Практическое занятие № 2 расчет и конструирование фрез

По конструкции фрезы делят на цельные и сбор­ные, с пластинами из твердых сплавов или из быстрорежу­щей стали. Различают фрезы цилиндрические (преимущест­венно с зубьями, расположенными по винтовой линии), торцовые, дисковые, трехсторонние (пазовые и др.), прорез­ные (шлицевые и др.), отрезные, концевые (пальцевые), одно- и двухугловые, зуборезные, фасонные, наборные (на­боры из нескольких отдельных фрез). Основные размеры фрез, геометрические параметры и технические требования к ним приведены в соответствующих стандартах, нормалях или справочной литературе.

Форму и размеры пластин и коронок из твердого сплава выбирают по ГОСТ 2209—82. Марку твердого сплава выбирают по ГОСТ 3882—74. В качестве материала припоя рекомендуется латунь Л68. Наружный диаметр фрезы D зависит от диаметра оправки, размеров обрабатываемой поверхности, припуска на обработку и дру­гих факторов.

Обычно при конструировании фрез для определения диа­метров оправки и цилиндрической фрезы пользуются следующим соотношением: D = (2,5...3 )d.

Присоединительные размеры фрез, закрепляемых на фрезерных оправках, а также на концах шпинделей, выби­рают по соответствующим стандартам.

Когда на оправку устанавливают несколько фрез (набор), рекомендуется максимально увеличить диаметр оправки. Диаметр оправки (отверстия фрезы) можно рассчитать ис­ходя из сил, действующих на фрезу. Диаметр отверстия фрезы под оправку

.

Здесь М_сум — суммарный момент при изгибе и скручивании оправки, Н·м,

,

где R — равнодействующая сил P_z и Р_у, R = 1,411 P_z; l — расстояние между опорами фрезерной оправки (длина посадочного участка оправки), мм; σ_и.д. — допустимое на­пряжение на изгиб оправки [для конструкционных сталей σ_и.д. = (180...250)10⁶ МПа (18...25 кгс/мм²)].

Число зубьев фрезы , где т — коэффициент, зависящий от типа фрезы.

Цилиндрические фрезы

Цельные: m

крупнозубые с ω ≤ 30°.............................1,05

мелкозубые с ω = 15 - 20°..........................2

Сборные с ω, °:

20................................................................0,9

45................................................................0,8

Конструкции сборных фрез и способы крепления ножей для большинства типов фрез стандартизованы; описание различных конструкций крепления ножей приводится так­же в справочной литературе. Основные размеры на рифле­ния, углы уклона ножей и пазов режущего инструмента приведены в ГОСТ 2568—71.

Пример. Рассчитать и сконструировать сборную цилиндрическую фрезу с вставными ножами из быстрорежу­щей стали Р18 для чернового фрезерования плоской по­верхности шириной В = 100 мм у заготовки из стали 30ХМ с пределом прочности σ_в = 1000 МПа (~ 100 кгс/мм²). Припуск на обработку h = 6 мм. Обработка производится на горизонтально-фрезерном станке 6М82Г с мощностью электродвигателя N= 7 кВт; заготовка крепится в при­способлении повышенной жесткости.

Решение. 1. Предварительно задаемся длиной L фрезы (для заданной ширины фрезерования В) и соответственно ее диаметром D, числом зубьев z и углом ω : L = 125 мм; D = 100 мм; z = 10; ω = 20°.

2. Подачу выбираем по справочным данным (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Подачи при черновом фрезеровании плоскостей

цилиндрическими фрезами из быстрорежущей стали Р18

Мощность станка (шпиндельной головки), кВт	Жесткость системы СПИД	Фрезы с крупным зубом и вставными ножами
		Подача (мм/зуб) при обработке
		стали	чугуна и медных сплавов
До 5	Средняя Пониженная	0,1 — 0,15 0,06 — 0,1	0,12 — 0,2 0,1 — 0,15
Более 5 До 10	Повышенная Средняя Пониженная	0,02 — 0,3 0,12 — 0,2 0,1 — 0,15	0,25 — 0,4 0,2 — 0,3 0,12 — 0,2
Более 10	Повышенная Средняя Пониженная	0,4 — 0,6 0,3 — 0,4 0,2 — 0,3	0,6 — 0,8 0,4 — 0,8 0,25 — 0,4

Для чернового фрезерования заготовки из стали цилиндрической фрезой с вставными ножами при заданных условиях работы s_z = 0,12...0,2 мм/зуб; принимаем s_z = 0,15 мм/зуб.

3. Диаметр отверстия под оправку

.

Силу резания при t = h = 6 мм определяем по норма­тивам или справочнику:

= 14250 Н.

Равнодействующая сила R = 1,411P_z = 20106 Н.

Расстояние между опорами фрезерной оправки принимают в зависимости от длины посадочного участка центро­вой фрезерной оправки l = 400 мм.

Суммарный момент, действующий на фрезерную оправку,

= 1770 Н·м.

Допустимое напряжение на изгиб материала оправки принимаем σ_и.д. = 250 МПа; подставив в при­веденную выше формулу найденные значения М_сум и σ_и.д., получим диаметр отверстия фрезы под оправку:

= 41,4 мм.

Принимаем ближайший диаметр отверстия фрезы по ГОСТ 9472—70*: d = 40 мм (табл. 2.2).

4. Устанавливаем окончательно наружный диаметр фре­зы: D = 2,5d = 2,5 · 40 = 100 мм; принимаем ближайший диаметр фрезы по ГОСТ 3752 — 71 * : D = 100 мм, длину фрезы L = 125 мм,

5. Окончательное число зубьев фрезы = 9,

принимаем четное значение z = 10.

6. Определяем шаг зубьев фрезы:

окружной торцовый

= 31,4 мм;

осевой при ω = 20°, ctg 20° ~ 2,75

= 86 мм.

7. Проверяем полученные величины z и S_oc на условие

равномерного фрезерования: должно быть целым числом или величиной, близкой к нему. В рассматриваемом примере С = 1,16; т. е. условие равномерного фрезерования обеспечено.

8. Отверстие фрезы и шпоночный паз выполняют по ГОСТ 9472—70* (табл. 2.2).

9. Определяем геометрические параметры режущей ча­сти фрезы по справочным данным: главный задний угол α =

= 12°; передний угол γ = 10°.

10. Выбираем материал фрезы: корпуса — сталь 40Х; ножей — быстрорежущая сталь Р18; клиньев — сталь У8А. Назначаем твердость деталей фрезы после термической обработки: корпуса HRC 30...40; режущей части ножен HRC 62...65; клиньев — HRC 40...50.

Таблица 2.2

Размеры отверстия и шпоночного паза для насадных фрез с цилиндрическим отверстием (ГОСТ 9472—70*)

d(Н7)		а (С11)		с1 (Н12)		R, мм
Номи­нальный размер, мм	Предель­ные отклоне­ния, мкм	Номи­нальный размер, мм	Предель­ные отклоне­ния, мкм	Номи­нальный размер, мм	Предель­ные отклоне­ния, мкм
8	+15 0	2	+ 120 +60	8,9	+150 0	0,3...0,4
10		3		11,5	+ 180 0
13	+ 18 0	3		14,6
16		4	+145 +70	17,7		0,4...0,6
19	+21 0	5		21,1	+210 0	0,7...1
22		6		24,1
27		7	+170 +80	29,8		0,9...1,2
32	+25 0	8		34,8	+250 0
40		10		43,5
50		12	+205 +95	53,5	+300 0	1,1...1,6
60	+30 0	14		64,2
70		16		75,0		1,5...2
80		18		85,5	+350 0
100	+35 0	25	+240 +110	107,0		2...2,5

11. Допуски на основные элементы фрезы и другие технические требования принимаем по ГОСТ 8721 — 69* (фрезы с пластинами из твердого сплава) или по ГОСТ 1671 — 77* (фрезы с ножами из быстрорежущей стали), пре­дельные отклонения размеров рифлений — по ГОСТ 2568 — 71*.

12. Выполняем рабочий чертеж фрезы (сборка, корпус, нож и клип) с указанием основных технических требований.

Задача. Рассчитать и сконструировать цилиндриче­скую фрезу с винтовыми пластинами из твердого сплава для чернового фрезерования плоской поверхности заго­товки шириной В и припуском на обработку h. Обработка производится на горизонтально-фрезерном станке 6Н83Г; заготовка крепится в приспособлении средней жесткости. Конструкцию фрезы выбрать по табл. 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3

Данные к задаче (размеры в мм)

№ вари­анта	Материал заготовки	В	h
1	Сталь 45ХН, σв = 650 МПа (≈ 65 кгс/мм2)	50	4
2	Сталь 60, НВ 225	60	5
3	Чугун СЧ30, НВ 220	70	8
4	Сталь 35Х, σв = 950 МПа (~ 95 кгс/мм2)	80	12
5	Сталь 15Г, σв = 400 МПа (~ 40 кгс/мм2)	100	4
6	Сталь 40ХС, НВ 225	120	5
7	Чугун СЧ20, НВ 170	140	8
8	Медь М4, НВ 80	60	12
9	Бронза Бр. А7, НВ 90	100	8
10	Сталь 40Х, σв = 750 МПа (~ 75 кгс/мм2)	130	12

Таблица 2.4

Геометрические параметры режущей части цилиндрических фрез с винтовыми пластинками из твердого сплава

Обрабатываемый материал	Угол заточки, градусы			Размеры фаски
	передний γ	задний ап	наклона винтовой пластинки	Ширина лен­точки f, мм	Передний угол на фаске γф,о
Сталь углеродистая и леги­рованная, с σв < 75 кгс/мм2, чугун с НВ < 200, бронза с НВ < 140	+ 5	17	24...30	-	-
Сталь углеродистая и леги­рованная с σв = 75...110 кгс/мм2, чугун с НВ > > 200, бронза с НВ > 140	0	17	24...30	0,2...0,6	0
Сталь углеродистая и леги­рованная с σв > 110 кгс/мм2	- 5	15	24...30	1,0...2,0	- 5
Примечание. На задней поверхности зуба вдоль режущей кромки допускается ленточка шириной не более 0,1 мм.