Расчет и конструирование фрезы

Задание:

Рассчитать и сконструировать торцовую насадную фрезу со вставными ножами, оснащёнными твёрдым сплавом, для обработки заготовки с шириной фрезерования B и припуском на обработку h. Конструкцию фрезы рекомендуется выбрать по ГОСТ 24359 – 80, присоединительные размеры – по ГОСТ 27066 – 86.

Обрабатываемый материал: Чугун СЧ20.

Предел прочности: σ_в = 170 МПа.

Размеры заготовки: В = 65 мм; снимаемого слоя: h = 2 мм.

Параметр шероховатости обработанной поверхности: R_z=2мкм (фрезерование чистовое).

Решение:

3.1 Определение наружного диаметра D.

(1) , ([1], стр. 19)

B - ширина фрезерования, мм;

t - глубина резания, мм;

S_z - подача на зуб, мм;

l - расстояние между опорами, мм;

t = h = 2 мм;

S_z = 0,14 мм (табл. 3.3, [1], стр. 20);

l = 500 мм.

.

Рассчитанный диаметр округляется до ближайшего стандартного размера (СТ СЭВ 201-75)

При коэффициенте прогрессии D=100мм.

3.2 Диаметр отверстия под оправку рассчитываем по формуле:

(2) , ([1], стр. 22)

σ_{ид =} 250 МПа – допустимое напряжение на изгиб оправки;

М_сум – суммарный момент, действующий на фрезерную оправку, Н·м, определяемый по следующей формуле:

(3) , ([1], стр. 22)

R – равнодействующая сила резания: R = 1,41 × P_z;

l – расстояние между опорами фрезерной оправки, принимают в зависимости от длины посадочного участка центровой фрезерной оправки: l = 500 мм;

P_z – главная составляющая силы резания:

(4) , ([2], стр. 282)

P_z - сила резания при фрезеровании, Н

B - ширина фрезерования, мм;

S_z - подача на зуб, мм;

z - число зубьев фрезы;

D - наружный диаметр фрезы, мм;

С_р – постоянная, значение берется из справочника;

х, у, u, q, w– показатели степени для конкретных условий обработки для каждой из составляющих силы резания;

D – диаметр фрезы, мм;

k_р – суммарный поправочный коэффициент, учитывает фактические условия фрезерования, данные берутся из таблиц

n – частота вращения шпинделя, об/мин.

Для обработки чугуна СЧ20 торцовой фрезой с твёрдым сплавом (табл. 41, [2], стр. 291):

C_P = 54,5; x_P = 0,9; y_P = 0,74; u_P = 1,0; q_P = 1,0; ω_P = 0

t – глубина резания, при снятии припуска за один проход t = h = 2 мм;

z – число зубьев;

K_P – поправочный коэффициент, K_P = K_MP,

(5) , ([2], стр. 229)

n_p – показатель степени;

HB - твердость обрабатываемого материала, МПа.

n = 1,0 – для обработки фрезами с пластинами из твердой сплава.

,

n – частота вращения шпинделя, определяемая по формуле:

(6) , ([6], стр. 226)

D – наружный диаметр фрезы;

V_и – скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами фрезы, определяемая по формуле:

(7) , ([6], стр. 228)

B - ширина фрезерования, мм;

S_z - подача на зуб, мм;

z - число зубьев фрезы;

D - наружный диаметр фрезы, мм;

t – глубина резания, при снятии припуска за один проход, мм;

T – период стойкости торцевой фрезы, мм;

С_V – постоянная, значение берется из справочника;

х, у, u, q, p– показатели степени для конкретных условий обработки для каждой из составляющих скорости резания;

K_V – суммарный поправочный коэффициент, учитывает фактические условия фрезерования, данные берутся из таблиц.

C_V = 445; q_V = 0,2; x_V = 0,15; y_V = 0,35; u_V = 0,2; P_V = 0; m = 0,32 – для обработки серого чугуна (табл. 39, [2], стр. 286);

T – период стойкости торцовой фрезы, при D = 100 мм – T = 180 мин (табл. 40, [2], стр. 290);

K_V – поправочный коэффициент, определяемый по формуле:

(8) K_V = K_MV × K_ПV × K_ИV,

K_Мv – поправочный коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал;

K_Иv – поправочный коэффициент, учитывающий материал инструмента;

K_Пv – поправочный коэффициент, учитывающий глубину фрезерования

(9) ,

n_v – показатель степени;

HB - твердость обрабатываемого материала, МПа.

n_V = 1,25 – при обработке чугуна;

,

K_ПV = 1,0 – обработка заготовки без корки (табл. 5, [2], стр. 263);

K_ИV = 1,0 – материал режущей части – твёрдый сплав Т15К6.

K_V =1,15 × 1,0 × 1,0 = 1,15,

м/мин,

об/мин,

,

P = 1,41 × 1647,95 = 2323,60 Н,

Допустимое напряжение на изгиб материала оправки принимаем σ_и.д.= 250 МПа.

мм.

Принимаем ближайший диаметр отверстия фрезы под оправку по ГОСТ 9472 – 83: d = 22 мм.

3.3 Окончательное число зубьев фрезы

z = m × ÖD = 1,2 × Ö100 = 12;

Принимаем чётное значение z = 12.

3.4 Определяем окружной торцовый шаг зубьев фрезы:

(10) , ([1], стр. 23)

z - число зубьев фрезы;

D - наружный диаметр фрезы, мм;

(11) .

3.5 Проверка рассчитанных величин z и S_ос на условие равномерного фрезерования.

Процесс фрезерования можно считать равномерным при выполнении следующего условия:

(12) .

z - число зубьев фрезы;

D - наружный диаметр фрезы, мм;

B - ширина фрезерования, мм;

Коэффициент k близок по значению к целому, следовательно условие выполняется.

3.6 Отверстие фрезы под оправку выполняют по ГОСТ 9472 – 83:d = 8 мм.

По ГОСТ 24359-80 выбираем основные параметры корпуса фрезы: L=50 мм, D=100 мм, h=10 мм.

Выбираем размеры клина: H=15 мм, L=30 мм, B=7,2 мм.

Размеры ножей: H=18 мм, L=42 мм, B=12 мм.

3.7 Определяем геометрические параметры рабочей части фрезы: главный задний угол – α = 15°, передний угол – γ = -5°, главный угол в плане – φ = 30°, вспомогательный задний угол – α₁ = 10°, угол наклона главной режущей кромки – λ = 15 (табл. 3.6 [1], стр. 24).

3.8 Выбираем материал фрезы: корпуса – сталь 40Х; ножей – твёрдый сплав Т15К6. Назначаем твёрдость деталей фрезы после термической обработки: корпуса 32 – 41,5 HRC_э ([5], стр. 249); режущей части ножей 92 – 87 HRA .

3.9 Допуски и на основные элементы фрезы и другие технические требования принимаем по ГОСТ 8721 – 69*, предельные отклонения размеров рифлений – по ГОСТ 2568 – 71*.