КИРЕЕВ Геннадий Иванович ДЕМИДОВ Валерий Васильевич СМИРНОВ Максим Юрьевич РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов спец. 120100 всех форм обучения. Часть 2.
Редактор М. В. Леонова Подписано в печать Формат 60х84/ Бумага писчая. Усл.п.л. Уч.-изд.л.
Тираж 100 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, Сев. Венец, Типография УГТУ, 432027, Ульяновск, ул. Сев. Венец,.