Глебов И.Т. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ) GIT5@yandex.ru

 

 

Проектирование  СБОРНОЙ  ФРЕЗЫ

 

DESIGNING OF THE MODULAR MILL

 

Для установки ножей в сборных фрезах и ножевых валах часто используют клиновое крепление. Сборная фреза состоит из корпуса 1 (рис. 1) с посадочным отверстием и пазами, в которые вставлены ножи 2, клинья 4 с винтами 3. Винтами 3 обеспечивают монтажное крепление ножей.

Возникающие при вращении фрезы центробежные силы стремятся вырвать нож из паза. Этому препятствуют силы трения. Причем, чем больше центробежные силы, тем больше силы трения.

Методика определения монтажного усилия Q, создаваемого винтами, известна. Остается неясной, какова должна быть масса ножа и клина в механизме крепления.

При вращении фрезы на клин и нож действуют центробежные силы Ск и Сн, приложенные в центрах масс клина и ножа, расположенных на радиусах rк и rн.

Центробежные силы равны, Н:

;           ,

где m и V – масса, кг, и окружная скорость, м/с, центра массы клина и ножа соответственно.

Найдем проекции действующих сил на оси координат Х и Y, если ось Y параллельна передней грани ножа.

;         ;         .             (1)

.                                            (2)

Под действием силы Сну нож стремится вылететь из паза корпуса. Этому препятствуют силы трения ножа по стенке паза и по поверхности клина.

При коэффициенте трения f  (f = 0,12…0,18) и коэффициенте запаса a (a = 1,5…2) условие равновесия ножа можно записать так:

.                                     (3)

С учетом уравнений (1), (2) получим

,                     (4)

где  – радиусы центров масс ножа и клина соответственно, м.

Угол действия центробежной силы ножа  зависит от величины переднего угла g и ширины ножа b (рис. 2). Из рисунка следует.

,                  (5)

где – радиус окружности резания фрезы, мм;

;

;                     (6)

.       (7)

Из (6) и (7) найдем радиус  центра тяжести ножа

,          (8)

где – приращение переднего угла на середине ширины ножа;

= .                     (9)

Из (5) и (9) получим

.                                  (10)

.                                               (11)

Проведем анализ уравнения (4) на примере.

Дано: диаметр сборной фрезы D = 180 мм, ширина – 170 мм. Частота вращения n = 6000 мин-1; угол клина q = 20°. Углы действия центробежной силы и радиусы центра масс клина и ножа соответственно jк = 29°, rк = 73 мм; jн  и  rн. находятся по выражениям (11) и (7). Монтажный зажим ножей двумя винтами Q = 7600 Н.

Задаваясь произвольно массой клина (mк = 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 кг) при ширине ножа b = 40 мм, а также изменяя величину переднего угла (g = 20°; 25°; 30°)  по уравнению (4) найдем необходимую для надежного крепления массу ножа. Результаты расчета приведены на рис. 3.

 

Из полученных данных следует, что зависимость массы ножа от массы клина сборной фрезы линейная. С увеличением массы клина максимально допустимая масса ножа тоже увеличивается, причем, если масса клина увеличивается в 1,6 раза, то масса ножа может быть увеличена во всех случаях в 1,29 раза.

С увеличением переднего угла ножа от 20° до 30° максимально допустимая масса ножа может быть увеличена  в 1,21 раза.

Если монтажное усилие на винтах уменьшить от 7600 Н до нуля, то допустимая масса ножа уменьшается для заданной массы клина в 2,02; 1,85; 1,73; 1,64 раза и может быть равной соответственно 0,0493; 0,0592; 0,0690; 0,0789 кг.

Если ширину ножа уменьшить с 40 мм до 20 мм при g = 20° и монтажном усилии Q = 7600 Н, то допустимая масса ножа уменьшается в 1,28 раза.

 На рис. 4 показана зависимость отношения   от массы клина фрезы при переднем угле g =20°. Зависимость линейная. Ее уравнение . Отсюда

.                                             (12)

Если масса клина равна = 0,5 кг, то должно быть = 0,099 кг.

Для фрезы с передним углом g =30°

.

                                       (13)

Таким образом, при проектировании цилиндрической сборной фрезы масса ножа должна подбираться по формуле (12) и (13).