Проектирование и процессы формообразования фрезерного инструмента

А. И. Фасхутдинов, А. Г. Кондрашов, В. Д. Могилевец








        ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ФРЕЗЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА

Учебное пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.91
ББК 34.630.01
      Ф26



Рецензент:
доктор технических наук, профессор кафедры машиностроения ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Панкратов Д. Л.





     Фасхутдинов, А. И.
Ф26       Проектирование и процессы формообразования фрезерного инстру-
     мента : учебное пособие / А. И. Фасхутдинов, А. Г. Кондрашов, В. Д. Мо-гилевец. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 100 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-1319-0

          Рассмотрены вопросы эффективного использования способов формообразования сложнопрофильных поверхностей. Даны рекомендации для повышения эффективности использования режущего инструмента.
          Для студентов технических вузов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата и магистратуры «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Может быть полезно специалистам конструкторских и технологических служб предприятий, работающих в области проектирования и изготовления инструментов.

УДК 621.91
ББК 34.630.01











ISBN 978-5-9729-1319-0

   © Фасхутдинов А. И., Кондрашов А. Г., Могилевец В. Д., 2023
   © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.......................................................5
1. КОНИЧЕСКИЕ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОСТРОЗАТОЧЕННЫЕ ФРЕЗЫ..........................................................6
1.1. Общие сведения об острозаточенных фрезах..................6
1.2. Конические острозаточенные фрезы.........................16
1.3. Угловая фреза с ненулевой геометрией.....................18
1.4. Способ обработки режущей части угловой фрезы.............19
1.5. Порядок расчета технологических параметров угловых фрез........21
1.6. Применение угловых фрез с прямолинейными режущими кромками для обработки криволинейных поверхностей......................28
2. СБОРНЫЕ ЗУБОЗАКРУГЛЯЮЩИЕ ФРЕЗЫ, ОСНАЩЕННЫЕ СМНП..................33
2.1. Методы закругления торцов зубьев.........................34
2.2. Проектирование инструмента и наладки для зубозакругления.36
2.3. Пример расчета фрез и наладки для закругления торцев зубьев зубчатого блока...............................................40
3. КОНЦЕВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ С ВИНТОВЫМИ СТРУЖЕЧНЫМИ КАНАВКАМИ.........................................43
3.1. Теоретические основы процесса формообразования винтовой стружечной канавки режущего инструмента.......................43
3.2. Взаимное расположение шлифовального круга и заготовки и параметры их установки на станке............................44
3.3. Основные зависимости, определяющие профиль винтовой канавки....45
3.4. Порядок расчета параметров установки шлифовального круга при профилировании винтовых стружечных канавок................51
3.5. Точность профиля винтовой канавки концевого инструмента..56
3.6. Графическое построение профиля стружечной канавки на плоскости.58
3.7. Пример расчета параметров установки шлифовального круга при профилировании стружечных канавок концевой фрезы..........61

3

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВИНТОВОЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ НА СФЕРИЧЕСКОМ УЧАСТКЕ......................................64
4.1. Вывод уравнения винтовой кривой на сферическом участке фрезы.64
4.2. Угол наклона режущей кромки на сферическом участке.....65
4.3. Профилирование канавок с переменным шагом..............71
4.4. Заточка заднего угла на сферическом участке............72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................77
ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................83
Варианты исходных данных для проектирования конических фрез.83
Варианты исходных данных для расчета зубозакругляющей фрезы и наладки...................................................84
Варианты исходных данных для расчета параметров установки шлифовального круга при профилировании винтовых стружечных канавок цилиндрической концевой фрезы...............................85
Характеристики зубозакругляющего станка DRT-150 ф. «Wera» (Германия)...........................................86
ГОСТ 24257-80 Пластины режущие сменные многогранные твердосплавные ромбической формы с углом 55°, с отверстием и стружколомающими канавками на двух сторонах.
Конструкция и размеры.............................................88
Примеры чертежей инструментов.....................................89

4

ВВЕДЕНИЕ


     Задачей настоящего учебного пособия является углубление и закрепление теоретических знаний студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» специальностей «Технология машиностроения», «Инструментальные системы машиностроительных производств», а также бакалавров и магистров техники и технологии, изучающих дисциплины «Режущий инструмент», «Процессы и операции формообразования и инструментальная техника», «Проектирование и производство инструментальной техники», и «Автоматизированное проектирование инструментов, инструментальной оснастки и технологии их изготовления»
     Пособие содержит сведения по методам расчета концевых цилиндрических и конических фрез различного назначения, в том числе для зубоотделочных операций, таких как зубозакругление и снятие фасок по торцу.
     Металлорежущие инструменты имеют большое разнообразие типов и конструктивных особенностей, которые определяются условиями формообразования детали. Эти особенности при проектировании специальных инструментов имеют принципиальное значение, которые должны быть учтены на стадии проектирования.

5

1. КОНИЧЕСКИЕ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОСТРОЗАТОЧЕННЫЕ ФРЕЗЫ

1.1. Общие сведения об острозаточенных фрезах


     Фрезы относятся к группе инструментов, обладающих весьма большим разнообразием конструкций, форм и размеров. Типичными широко используемыми представителями являются цилиндрические, концевые, торцовые и трехсторонние фрезы. Рассматриваемые фрезы имеют острозаточенные зубья.
     Главные режущие кромки 1, выполняющие основную работу резания, располагаются у фрез на цилиндрической (рис. 1.1, а) или конической (рис. 1.1, б) наружной поверхности. А вспомогательные режущие кромки 2 - на торцовых поверхностях.
     Основными геометрическими параметрами фрез (рис. 1.1) являются:
     1)  главный передний угол у:
       -  для большинства фрез, изготовленных из быстрорежущих сталей +15°,
       -  для твердосплавных фрез от -15 до +15°;
     2)  главный задний угол а:
       -  для фрез с мелким зубом, изготовленных из быстрорежущей стали 14 з 20°, с крупным зубом 12 з 14°,
       -  для твердосплавных фрез 8 з 15°;
     3)  вспомогательный задний угол а 1:
       - для большинства фрез 5 з 8°;
     4)  главный угол в плане у:
       -  для концевых и торцовых фрез с расположением главных режущих кромок по цилиндру 90°,
       -  для фрез с угловыми кромками 45°, 60°, 75°;
     5)  угол в плане уо переходной кромки 3 (рис. 1.1):
       - обычно равен половине угла <р;


6

     6)  вспомогательный угол в плане у 1:
       - обычно не превышает 2 ^ 5°, причем на зубьях часто делается участок с у 1 = 0°;
     7)  угол наклона зубьев т:
       -  для концевых фрез обычно 30 ^ 45°,
       -  для торцовых 25 ^ 40°,
       -  для цилиндрических 30 ^ 60°.


Рис. 1.1. Геометрические параметры острозаточенных фрез с цилиндрической (а) и конической (б) главными режущими кромками

     На эксплуатационные показатели фрез большое влияние оказывают условия окончательного формообразования поверхностей их режущих зубьев, которое выполняется затачиванием. Для восстановления режущих свойств применяют шлифовальные круги, характеристики и режимы работы которых выбираются согласно общим рекомендациях. Обработке подвергаются передние и задние поверхности зубьев, расположенные как на цилиндре, так и на торце фрезы.


7

      Для большинства фрез лимитирующим является изнашивание фрезы по задней поверхности. Это объясняется тем, что фрезы работают в зоне тонких стружек, имеющих толщину не более 0,3 мм (чаще не более 0,1 мм). Допустимый износ устанавливается в пределах, приведенных в табл. 1.1.


Таблица 1.1

Допустимый износ острозаточенных фрез

    Фреза      Материал режущей  Износ ц з, мм, при обработке  
                  части фрезы      стали         чугуна       
Цилиндрическая   Быстрорежущие   0,4-0,6         0,5-0,8      
Торцовая       стали Р6МЗ, Р12,  1,5-2,0         1,5-2,0      
Трехсторонняя        Р6М5        0,4-0,6         0,4-0,6      
Концевая                         0,3-0,5         0,3-0,5      
Цилиндрическая                   0,5 - 0,6       0,6-0,7      
Торцовая        Твердые сплавы   1,0 - 1,2       1,5-2,0      
Трехсторонняя  Т5К10, Т15К6, ВК8 1,0 - 1,2       1,0-1,2      
Концевая                         0,3 - 0,5       0,3-0,5      

      Число периодов стойкости новой фрезы



n = (M/q) + l,


(1.1)

где М - величина допустимого стачивания зуба; q - величина стачивания зуба при одной заточке; l - период стойкости новой фрезы.


Рис. 1.2. Схема изнашивания зубьев фрез

8

     Величина допустимого стачивания зуба М зависит от конструкции фрезы и ее определяют для цельных, сборных и твердосплавных фрез по-разному.
     Для цельных фрез (рис. 1.2) величина М зависит от высоты зуба Н:


М = (0,3 - 0,5) Н.



(1.2)

     У цилиндрических сборных фрез ножи за счет их перестановки на шаг рифлений имеют возможность изменять вылет Н в радиальном направлении. У этих фрез величина допускаемого стачивания по цилиндру Мц = 0,3L, где L - глубина паза под нож (рис. 1.3, а).
     Трехсторонние фрезы с креплением ножей в пазах с радиальным уклоном и радиальными рифлениями позволяют изменять величину вылета ножей в осевом направлении Нт, что обеспечивает сохранение заданной ширины фрезы после ее переточек. При этом величина допустимого стачивания по торцу Мт = (0,3 - 0,5)В (рис. 1.3, б).


Рис. 1.3. Допускаемое стачивание вставных зубьев сборных фрез: а - цилиндрических; б - трехсторонних; в - торцовых; А - стачиваемая часть зуба; Б - положение зуба после заточки; 1 - вставной зуб (нож), 2 - корпус фрезы

9

     Торцовые сборные фрезы снабжаются, как правило, ножами, оснащенными твердосплавными пластинками. Величина допускаемого стачивания у этих инструментов (так же, как и у других твердосплавных фрез) зависит от размеров твердосплавных пластинок ножей. Для этих фрез величину допустимого стачивания принимают равной Мц = 0,5b (по цилиндру) и Мт = 0,51 (по торцу), где b и l - соответственно ширина и длина твердосплавной пластинки на ноже (рис. 1.3, в).
     Величина стачивания при заточке для рассматриваемых конструкций фрез (см. рис. 1.2)

q « Дtga + (0,1 + 0,2) ,                (1.3)


где из - износ фрезы по задней поверхности, мм; а - задний угол (главный или вспомогательный); 0,1 ^ 0,2 - дополнительно снимаемый слой, мм.
     Параметры шероховатости передних и задних поверхностей для большинства фрез, изготовленных из быстрорежущих сталей Ra = 0,63 мкм, а для твердосплавных фрез Ra = 0,32 мкм. Для некоторых типов фрез (в основном сборных) допускается параметр шероховатости поверхностей Ra = 1,25 мкм.
     Биение режущих кромок не должно превышать величин, приведенных в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Точность фрез

                                    Радиальное биение            
      Тип фрезы          Диаметр     двух зубьев, мм    Торцовое 
                        фрезы, мм   смежных  противо-  биение, мм
                                             положных            
Цилиндрическая цельная От 40 до 100 0,03       0,06       ---    
Концевая цельная          До 16      0,03      0,06       0,03   
                          Св. 16     0,03      0,06       0,04   

10

Окончание таблицы 1.2

                                        Радиальное биение            
Тип фрезы                   Диаметр      двух зубьев, мм    Торцовое 
                           фрезы, мм    смежных  противо-  биение, мм
                                                 положных            
Торцовая насадная            До 80       0,03      0,05       0,03   
Торцовая цельная             Св. 80      0,035     0,06       0,04   
Трехсторонняя                До 63       0,025     0,04       0,03   
дисковая цельная             Св.63       0,030     0,05       0,04   
Торцовая и трехсторонняя     До 100      0,05      0,10       0,04   
насадная со вставными    Св. 100 до 200  0,06      0,12       0,05   
ножами из быстрорежущей     Св. 200      0,08      0,15       0,06   
стали                                                                
Торцовая насадная            До 160      0,04      0,08       0,05   
со вставными ножами,     Св. 160 до 250  0,05      0,10       0,06   
оснащенными твердым        "250 " 400    0,06      0,12       0,08   
сплавом                   " 400 " 630    0,08      0,12       0,10   
Трехсторонняя дисковая                                               
со вставными ножами,         До 200      0,04      0,08       0,05   
оснащенными твердым         Св. 200      0,05      0,10       0,06   
сплавом                                                              

     Кроме биения зубьев, для цилиндрических фрез устанавливают допуск ци-линдричности наружного диаметра, равный 0,02 мм для фрез длиной до 50 мм, и 0,03 мм для фрез длиной более 50 мм. Для торцовых и трехсторонних фрез отклонение от цилиндричности наружного диаметра не должно превышать 0,04 мм по всей ширине фрезы.
     Геометрические параметры, полученные при выполнении лабораторной работы, не должны отличаться от заданных более чем на 10 %.
Формообразование главных задних поверхностей зубьев

     1.     После выбора и закрепления шлифовального круга фрезу устанавливают и закрепляют в центрах на столе станка (рис. 1.4). Для получения заданного зад

11

него угла лезвие упорки в средней точке, соответствующей рабочей зоне круга,

располагают ниже оси фрезы на величину



h =—sina, 2


(1.4)

где D - диаметр фрезы; а - задний угол.
     Величину h устанавливают с помощью штангенрейсмаса.
     При обработке прямых зубьев фрезы, расположенных параллельно оси, упорку устанавливают на столе станка, и она перемещается вместе с затачиваемым инструментом. При обработке винтовых зубьев жесткую упорку закрепляют на неподвижном корпусе шлифовальной головки, так как показано на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема установки фрезы при образовании главных задних поверхностей:
1 - обрабатываемая поверхность; 2 - положение круга; 3 - упорка

     2.      Определяют по формуле (1.3) величину стачивания зуба q при одной заточке. Износ фрезы принимают равным допустимой величине по табл. 1.1. Исходя из размеров зуба данной фрезы по формуле (1.1), рассчитывают теоретическое число периодов ее стойкости.

12