2. Проектування пристрою для закріплення різального інструмента

2.1. Вибір принципіальної схеми пристрою

Обробка шпонкового пазала виконується на вертикально-фрезерному верстаті з ЧПУ моделі ГФ5171М, з підвищеною категорією точності. У якості інструмента використовуємо фрезу ∅4 з числом зубців z = 3 та матеріалом різальної частини – швидкорізальна сталь Р6М5. Зусилля різання P_z = 0,212 кН.

Положення та фіксація фрези відносно оброблюваної поверхні виконується частиною верстата – шпинделем. Базування обраної фрези може здійснюватися за схемою довгих циліндричних тіл типу «вал». У цьому випадку у якості подвійної направляючої бази виступає вісь фрези а у якості опорної бази - приймаємо її торець.

Рис. 2.1. Схема базування різального інструмента

У якості пристрою для закріплення шпонкової фрези приймаємо патрон з конічним хвостовиком. Такий пристрій є простим у виготовленні та обслуговуванні, надійним в роботі та здатним забезпечити необхідне зусилля закріплення інструмента.

2.2. Силовий розрахунок пристрою

У процесі обробки шпонкового паза зі сторони заготовки на фрезу буде діяти сила різання (окружна сила) P_z = 132 Н (за умовою) і відповідно, момент різання М_різ , яка намагається повернути фрезу навколо її вісі. Окрім того на фрезу діють сили затиску Q кулачками патрона та сили тертя F_тр між поверхнею кулачка та поверхнею фрези.

Рис. 2.2. Схема сил, які діють на фрезу

З метою забезпечення нерухомості фрези відносно патрона у процесі обробки момент різання М_різ повинен бути урівноваженим моментом тертя М_тр. При визначенні момента різання для компенсації можливих випадкових відхилень сили різання від її номінального значення введений раніше прийнятий коефіцієнт запасу К = 1,65. Необхідні моменти тертя забезпечуються силами тертя Q ∙ f , які діють на поверхнях фрези, які контактують із затискними елементами, які виникають у результаті дії сили закріплення (та рівній ій по величині силі реакції). При визначенні величини сили тертя прийнятий коефіцієнт тертя f = 0,16, так як фреза контактує із затискними елементами обробленими поверхнями. Величину сили закріплення Q визначаємо з умови забезпечення рівноваги моментів від сили різання P_z та сил тертя Q ∙ f.

М_різ = М_тр (2.1)

К ∙ P_z ∙ r_ф = Q ∙ f ∙ r_фр (2.2)

Q = = (2.3)

Q = = 1361,25H

Необхідна сила закріплення Q може бути забезпечена моментом сили затягування W. Величина сили затягування визначається за формулою:

W =

де Q – зусилля затискання, Н,

i – передавальне відношення.

Для клинового механізма з кутом клина α = 15°, передавальне відношення якого і_кл = 2,37.

W = = 574,4 Н

2.3. Оцінка точності пристрою

При фрезеруванні шпонкового паза із застосуванням пристрою для закріплення різального інструмента (фрези) повинна забезпечуватися необхідна точність розміра 23,5^+0,21.

У цьому випадку для оцінки точності пристрою необхідно окремо визначити похибки: базування, закріплення, положення, які впливають на точність виконання розміру. Для цього треба порівняти їх з допустимими та зробити висновок про забезпечення потрібної точності виготовлення пристрою.

Доля у сумарній похибці механічної обробки пристрою для закріплення різального інструмента практично не перевищує 20% допуску розміру, який виконується. Ця величина приймається у якості допустимої похибки:

[ε] = 0,2 ∙ Т (2.4)

[ε] = 0,2 ∙ 210 = 42 мкм

Похибка базування при установці фрези в патрон дорівнює нулю,

тобто ε_б = 0. При виконанні шпонкового паза зусилля закріплення фрези направлене перпендикулярно направленню розміра, який виконується, тому похибка буде дорівнювати нулю и на точність розміру, який виконується впливу не мають.

У нашому випадку пристрій одномісний, тому похибка положення здійснює вплив, основному, лише на зношування посадочної поверхні патрона:

ε_п = (2.5)

де ε_и – похибка викликана зношуванням, мкм.

Величина похибки, обумовлена зношуванням посадочної поверхні патрона, залежить від числа контактних взаємодії фрези та патрона визначається виразом:

ε_и = β ∙ (2.6)

де β – коефіцієнт, який заелжить від виду опорного елемента та умов контакта (за даними додатка 8 [1] приймаємо β = 1);

N – кількість контактних взаємодій фрези та патрона, чисельно рівне кількості оброблюваних деталей.

ε_и = ε_п = 1 ∙ = 17,32 мкм

Отже

ε = 17,32 мкм

Перевірка: умова виконується, так як

ε = 17,32 мкм < [ε] = 42 мкм

Отже, необхідна точність розміра 23,5^+0,21 із застосуванням спроектованого пристрою забезпечується.