Техпроцесс изготовления фрезы

Проектирование конструкции концевой фрезы для обработки паза с винтовыми стружечными канавками. Обоснование использования инструмента. Необходимо разработать конструкцию концевой фрезы для обработки паза, выполняющей две операции одновременно: прорезание паза на заданную глубину и снятие фаски на угол 45.
Главные параметры фрезы, которые необходимо учитывать: · Направление зубьев · Конструкцию зубьев: острозаточенные / затылованные · Материал зубьев Количество и размер зубьев (Для чернового фрезерования - фрезы с большим окружным шагом и малым количеством крупных зубьев. Для чистового фрезерования и фрезерования хрупких материалов - фрезы с малым окружным шагом и большим количеством мелких зубьев) · Конструкцию фрез: цельные, составные(с припаянными режущими элементами) и сборные (с механическим креплением неперетачиваемых сменных многогранных пластин) · Способ установки на шпинделе станка: насадные (с отверстием) / концевые (с хвостовиком)
Концевые фрезы являются инструментами с широкими технологическими возможностями. Их используют для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для выполнения контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Концевые фрезы также являются основными инструментами, применяемыми на станках с ЧПУ. Конструкция. Несмотря на то, что инженера-конструкторы предлагают сотни разных типов и разновидностей фрез, все они имеют ряд общих элементов (см. рисунок). Устройство концевых фрез. (на примере фрезы для скруглений и прямой пазовой фрезы) Режущие кромки. Фреза может иметь одну, две или более режущих кромок. Фрезы с единственной режущей кромкой используются в случаях, когда требуется высокая производительность, по отношению к которой чистота поверхности занимает второстепенное значение. Большинство же фрез имеет две режущие кромки и более, что обеспечивает своего рода баланс между качеством реза и производительностью. Режущие кромки фрезы могут быть выполнены из быстрорежущей стали (что сокращенно обозначается как HSS) либо из твердого сплава (TCT). Последние, как правило, стоят несколько дороже. Для обеспечения возможности погружения фрезы в материал в произвольном месте заготовки фреза должна иметь концевые режущие кромки (как пазовая фреза, показанная на рисунке). Хвостовикфрезы характеризуется диаметром и длиной. Очевидно, что диаметр хвостовика должен соответствовать диаметру цанги фрезера. Продаваемые на территории России фрезеры, как правило, имеют в комплекте цанги диаметром 8 и 12 мм либо только 8 мм (характерно для моделей небольшой мощности). Цанги указанных размерностей являются стандартом в странах Европы. Инструменты, предназначенные для американского рынка, рассчитаны на использование фрез с хвостовиками дюймовых размерностей ¼” (6,35 мм) и ½“ ( 12,7 мм). Впрочем, многие производители, как европейские, так и американские, предлагают к своим фрезерам дополнительные цанги дюймовой или, наоборот, метрической размерности. Также хвостовик может быть коническим, как называют Конус Морзе. Под него есть коническое отверстие соответствующего размера (гнездо) в шпинделе или задней бабке станка. Предназначено для быстрой смены инструмента с высокой точностью центрирования и надёжностью. При разработке новых конструкций фрез выполняют следующие основные требования. Число зубьев должно быть по возможности большим, так как от него пропорционально зависит минутная подача, т. е. производительность обработки. Вместе с тем зубья должны быть достаточно прочными, а расстояние между ними, форма и шероховатость поверхности стружечных канавок должны обеспечивать надежное размещение и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез, обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, например при образовании сплошной сливной стружки, у концевых фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробления стружки. Обоснование выбора материала. Исходя из твердости обрабатываемого материала, принимаем решение об изготовлении фрезы из быстрорежущей стали Р6М5 (режущая часть) и стали 40Х (хвостовик). Подсистема расчета геометрических параметров инструмента. Конструкция режущей части инструмента. Согласно классической теории, огибающая исходная инструментальная поверхность (ИИП) – есть огибающая поверхности детали при ее движении относительно неподвижного инструмента. Поэтому исходными данными при определении ИИП являются заданная поверхность детали и схема формообразования. Поскольку режущий инструмент предназначен, с одной стороны, для срезания припуска, а с другой – для придания обрабатываемой поверхности требуемой формы, то на стадии проектирования стружечной канавки необходимо, чтобы ее форма соответствовала функциональному назначению инструмента. Рис. 1.Вид на фрезу с торца с основными параметрами режущей части Высокая работоспособность инструмента возможна при выполнении следующих условий: создание оптимальных условий срезания припуска обеспечивается рациональными углами резания по всей длине режущей кромки (рис.1); достаточная прочность зуба гарантируется формой спинки и глубиной канавки h; желательно обеспечение постоянства ширины зуба f. Кроме того, целесообразно использовать не прямые, а винтовые зубья, поскольку они обладают более высокими эксплуатационными показателями, позволяющими повысить производительность обработки и стойкость инструмента, улучшить качество обрабатываемой поверхности, а также снизить динамические нагрузки на станок, что важно в условиях гибких производственных систем (ГПС). Однако винтовые зубья фасонных инструментов отличаются сложностью изготовления и увеличенными погрешностями. Это объясняется тем, что параметры поверхностей, формирующих винтовой зуб на сложных ИИП обусловливают изменения профиля обрабатывающего инструмента. Поэтому для таких поверхностей определение сопряженного инструментального профиля является оптимизационной задачей, решение которой зависит от точного нахождения профиля обрабатывающего инструмента и точного выбора формообразующих движений. Моделирование фасонной образующей инструмента.
Использование фасонных инструментов с криволинейной образующей для обработки линейчатых поверхностей требует установления рациональных значений параметров образующей ИИП. Расширение технологических возможностей инструмента может быть достигнуто путем использования в качестве образующей ИИП инструмента фасонной фрезы кривой с наперед заданным законом изменения ее кривизны, который назначается в соответствии с диапазоном изменения главных нормальных кривизн формообразующего отсека сложной поверхности детали.
В качестве образующей или ее отсеков могут использоваться различные кривые второго порядка (парабола, гипербола, эллипс, окружность и т.д.), трансцендентные кривые (логарифмическая спираль, спираль Архимеда и т.д.), т.е. почти все непересекающиеся кривые. Определение винтовой линии пересечения передней поверхности и фасонной образующей инструмента. На угол 30 градусов… Определение стружечной винтовой поверхности. Стружечная винтовая поверхность должна обеспечивать: • оптимальные условия срезания припуска, что достигается рациональными углами резания на всем протяжении режущей кромки; • достаточную прочность режущего зуба, которая достигается формой зуба и увеличением глубины канавки при возрастании диаметра образующей инструмента, чтобы обеспечить свободное размещение стружки; • постоянство ленточки на всем протяжении режущего зуба. Таким образом, полученная модель стружечной винтовой канавки фасонного инструмента обеспечивает: постоянство ширины зуба вдоль режущей кромки; постоянство переднего угла; постоянство углов спинки зуба в торцовых сечениях и увеличение глубины канавки при движении вдоль оси инструмента. Заточка. С увеличением заднего угла уменьшается трение инструмента об обрабатываемый металл и вместе с тем уменьшается и угол заострения; поэтому большие задние углы целесообразно использовать при чистовом фрезеровании, когда сопротивление металла резанию невелико. Как видно, все углы инструмента в главной секущей плоскости тесно связаны между собой и влияют друг на друга. Это нужно учитывать при выборе значений углов заточки фрез. Есть еще один важный элемент геометрии в главной секущей плоскости. Только на упрощенных схемах резания инструмент изображают в виде острого клина. На самом деле режущая кромка даже при тщательной заточке имеет некоторое округление радиусом. При значительном радиусе округления (30— 40 мкм и более) инструмент с трудом срезает тонкие стружки — он не столько режет, сколько соскабливает с заготовки тонкий слой металла, поэтому при чистовой обработке важно не только тщательно затачивать инструмент, но и доводить по одной или двум поверхностям режущего клина для уменьшения радиуса. Чем меньше угол, тем легче получить маленький радиус округления. Если инструмент имеет две рабочие режущие кромки, то для вспомогательной режущей кромки проводят вспомогательную секущую плоскость (см. рис. 43) и в этой плоскости измеряют вспомогательные передний и задний углы. Самый острый инструмент имеет минимально возможный угол заточки. Однако при этом снижается прочность инструмента. Как только режущая кромка у инструмента подсела, пятно контакта становится больше, резко увеличивается температура в рабочей зоне, износ инструмента происходит ещё быстрее, температура повышается ещё больше. На практике, при обработке различных материалов (при фрезеровании дерева, даже твёрдых пород, пластика) стараются, по возможности, правильно подобрать углы заточки концевой фрезы. У концевых фрез затачивают боковые и торцовые режущие кромки. Боковые режущие кромки затачивают со стороны передней грани с сохранением постоянства величины переднего угла. Торцовые режущие кромки затачивают со стороны задней грани. Требования, предъявляемые к заточенным фрезам. 1) отклонения угловых параметров для переднего угла боковых режущих кромок не должны превышать ±2°; торцового угла заострения ±1°; 2) радиусы закругления боковой и торцовой режущих кромок должны быть не более 6 мк; 3) на режущих кромках не должно быть завалов, выкрошин, трещин и заусенцев; 4) шероховатость поверхностей после заточки должна быть не ниже Rz ???; 5) радиальное и осевое биение должно быть не более 0,05—0,06 мм. Пазовые и сборные цилиндрические фрезы затачиваются по плоской задней поверхности. Для сохранения заданных углов зубьев необходимо правильно устанавливать затачиваемую поверхность относительно шлифовального круга. При заточке фрез по передней поверхности необходимо сохранять постоянство переднего угла. При этом ось фрезы должна быть параллельна рабочей поверхности шлифовального круга и смещена на величину а: а =R*sinγ, где R – радиус фрезы; γ–передний угол. По мере переточек радиус фрезы уменьшается и, следовательно, пропорционально смещается величина смещения а Контроль качества заточки фрез. Тщательно осматриваются режущие кромки заточенного инструмента. Радиус скругления режущей кромки должен быть не более 5 мкм. Его проверяют в сравнении с эталоном (новая фреза) при помощи измерительной лупы или микроскопа. Контроль шероховатости заточенных поверхностей осуществляют сравнением с набором эталонов шероховатости. Параметр шероховатости Ra у стальных лезвий не должен превышать 0,63-0,32мкм, у твердосплавных – 0,16-0,08мкм. Диаметр фрез измеряют штангенциркулем или микрометром с точностью до 0,05мм. Разность диаметров фрез, работающих комплектом, не должна превышать 0,1-0,2мм. Радиальное и торцевое биение зубьев и выступ подрезающих зубьев над основными измеряют индикатором при установке концевых фрез в цанговом патроне делительной головки. Профиль режущей кромки контролируют шаблоном. Профиль шаблона, соответствующий профилю обработанной детали с точностью до 0,01мм, прикладывают к режущей кромке по радиусу фрезы. Зазор между контуром зубьев и шаблоном не должен превышать 0,1мм. Угловые параметры фрез можно контролировать при помощи угломера и штангенрейсмуса. У затылованных фрез измеряют только передний угол γ, у незатылованных - переднийγи задний α углы. Отклонение величин углов от номинальных после заточки не должно превышать 0,5°. Геометрическими параметрами являются углы, под кото­рыми поверхности и режущие кромки фрезы располо­жены в пространстве. От геометрических параметров зуба во многом зависит износостойкость и работоспособность фрезы. Если они выбраны правильно, то фреза работает производительно, спокойно, без частых переточек. Различают обрабатываемую поверхность, поверхность резания и обработанную. Фреза срезает стружку обрабатываемой поверхности , образуя обработанную поверхность. Срезаемый слой материала сходит в виде стружки по передней поверхности зуба фрезы. В процес­се резания образуется поверхность резания , к которой об­ращена главная задняя поверхность зуба. Главные режущие кромки образуются пересечением перед­ней и главной задней поверхностей. При такой конструкции работа резания распределяется между двумя режущими кромками, что бла­гоприятно сказывается на стойкости фрезы. Место пересе­чения режущих кромок является вершиной зуба фрезы.
Взаимное расположение поверхностей зуба и их поло­жение по отношению к поверхностям заготовки определяют -углы зуба фрезы, которые измеряются в различных плоскостях. Плоскость резания является касательной по отношению к поверхности резания; основная плоскость параллельна направлению движения подачи; секущие плоскости проводятся перпендикулярно к проекциям режущих кромок на основную плоскость. Передний угол у измеряется между передней поверхностью зуба и плоско­стью, перпендикулярной к плоскости резания. Этот угол может быть положительным или отрицательным, его вели­чина выбирается в зависимости от обрабатываемого и ин­струментального материалов, конструкции фрезы. Главный задний угол измеряется между главной задней поверхно­стью и плоскостью резания и выбирается в пределах 6—20°. Если фреза имеет две рабочие режущие кромки, то для вспо­могательной проводится вспомогательная секущая плоскость и в этой плоскости измеряют вспомогательные передний и задний углы. Углы в плане измеряются в основной плоскости. Угол между проекцией на основную плоскость главной режущей кромки и направлением подачи s называется главным углом в плане ф. Угол между проек­цией на ту же плоскость вспомогательной режущей кромки и направлением, обратном подаче, называется вспомогательным углом в плане фх. Между проекциями на основную плоскость главной и вспомогательной режущих кромок находится угол при вершине s. Угол наклона главной ре­жущей кромки измеряется в плоскости резания как угол между главной режущей кромкой и линией, про­веденной через вершину зуба параллельно основной плоско­сти. Угол может быть положи­тельным, равным нулю или отрица­тельным. У цилиндрических, кон­цевых и дисковых фрез угол равен углу наклона винтового зуба, т. е. X = со. От величины к зависит прочность и стойкость зуба фрезы.
По форме режущих зубьев фре­зы подразделяют на две группы; 1) с острозаточенными зубьями для обычных и тяжелых работ, у таких фрез передняя и задняя поверхности — плоскости; к этой группе фрез относятся, например, цилиндрические, торцовые, дисковые; 2) с затылованными зубьями, у которых передняя поверхность плоская, а задняя имеет форму архимедовой спирали. Фрезы второй группы обеспечивают при пере­точках передней поверхности постоянство профиля режу­щей кромки в радиальном сечении. Поэтому эта форма зубьев применяется для фасонных фрез. Волнистость — это более мелкое искажение формы по­верхности. Микронеровности представляют собой чередую­щиеся выступы и впадины с относительно малым шагом, образующие рельеф поверхности. В соответствии с ГОСТ 2789—73 параметры каждой разновидности неровностей строго определены. При этом за характеристику сравнения принимается отношение шага проявления (или повторения) неровностей к высоте. Если обозначить шаг неровности или расстояние между ними через L, а высоту неровности через Н, то при L/H > 1 (500 имеет место макронеровность) или геометрическая погрешность формы поверхности дета­ли. Если L/H = 50… 1000, то эта неровность «относится к волнистости и является характеристикой точности изго­товления поверхности детали. Микронеровности, у которых L/H Шероховатость поверхности является результатом воз­действия на нее режущего инструмента. В первом прибли­жении эти неровности можно представить как следствие периодического срезания стружки с поверхности заготовки с шагом, равным подаче s0. Расчетная высота не­ровностей в этом случае определяется выражением Нр ~ So/8rH, где ги— радиус при вершине инструмента. Таким образом, уменьшение подачи или увеличение радиуса кон­такта инструмента уменьшают шероховатость. В случае фрезерования цилиндрическими фрезами величина Нр уменьшается при уменьшении подачи на зуб и увеличении диаметра фрезы. Получаемая высота реальных микронеровностей может значительно превосходить расчетную, что объясняется нали­чием различных факторов, сопровождающих процесс реза­ния. Во время механической обработки наблюдаются боль­шие пластические сдвиги поверхности обрабатываемого материала, значительные растягивающие и сжимающие напряжения, в результате которых происходит разрыв мате­риала, его вырывы и сколы. 5. Выбор оборудования и средств технологического оснащения 5.1. Выбор оборудования Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такое оборудование, приспособление, которые бы обеспечили выпуск деталей задан­ного качества и количества с минимальными затратами. При выборе типа и модели металлорежущих станков будем ру­ководствоваться следующими правилами: 1) Производительность, точность, габариты, мощность станка должны быть минимальными достаточными для того, чтобы обес­печить выполнение требований предъявленных к операции. 2) Станок должен обеспечить максимальную концентрацию пере­ходов на операции в целях уменьшения числа операций, количества оборудования, повышения производительности и точности за счет уменьшения числа перестановок заготовки. 3) Оборудование должно отвечать требованиям безопасности, эр­гономики и экологии. Если для какой-то операции этим требованиям удовлетворяет не­сколько моделей станков, то для окончательного выбора будем проводить сравнительный экономический анализ. Выбор оборудования проводим в следующей последовательности: 1) Исходя из формы обрабатываемой поверхности и метода обработки, выбираем группу станков. 2) Исходя из положения обрабатываемой поверхности, выбираем тип станка. 3) Исходя из габаритных размеров заготовки, размеров обработанных поверхностей и точности обработки выбираем типоразмер (модель) станка. Данные по выбору оборудования заносим в таблицу 5.1. Таблица 5.1 Выбор технологического оборудования № оп. Название операции Тип, мо­дель обо­рудо­вания Станочное приспособление 1 2 3 4 005 Заготовительная Горизонтально-ленточная пила UE-330A Тиски с самоцентририрующиеся с призматическими губками по ГОСТ 12195-66 010 Токарная Токарно-винторезный станок 1К62 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 015 Сварка Сварочная машина стыковой сварки методом оплавления МСМУ-150 Спец. Токопроводящие призмы 020 Отжиг 025 Контрольная - - 030 Токарная Токарно-винторезный станок 1К62 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 1 2 3 4 035 Токарная Токарно-револьверный станок 1Н365БП 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 040 Токарная Токарно-револьверный станок 1Н365БП 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 045 Токарная Токарно-винторезный станок 1К62 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 050 Фрезерная Вертикально-фрезерный станок 6Т104 3-х кулачковый патрон ГОСТ 2675-63 055 Фрезерная Фрезерный с ЧПУ МАНО-700 Специальный цанговый патрон 060 Контрольная 065 Термическая 070 Круглошли-фовальная Круглошлифовальный станок 3131 Поводковый патрон 075 Круглошли-фовальная Круглошлифовальный станок 3131 Поводковый патрон 080 Шли-фовальная Спец. шлифовальный с ЧПУ 55С CNC6 Специальный цанговый патрон 085 Контрольная 090 Маркировка 5.2. Выбор режущего и мерительного инструмента Задача раздела - выбрать для каждой операции ТП такой режущий инструмент и средства контроля, которые бы обеспечили выпуск деталей задан­ного качества и количества с минимальными затратами. При выборе режущего инструмента стараемся обходиться инструментом предусмотренным ГОСТом, кроме случаев, где имеет смысл для повышения производительности использовать специальный инструмент. Данные по выбору инструмента заносим в таблицу 5.2.
Таблица 5.2 Выбор режущего и мерительного инструмента №оп. Операция Режущий инструмент Измерительный инструмент 1 2 3 4 005 Заготовительная Пила MIKUS BIFLEX M42 №526 Линейка 0-300 мм ГОСТ 427-75 010 Токарная Резец проходной, пластина 4015PF ГОСТ18879-73; Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 015 Сварка Стойка ШМ-11Н.000.ПС ГОСТ 10197-70 Индикатор ИЧ 0-10-0.01 ГОСТ 577-68 020 Отжиг 1 2 3 4 025 Контрольная Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 030 Токарная Резец проходной, пластина 4015PF ГОСТ18879-73; Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 035 Токарная Сверло двухступенчатое специальное Резец проходной, пластина 4015PF ГОСТ18879-73; Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 040 Токарная Резец проходной, пластина 4015PF ГОСТ18879-73; Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 045 Токарная Метчик М8 для глухих отв. по ГОСТ 27101 Калибр резьбовой специальный 050 Фрезерная Фреза трехсторонняя специальная Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 Угломер У-11724 (0-180 ) ГОСТ 5378-66 055 Фрезерная Фреза пальцевая специальная твердосплавная диам. 5мм Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 1 2 3 4 060 Контрольная Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 065 Термическая Прибор для контроля твёрдости. Наконечник для Роквелла НК1 0,21-0,30 карат 070 Круглошли-фовальная Круг шлифовальный 1 350х50х20 25А 40 N 7 V5 35м/с Микрометр МК ц.д.-0,01мм 0-25 мм ГОСТ 6507-90 075 Круглошли-фовальная Круг шлифовальный 1А1 350х50х20х10 ЛКВ40 125/100 СМ2 К27 100% Микрометр МК ц.д.-0,01мм 0-25 мм ГОСТ 6507-90 080 Шлифовальная Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 085 Контрольная Стойка ШМ-11Н.000.ПС ГОСТ 10197-70 Индикатор ИЧ 0-10-0.01 ГОСТ 577-68 Штангенциркуль ШЦ-П ц.д.-0,02мм 0-250мм ГОСТ 166-89 Угломер У-11724 (0-180 ) ГОСТ 5378-66 Микрометр типа М3 ГОСТ 6507-60 ц.д. 0,01 090 Маркировка 3. Разработка технологического маршрута обработки 3.1. Служебное назначение изделия Все поверхности при проектировании технологии классифицируют по технологическим и конструктивным признакам, исходя из служебного назначения. Исполнительные поверхности – поверхности детали, выполняющие служебные назначения. Основные конструкторские базы – поверхности, определяющие положение детали в сборочной единице (станке). Вспомогательные конструкторские базы – поверхности, определяющие положение других деталей относительно корпуса. Свободные поверхности – поверхности, служащие для обеспечения габаритных размеров и связывающие между собой все остальные поверхности. Для режущего инструмента исполнительными поверхностями являются режущие кромки. Основными конструкторскими базами для концевых фрез является цилиндрическая поверхность хвостовика
В таблице 3.1 показана классификация поверхностей проектируемой фрезы. Таблица 3.1 Классификация поверхностей № п/п
Вид поверхности № поверхности 1 ИП 1 2 ОКБ 2 3 СП 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Рисунок 3.1. Эскиз фрезы с обозначением номеров поверхностей. 3.2. Определение типа производства Тип производства определим с учетом годовой программы выпуска детали и массы. Годовая программа выпуска согласно заданию равна 50 комплектов, в одном комплекте 14 деталей, итого годовой выпуск деталей – 700 штук. Выполним приблизительный расчет массы по формуле: . Здесь плотность ρ для стали Р6М5Ф3 составляет ρ=8,2 г/см3. Остальные размеры возьмем с чертежа инструмента, получаем: а – длина изделия, а=185мм; b – толщина изделия, b=14мм; h – высота изделия, h=40мм. Тогда масса равна: m=7,8*185*14*40*10-6=0,85 кг По таблице зависимости типа производства от объема выпуска и массы [1] выбираем соответствующий тип: среднесерийное производство. Серийное производство в целом обусловлено ограниченной номенклатурой деталей, изготовляемых периодически повторяющимися партиями. Используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными инструментами и приспособлениями. Применяют специализированные, агрегатные, частично универсальные металлорежущие станки. Форма организации технологического процесса переменно-поточная. Технологический процесс разрабатывают на базе типового. Заготовки – профильный прокат, литье в кокиль, горячая штамповка. Припуск на обработку по результату расчета. Расчет припусков производят подробно по переходам. Коэффициент закрепления операций от 1 до 40. Расстановка оборудования производится с учетом характерного направления грузопотоков. Настройка станков – по измерительным приборам. Подробность разработки – специальные карты. Расчет режимов резания ведется по отраслевым нормативам и эмпирическим формулам. Нормирование – детальное пооперационное. Квалификация рабочих различная. Предполагается значительное использование достижений науки. Этот тип производства наиболее характерен для изготовления режущих инструментов. 3.3. Разработка технологического маршрута – плана обработки В таблице 3.2 показана последовательность методов обработки поверхностей имеющих различные технические требования Таблица 3.2 Последовательность обработки различных поверхностей
Номер поверхности Технические требования Последовательность методов обработки
Квалитет Rа (Rz) 1, 8, 9 - 0,63 Ш1 2 7 0,63 Т, Ш2 3 9 2,5 Т 4 12 2,5
Т 5 14 5 Фр 6 14 5 Т 7 12 2,5 Фр Где: Ш1 – специально-шлифовальная операция; Ш2 – круглошлифовальная операция; Т – токарная операция; Фр – фрезерная операция. Затем полученные результаты переносим в маршрут обработки, который показан в плане обработки детали. В таблице 3.3 представлен технологический маршрут обработки заготовки построенный на основе таблицы 3.2. Таблица 3.3 Технологический маршрут обработки заготовки. № опер Наименование операции Номера поверхностей Квалитет после обработки Шероховат. поверхностей после обработки, Rа (Rz) Базовая Обрабаты-ваемая 1 2 3 4 5 6 0005 Заготовительная 2,6 10 14 (20) 0010 Токарная 6 2 14 5 0015 Сварка 2,6 - 0020 Отжиг 0025 Контрольная - - - - 0030 Токарная 2 6 14 5 0035 Токарная 6 2, 4, 10 12-14 5 0040 Токарная 2 6 12-14 5 0045 Токарная 6 3 12 2,5 0050 Фрезерная 6 5 12 5 0055 Фрезерная 6, 5 7 12-14 2,5 0060 Контрольная - - - - 0065 Термическая - - - - 0070 Круглошлифовальная 6 2 10-12 1,25 0075 Круглошлифовальная 6 2 7 0,63 0080 Шлифовальная 2 1,8,9 12-14 0,63 0085 Контрольная 0090 Маркировка - - - - 6. Проектирование технологических наладок 6.1. Операция вышлифовки стружечных канавок фрезы и заточки режущих кромок 6.1.1. Последовательность обработки Обработка стружечных канавок проектируемой фрезы производиться методом силового глубинного шлифования. При этом режимы резания, движения станка и шлифовальные круги выбираются таким образом, чтобы без дополнительных переходов производить как вышлифовку канавок, так и заточку по задним и передним поверхностям. Вся обработка производится на 6-ти осевом программном станке с системой ЧПУ «Сименс синумерик» фирмы «Вальтер» модели 55С. Всю обработку необходимо произвести, не снимая детали из шпинделя станка, при этом необходимо учитывать, что в работе может использоваться не более 4 различных одновременно установленных на оправке шлифовальных кругов. Заготовка фрезы закрепляется в цанговом патроне станка. Разобьем данную операцию по переходам и опишем каждый переход в отдельности:
1 переход – вышлифовка основной стружечной канавки и одновременно заточка по передней поверхности скрытого зуба фрезы. Шлифовальный круг располагается строго перпендикулярно к направлению струженных канавок, т.е. ось шлифовального круга и ось заготовки находятся под углом 70 градусов. Смещение осей устанавливается таким образом, чтобы обеспечить передний угол в 15 градусов. Шпиндель шлифовального круга совершает прямое движение по направлению к заготовке, заготовка при этом медленно вращается, таким образом обеспечивается винтовое направление стружечной канавки. Т.к. стружечная канавка имеет большую глубину рекомендуется производить вышлифовку за несколько проходов. Припуск разбиваем равномерно и шлифовальный шпиндель после очередного прохода углубляется на величину подачи на глубину, до тех пор пока не получится размер на заготовки по диаметру сердцевины 11 мм. 2 переход – вышлифовка второй стружечной канавки – формирование скрытого зуба фрезы. Все движения и углы взаимного расположения аналогичны 1 переходу, с разницей лишь в переднем угле – в данном случае смещение выбирается таким образом, чтобы передний угол был равен нулю. В данном случае фиксируем расстояние от дна канавки по оси заготовки – 9 мм. 3 переход – шлифование скрытого зуба по высоте – заточка по заднему углу. Все движения и углы взаимного расположения аналогичны 1 переходу, с разницей лишь настройке смещения осей – в данном случае необходимый параметр – это величина заднего угла скрытого зуба. 4 переход – затылование большого зуба по фаске 45 градусов и одновременно занижение малого зуба по диаметру (чтобы не затирал в процессе резания). Шлифовальный круг устанавливается таким образом, чтобы торцем круга производить обработку фаски, а периферией занижать малый зуб. Совместное движение шпинделя заготовки и шлифовального круга – есть движение затылования. В данном случае производится затылование под углом к оси 12 градусов, а падение затылка устанавливается 2,5мм. 5 переход – прорезка торцевых зубьев и одновременно заточка по передним поверхностям. Шлифовальный круг устанавливается таким образом, чтобы обеспечить величину переднего угла на торцовых зубьях согласно чертежа фрезы (8 градусов) и обеспечивая выход режущих кромок в ось фрезы. Шлифовальный круг врезается в торец заготовки за счет движения подачи по направлению под углом 25 градусов к торцу заготовки и выходит из заготовки прорезая при этом зуб на всю глубину за проход (заготовка не вращается). Точка начала касания круга торца заготовки должна располагаться для 2-х зубьев на расстоянии около 4 мм от оси заготовки, для 3-го зуба, для обеспечения перекрытия, эта величина должна быть несколько больше (на 1…2мм). 6 переход – прорезка канавки между торцовыми зубьями (для обеспечения выхода круга при заточке по задним поверхностям). Шлифовальный шпиндель устанавливается таким образом, чтобы оси шпинделей были взаимоперпендикулярны. Сначала производится прорезка первой канавки – шлифовальный круг смещается относительно заготовки таким образом, чтобы обеспечить перекрытие (выход за ось фрезы) самого крупного торцового зуба на величину 0,15…0,3мм. Шлифовальный круг врезается в торец заготовки за счет движения подачи по направлению под углом 45 градусов к торцу заготовки и выходит из заготовки прорезая при этом зуб на всю глубину за проход (заготовка не вращается). Прорезка второй канавки осуществляется во всем аналогично первой, лишь с той разницей, что в данном случае смещение шлифовального круга относительно заготовки осуществляется для обеспечения условия не зарезания передней поверхности самого крупного торцового зуба. 7 переход – заточка торцовых зубьев по задней поверхности (предварительно). Шлифовальный шпиндель устанавливается таким образом, чтобы оси шпинделей были взаимоперпендикулярны и лежали в одной плоскости, при этом шлифовальный круг смещен в сторону так, чтобы его торец не доходил до оси заготовки на 1 мм (при обработке малых торцевых зубьев) и заходил за центр при обработке большого торцового зуба на 0,5мм. При этом заготовка повернута таким образом, чтобы режущая кромка обрабатываемого зуба располагалась горизонтально. Шлифовальный круг врезается в торец заготовки до касания, затем за счет движения подачи по направлению под углом 20 градусов к торцу заготовки, формирует заднюю плоскость зуба до выхода из заготовки. 8 переход – заточка торцовых зубьев по задней поверхности (окончательно). Выставление шпинделей и шлифовального круга во всем аналогичны предыдущему переходу. Шлифовальный круг врезается в режущую кромку фрезы до касания, затем за счет движения подачи по направлению параллельному оси заготовки, сошлифовывает слой металла. Величина глубины внедрения в заготовку составляет 0,1…0,12 мм. Далее не останавливаясь шлифовальный круг, за счет движения подачи по направлению под углом 20 градусов к торцу заготовки, формирует заднюю плоскость зуба до выхода из заготовки. 9 переход – заточка скрытого зуба по фаске (по задней поверхности). Шлифовальный шпиндель устанавливается таким образом, чтобы оси шпинделей были взаимоперпендикулярны. Шлифовальный круг выставляется в ось заготовки. При этом заготовка повернута таким образом, чтобы задняя поверхность скрытого зуба располагалась горизонтально. Шлифовальный круг, за счет движения подачи по направлению под углом 45 градусов к торцу заготовки, формирует заднюю плоскость зуба до выхода из заготовки. Теперь необходимо выбрать шлифовальный круг, рассчитать режимы резания и время обработки, и все эти данные занести на лист технологической наладки заточной операции. 6.1.2. Выбор характеристик шлифовального круга Выбор формы и размеров шлифовальных кругов Форму шлифовальных кругов выбираем исходя из профиля обрабатываемой поверхности, при этом необходимо учитывать, что на оправке в станке не может быть больше 4 шлифовальных кругов, т.е. на все 9 переходов необходимо выбрать не более 4 различных шлифовальных кругов.
Для первого и второго перехода исходя из похожести профилей можно применить шлифовальный круг формы 1D1 с углом профиля 60 градусов. При этом учитывая глубину обрабатываемой канавки, необходимо чтобы высота эльбороносного слоя составляла в первом случае была не менее 11мм, а во втором не менее 9мм. Для 3 перехода вполне подойдет круг прямого профиля. Для 4 перехода необходимо чтобы круг имел профиль 45 градусов, но в тоже время ширину рабочей части по торцу и периферии не менее 6мм. Путем геометрического построения находим, что наиболее близкую форму искомого круга можно получить из круга формой 1D1 с углом профиля 60 градусов. Для 5 и 6 перехода также подойдет шлифовальный круг с углом профиля 60 градусов (угол прорезки 60 градусов). Для 7, 8 и 9 переходов можно также использовать круг прямого профиля, при этом ширина круга должна быть не меньше ширины самого большого торцового зуба (ширину зуба находим при помощи компьютерного построения), т.е. 12мм. Остальные размеры шлифовальных кругов примем в зависимости от наружного диаметра, который вычислим исходя из постоянной частоты вращения шпинделя (по паспорту станка). Двигатель двухступенчатый – 3000 и 4500 об/мин и рекомендуемой скорости резания 30-35 м/с.
Диаметр шлифовального круга найдем по формуле: D = 1000*60*V/p*n, где V – скорость резания, принимаем 30 м/с n – частота вращения шпинделя, 4500 об/мин D = 1000*60*30/3,14*4500= 127 мм Округляем до ближайшего значения из стандартного ряда. Диаметр шлифовального круга – 125 мм. Тогда остальные типоразмеры круга возьмем из ГОСТ 16172-90 Типоразмеры шлифовального круга для 1 перехода: Высота круга – 20 мм Толщина эльбороносного слоя – 20 мм Посадочное отверстие – 20 мм Аналогичным способом выберем типоразмеры шлифовальных кругов на остальные переходы. Выбор материала абразивного зерна. Абразивные материалы, применяемые при шлифовании и заточке режущих инструментов: алмаз, эльбор, электрокорунд, карбид кремния обладают различными физико-химическими свойствами, которые определяют их область применения. Наибольшую износостойкость и режущую способность при шлифовании быстрорежущих сталей имеет эльбор. Важным свойством эльбора является его способность противостоять циклическому воздействию высоких температур. При нагревании кристаллов эльбора в воздушной среде до 1000°С на их поверхности образуется тонкая оксидная пленка, которая служит как бы защитным покрытием и препятствует дальнейшему окислению. Применение шлифовальных кругов из эльбора при шлифовании и заточке быстрорежущих сталей позволяет избегать прижогов, повышать производительность. Период стойкости инструмента, заточенного кругами из эльбора, в 1,5 раза выше, чем при заточке кругами из электрокорунда. Выбор зернистости. Зернистость абразивных материалов характеризует размеры абразивных зерен, представляющих собой геометрические тела неправильной формы. Основным размером зерна является его ширина. Классификацию абразивных зерен по размерам осуществляют рассевом ситами на специальной аппаратуре. Номер зернистости для всех абразивных материалов обозначает номинальный размер стороны ячейки сита в свету, на котором задерживаются зерна основной фракции. Чем больше номер зернистости шлифовального круга, тем большую нагрузку выдерживает шлифовальный круг и тем большую производительность он обеспечивает при шлифовании. В тоже время чем больше зернистость, чем хуже шероховатость поверхности. В данном случае требования к шероховатости поверхности – Ra 0.63 мм, поэтому выбираем зернистость 125/100. Выбор связки. Эльборовые шлифовальные круги изготавливают на органических (бакелитовых), металлических и керамических связках. Для силового глубинного шлифования быстрорежущих сталей наиболее подходящая связка – органическая. Выбираем органическую связку Б2. Выбор концентрации Концентрация эльборовых кругов характеризует содержание в них эльборовых зерен. За 100% концентрацию принято содержание 4,4 кар (0,88 г) в 1 куб см рабочего слоя, что составляет 25% объема независимо от вида связки. С увеличением концентрации повышаются режущая способность и период стойкости кругов на органических связках, поэтому для окончательного шлифования и доводки рекомендуют круги 100%- и 150%-ной концентрации, а для профильного шлифования- круги 150%- и 200%-ной концентрации. Выбираем концентрацию эльбора 150%. Маркировка полная: 1 круг (1 переход) – 1D1-60º 125х32х20х20 ЛКВ40 125/100 100% Б2. 2 круг (2, 4, 5, 6 переход) – 1D1-60º 100х20х16х12 ЛКВ40 125/100 100% Б2. 3 круг (3, 7, 8, 9 переход) – 1F1 100х20х20х10 ЛКВ40 125/100 100% Б2. 6.1.3. Режимы резания и время обработки Теперь по [4] назначим некоторые режимы резания. Назначаем продольную подачу S =0,5 м/мин Подачу на глубину t=1 мм/ход Рассчитаем время обработки фрезы: Машинное время определяется по формуле: TM=(L+lП)*i/S*1000+(L+lД)*i/SУ*1000, где L – длина рабочего хода, lП – длина холостого хода, примем 10мм SУ – скорость ускоренного перемещения, по паспортным данным станка примем 5 м/мин lД – Различные дополнительные перемещения, примем 10 мм i - число проходов; Где число проходов найдем по формуле: i=(D/t + iB)*Z , где iB – число проходов на выхаживание, исходя из требований по шероховатости, принимаем в случае если Ra - 0,32 – 1 проход, если грубее, то - 0 Z – число зубьев, по чертежу 3 D – толщина снимаемого металла (припуск под шлифование) Теперь рассчитаем по переходам: Число проходов: i1= (12/1+1)*3=39 i2= (9/1+1)*3=30 i3= (6/1+1)*3=21 i4= (1/1+1)*3=6 i5= (4/1+1)*3=15 i6= (5/1+0)*3=15 i7= (1/1+0)*3=3 i8= (1/1+1)*3=6 i9= (1/1+1)*3=6 Машинное время: TM1= (55+10)*39/0,5*1000+(55+10)*39/5*1000=5,577 мин TM2= (55+10)*30/0,5*1000+(55+10)*30/5*1000=4,29 мин TM3= (55+10)*21/0,5*1000+(55+10)*21/5*1000=3 мин TM4= (10+10)*6/0,5*1000+(10+10)*6/5*1000=0.264 мин TM5= (10+10)*15/0,5*1000+(10+10)*15/5*1000=0.66 мин TM6= (12+10)*15/0,5*1000+(12+10)*15/5*1000= 0.726 мин TM7= (8+10)*3/0,5*1000+(8+10)*3/5*1000= 0.118 мин TM8= (2+10)*6/0,5*1000+(2+10)*6/5*1000= 0.158 мин TM9= (2+10)*6/0,5*1000+(2+10)*6/5*1000= 0.158 мин Отсюда находим общее машинное время на операции: TM=5,577+4,29+3+0,264+0,66+0,726+0,118+0,158+0,158= 14,951 мин. Штучное время Тшт найдём по формуле: Тшт=Тв+Тп-з+Тм ТВ= 5 мин – вспомогательное время; ТП-З = 2 мин – подготовительно–заключительное время; Тшт=14,951+5+2=21,951 мин 6.2. Операция фрезерования трубы картера новой фрезой 6.2.1. Последовательность обработки Обработка трубы картера рулевого механизма производится на специальном фрезерном станке фирмы «Буш» (Германия). В специальные призмы расположенные на столе станка устанавливается труба. Призмы изготовлены таким образом, чтобы производить закрепление заготовки и необходимое центрирование. С торца трубы происходит фиксация специальным упором (см. рис. ). Профильная фреза закрепляется в цанговом патроне в шпинделе станка вертикально. Фреза сориентирована таким образом, чтобы ее ось пересекала ось заготовки трубы строго перпендикулярно.
Рис. Схема закрепления заготовки на столе станка. После установки заготовки трубы в зажимное приспособление происходит быстрый подвод фрезы. Далее при помощи поперечного движения шпинделя станка происходит врезание фрезы в трубу на всю глубину, до получения фаски в отверстии в трубе необходимого размера. Контроль размера фаски производиться перед каждой новой установкой режущего инструмента специальным калибром. В случае получения заданного размера станок выходит на автоматический цикл. После движения врезания, происходит продольное движение стола, с закрепленным на ней зажимным приспособлением. Величина продольного хода 205мм. Затем производится отвод фрезы, за счет поперечного движения шпинделя станка. Производится разжим заготовки трубы картера и перемещения ее на следующую технологическую операцию.
6.2.2. Время обработки Для определения времени обработки необходимо определить режимы резания. Режимы резания назначим такие же как при базовом варианте обработки трубы картера двумя видами инструментов, а именно: Подача при врезании фрезы: Sв= 100 мм/мин Подача при продольном фрезеровании паза трубы: Sп= 200 мм/мин Ускоренная подача подводе/отводе фрезы: Sу= 5000 мм/мин Тогда машинное время обработки найдем по формуле: ТМ= Lв / Sв + Lп / Sв + Lу / Sу , где: Lв – длина хода при врезании фрезы, 10мм Lп – длина хода фрезы при поперечном движении, 205мм (по чертежу) Lу – длины хода при ускоренных движениях фрезы во время подвода к заготовке и отвода, 400мм. Машинное время равно: ТМ= 10/100 + 205/200 + 400/5000 = 1,185 мин Штучное время для данной операции найдём по формуле: Тшт=Тв+Тм ТВ – вспомогательное время, примем такое как в базовом варианте (по результатам практики), Тв=0,57 мин Отсюда штучное время на операцию составит: Тшт=0,57+1,185=1,755 мин Так как за одну операцию обрабатывается сразу 2 заготовки, то штучное время в пересчете на 1 заготовку составит: Тшт1 = Тшт/2 Тшт1 = 1,755/2 = 0,878 мин