Работа 5. Расчет режима резания при нарезании зубьев зубчатых колес

 

Цель работы: изучить методику расчета режима резания при зубонарезании по таблицам нормативов. Приобрести навыки работы по нормативам.

 

Общие сведения

Профиль зубьев зубчатого колеса образуется путем удаления материала впадины следующими способами обработки: фрезерованием, строганием, долблением, протягиванием, шевингованием и шлифованием.

Различают два метода нарезания зубьев:

· копирования – когда форма режущей кромки инструмента соответствует форме впадины зубчатого колеса (дисковые, пальцевые модульные фрезы, зубодолбежные головки);

· обкатки – поверхность зуба получается в результате обработки инструментом, режущие кромки которого представляют собой профиль сопряженной рейки или профиль зуба сопряженного колеса и во время обработки инструмент с заготовкой образуют сопряженную зубчатую пару (червячные фрезы, долбяки, шеверы и др.).

Метод обкатки имеет следующие преимущества по сравнению с методом копирования:

· одним и тем же инструментом данного модуля можно нарезать зубчатые колеса с любым числом зубьев;

· обеспечивается более высокая точность и низкая шероховатость поверхности зубьев нарезаемого колеса;

· достигается более высокая производительность обработки благодаря непрерывности процесса и участию в работе одновременно большего количества лезвий.

Дисковая и пальцевая модульные фрезы представляют собой фасонные фрезы, профиль зуба которых повторяет профиль впадины нарезаемого колеса. Обработка производится по методу копирования. Пальцевые модульные фрезы применяют для получения шевронных и зубчатых колес большего модуля. Главным движением (движением резания) является вращение фрезы вокруг своей оси. Движением подачи является движение фрезы вдоль оси заготовки.

 При обработке червячной фрезой (метод обкатывания) движение резания – вращение фрезы, движение подачи – поступательное движение фрезы вдоль оси заготовки.

Зуборезный долбяк выполнен в виде зубчатого цилиндрического колеса и снабжен режущими кромками. Главное движение (движение резания) при зубодолблении – возвратно-поступательное движение долбяка, движений подачи два: движение обкатывания по делительным окружностям долбяка и нарезаемого колеса и радиальное перемещение. Зубодолбление применяют для нарезания наружных и внутренних зубьев прямых и косозубых колес.

Глубина резания при черновом нарезании зубьев (Ra = 12,5 мкм), как правило, принимается равной глубине впадины t = h = 2,2 × m, где m – модуль нарезаемого колеса, мм.

Обычно черновые червячные фрезы профилируются такими, чтобы ими можно было нарезать зубья на полную глубину, но оставляя припуск на окончательную обработку лишь боковым сторонам зуба. Если мощности и жесткости станка недостаточно, припуск на черновую обработку срезают за два прохода: первый проход h = 1,4m, второй проход , h = 0,7m.

Чистовую обработку в два прохода применяют только при зубодолблении цилиндрических колес дисковыми долбяками с модулем 6 мм и выше при шероховатости выше Ra = 1,6 мкм.

Подачи выбирают с учетом качества и точности нарезаемого колеса, мощности станка, модуля и числа зубьев нарезаемого колеса [5].

Скорость резания устанавливают в зависимости от режущих свойств инструмента. Размеров нарезаемого зуба. Глубины резания, подачи и других факторов по таблицам нормативов [5], или по эмпирической формуле [3].

Основное время при зубофрезеровании червячной фрезой

 , мин

где z - число зубьев нарезаемого колеса;

    n - частота вращения фрезы, об/мин;

    S₀ – подача фрезы за оборот заготовки, мм/об;

K - число заходов фрезы.

При чистовой обработке применяют однозаходную фрезу, при черновой – многозаходную.

L – величина хода фрезы

L = b + l₁,

где b – ширина венца нарезаемого колеса, мм;

    l₁ – величина врезания и перебега, мм

Основное время при зубодолблении

 , мин,

 

где m – модуль нарезаемого колеса, мм;

    z – число зубьев нарезаемого колеса;

    K_д – число двойных ходов в минуту долбяка, дв.ход/мин;

    S – круговая подача, мм/дв.ход;

    S_p – радиальная подача, мм/дв.ход;

    i – число проходов;

    h – припуск на обработку, мм.

Пример. На зубодолбежном станке 5122 нарезают долбяком прямозубое зубчатое колесо модуля m = 3 мм с числом зубьев z = 40, шириной венца b = 40 мм. Обработка чистовая (Ra = 1,6 мкм) по сплошному металлу. Материал заготовки – сталь 40Х, твердость НВ190.

Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания (по таблицам нормативов), определить основное время.

Решение:

Рис. 4. Эскиз обработки

1. Выбор инструмента

Для зубодолбления цилиндрического колеса принимаем дисковый прямозубый долбяк модуля 3 тип 1 ГОСТ 9323-85 [2] или [3] из быстрорежущей стали Р6М5 [2] или [3].

Угол заточки по передней поверхности зубьев g_з = 5° [2], [3], [5].

2. Режим резания.

2.1. Круговая подача для станка модели 5122 с мощностью двигателя 3 кВт, т.е. III классификационной группы [5] , для чистовой обработки по сплошному металлу, обработки стали с твердостью до НВ207, при модуле нарезаемого колеса до m=3 мм, S=0,25¸0,3 мм/дв.ход [5].

С учетом поправочных коэффициентов Кm_s=1 и паспортных данных станка принимаем S=0,25 мм/ дв.ход.

2.2. Радиальная подача.

S_p = (0,1…0,3) × S [5],

S_p = (0,1…0,3) × 0,25 = 0,025…0,075 мм/дв.ход.

С учетом паспортных данных станка принимаем

S_p = 0,036 мм/дв.ход.

2.3. Период стойкости долбяка для чистовой обработки Т = 240 мин. [3].

2.4. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента. Для чистовой обработки по сплошному металлу, круговой подаче S = 0,25 мм/дв.ход и модуле до 4 мм

V = 20,5 м/мин.

C учетом поправочных коэффициентов K_mv = 1; K_bv = 1

V_p = V × K_mv × K_bv = 20,5 м/мин.

 Число двойных ходов ходов долбяка в минуту , соответствующее найденной скорости резания,

 

 

где L – величина хода долбяка, мм

L = b + l₁ = 40 + 8 = 48 мм,

где l₁ – перебег долбяка на две стороны.

При ширине венца до 51 мм и l₁ = 8 мм [5]

 мм/дв.ход 

В соответствии с паспортными данными принимаем

К_д=200 мм/дв.ход.

Действительная скорость резания

 м/мин.

 3. Проверка достаточности мощности станка

 3.1. Мощность, затрачиваемая на резание

 При чистовой обработке по сплошному металлу для данных условий обработки

N = 1,1 кВт [5],

С учетом поправочных коэффициентов K_мN = 1; K_bN = 1; K_zN = 1,1

N_p = N× Kм_N × Kb_N × Kz_N = 1,1×1×1×1,1 = 1,21 кВт.

3.2 Мощность на шпинделе станка

N_ш = N_д×h кВт,

где N_д = 3 кВт; h = 0,65 – паспортные данные станка

N_ш = 3×0,65 = 1,95 кВт.

Так как N_ш = 1,95 кВт > N_p = 1,21кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

 

 , мин

где i – число проходов

 мин

Порядок выполнения работы: аналогичен предыдущей работе.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режима резания по таблицам нормативов по заданному варианту. Исходные данные приведены в таблице.

Форма отчета : аналогична предыдущей работе. см. рис. 4.

Таблица. Варианты задания к работе 5.

№	Материал заготовки и его свойства	Вид обработки и шероховатость поверхности, мкм	Модуль, мм	Число зубьев, z	Ширина венца, b	Угол наклона зубьев, b °	Число одновременно обрабатываемых зубьев, д	Модель станка
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Сталь 12ХНЗА, НВ210	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=3,2	3	20	30	0	6	53А50
2	Сталь 30ХГТ, НВ200	Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6	8	25	40	0	1	5122
3	Серый чугун СЧ25, НВ210	Предварительное (под последующее зубодолбление)	6	30	32	15	5	53А50
4	Серый чугун СЧ20, НВ200	Предварительное (под последующее шевингование)	3	60	50	0	1	5122
5	Сталь 45, НВ190	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	2,5	80	60	0	3	5122
6	Сталь 40Х, НВ200	Предварительное (под шевингование)	7	28	55	0	1	5122
7	Сталь 35Х, НВ185	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	2	54	20	30	10	53А50
8	Сталь 12Х18Н9Т, НВ180	Предварительное (под шевингование)	4	45	32	0	1	5122
9	Бронза Бр АЖН 10-4, НВ170	Предварительное (под последующее зубодолбление)	2,5	65	35	15	6	53А50
10	Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ220	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	1,5	84	25	0	1	5122
11	Сталь 14Х17Н2, НВ220	Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6	5	32	50	0	1	5122
12	Сталь 20Х, НВ170	Предварительное (под шевингование)	5,5	24	24	0	1	5122
13	Серый чугун СЧ10, НВ170	Предварительное (под последующее зубодолбление)	8	46	25	15	8	53А50
14	Серый чугун СЧ15, НВ190	Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6	6	30	38	0	1	5122
15	Сталь 38ХА, НВ190	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	1,5	55	24	0	1	5122
16	Сталь 35, НВ180	Предварительное (под шевингование)	4	42	40	0	1	5122
17	Сталь 20, НВ200	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	1,5	120	60	0	3	53А50
18	Серый чугун СЧ30, НВ220	Предварительное (под последующее зубодолбление)	5	66	18	15	10	53А50
19	Сталь 20Х, НВ165	Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6	8	22	30	0	1	5122
20	Сталь 45, НВ210	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=3,2	2	85	50	0	1	5122
21	Сталь 35Х, НВ185	Предварительное (под шевингование)	3	65	42	0	1	5122
22	Сталь 45ХН, НВ220	Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6	6	24	28	0	1	5122
23	Серый чугун СЧ30, НВ220	Предварительное (под последующее зубодолбление)	8	50	45	30	4	53А50
24	Серый чугун СЧ10, НВ160	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	2,5	70	65	15	3	53А50
25	Сталь 45, НВ215	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	2	80	30	0	6	53А50
26	Серый чугун СЧ20, НВ240	Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6	3	22	45	0	6	53А50
27	Аналог – 1
28	Аналог – 2
29	Аналог – 3
30	Аналог - 4
* В вариантах окончательной обработки по предварительно прорезанному зубу принять припуск на зубодолбление по межцентровому расстоянию h = 1…1,4 мм.