Режущий инструмент 3

Содержание

Введение. 4

1 Проектирование фасонного резца. 8

1.1 Исходные данные на проектирование:8

1.2 Определение размеров конструктивных элементов фасонного резца. 8

1.3 Определение углов режущей части резца. 10

1.4 Аналитический расчет профиля фасонного резца.11

1.5 Графический расчет профилей фасонных резцов. 14

2 Проектирование червячной модульной фрезы.. 16

2.1 Исходные данные на проектирование:16

2.2 Расчет червячной модульной фрезы.. 16

Заключение. 21

Литература. 22

Введение

Цель данного курсового проекта является расчет и конструирование инструмента для обработки деталей заданного профиля.

По форме и конструкции фасонные резцы делят на круглые (дисковые) призматические и стержневые. Призматические резцы отличаются от стержневых лучшими режущими свойствами и более высокой точностью обработки. Круглые резцы более технологичны в изготовлении и допускают большее число заточек. Эти резцы имеют кольцевые и винтовые образующие. Материалом для круглых фасонных резцов служит преимущественно быстрорежущая сталь. Для экономии быстрорежущей стали призматические резцы могут быть выполнены сварными. Резцы с пластинами из твердых сплавов применяют реже, чем резцы из быстрорежущей стали, вследствие значительной трудности шлифования их профиля и меньшего допустимого числа заточек.

Для закрепления круглых фасонных резцов в державку у торцовых поверхностей этих резцов предусматривают рифления, отверстия под штифт или пазы на торце. Круглые фасонные резцы закрепляют также затяжкой (благодаря силе трения).

Конструктивные и габаритные размеры фасонных резцов можно выбирать в зависимости от наибольшей глубины профиля изготовляемой фасонной детали.

Геометрические элементы лезвия фасонных резцов зависят от материала заготовки и подачи.

Круглые резцы для внутреннего фасонного растачивания, вследствие малых габаритных размеров, могут быть выполнены с хвостовиком, цельными или сварными. Для облегчения ввода резца в отверстие верхнюю часть резца срезают под углом 50°. Максимально допустимый диаметр резца не должен превышать 0,8d отверстия.

Для крепления фасонных резцов на станках могут быть применены державки и приспособления разнообразных конструкций, в зависимости от того, возможно ли их размещение на суппортах станков и каковы размеры посадочных мест, допустимые силы резания, а также погрешности, допущенные при установке и регулировании режущей кромки, относительно высоты центра заготовки.

Профиль фасонного резца, как правило, не совпадает с профилем исходной заготовки. Поэтому эти профили необходимо скорректировать. Профиль фасонного резца можно рассчитать двумя основными способами: аналитическим (расчетным) или графическим.

Червячная фреза представляет собой червяк, профиль витка которого соответствует профилю обрабатываемой детали, обрезанный в режущий инструмент прорезанием стружечных канавок и затылованием зубьев.

Фрезы, для получения одинаковых условий резания на обоих боковых сторонах зубьев, обычно проектируются с винтовыми стружечными канавками, угол наклона которых на делительном цилиндре берется равным углу подъема резьбы исходного червяка. При обработке осуществляется как бы зацепление исходного червяка и детали. Приближенно зацепление червячной фрезы и детали рассматривается как зацепление плоской рейки с деталью.

Процесс обработки червячными фрезами сводится к процессу нарезания зубчатых деталей гребенками и профиль червячной фрезы определяется в нормальном сечении, как профиль рейки, сопряженной с обрабатываемой деталью.

Червячные фрезы могут быть трех типов: архимедовы (с прямолинейным профилем в осевом сечении), эвольвентные и фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении (по витку или впадине). Архимедовы и эвольвентные червячные фрезы изготавливают, в основном, для фрезерования червячных колес, причем первые из них – архимедовы червячные фрезы – получили большее распространение, так как их проще изготавлять, чем эвольвентные фрезы.

Червячные фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении получили широкое распространение для фрезерования цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями, и до настоящего времени они являются основным типом фрез для данного фрезерования. Наряду с этим для фрезерования цилиндрических колес находят применение архимедовы червячные фрезы с прямолинейным профилем в осевом сечении и даже с прямой канавкой. Кроме указанных типов червячных фрез, применяются конические червячные фрезы и глобоидальные фрезы.

Черновые червячные фрезы делают пониженной точности, часто с нешлифованным профилем зуба. Для повышения производительности черновые фрезы иногда делают двухзаходными. При увеличении числа заходов фрезы в определенное число раз, во столько же раз должна увеличиваться частота вращения нарезаемого колеса. Однако повышение производительности при применении двухзаходных фрез сравнительно невелико (до 20%), так как с увеличением угла наклона канавок резко ухудшаются условия резания на боковых сторонах профиля, и приходится снижать подачу. Применение трехзаходных фрез совершенно не оправдывается.

Чистовые червячные фрезы, как правило, изготовляют однозаходными, с прямолинейным профилем в нормальном или осевом сечениях. Чистовые фрезы изготовляют трех типов и четырех классов точности:

- тип I — цельные прецизионные класса точности АА;

- тип II — цельные общего назначения классов точности А, В и С;

- тип III — сборные классов точности А, В и С.

Фрезы класса АА используют для нарезания колес 7-й степени точности, класса А — 8-й степени, класса B – 9-й степени и класса С – 10-й степени точности.

Особо точные (прецизионные) червячные фрезы отличаются от чистовых тщательностью выполнения, жесткими допусками и увеличенным диаметром (увеличение диаметра приводит к повышению точности профиля фрезы).

Сборные червячные фрезы со вставными гребенчатыми ножами изготавливают для экономии инструментального материала. Корпус этих фрез из конструкционной стали, а гребенчатые ножи – из быстрорежущей стали или твердого сплава. Имеется много конструкций сборных червячных фрез.

Различные зубчатые детали фасонного профиля обрабатываются червячными фрезами на специальных зубофрезерных станках, широко распространенных в промышленности. Зубофрезерование червячными фрезами представляет непрерывный процесс, чем и объясняется его высокая производительность.

1 Проектирование фасонного резца

1.1 Исходные данные на проектирование:

материал заготовки – Сталь 38ХС;

форма фасонного резца – круглая;

размеры детали приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Эскиз детали

1.2 Определение размеров конструктивных элементов фасонного резца

Основные конструктивные элементы фасонных призматических резцов показаны на рисунке 2:

Рисунок 2. Основные конструктивные элементы

фасонного дискового резца с торцовыми рифлениями

Размеры конструктивных элементов фасонных дисковых резцов с торцовыми рифлениями определяются по таблице [1], в зависимости от наибольшей глубины профиля заготовки t_max, который определяется по формуле:

,

где D_max, D_min – соответственно максимальный и минимальный диаметры детали.

Определенные размеры конструктивных элементов резца сведены в таблицу 1.

Таблица 1– Размеры конструктивных элементов резца

в, миллиметрах

1.3 Определение углов режущей части резца

Фасонный резец должен иметь соответствующие задний α₀ и передний γ₀ углы, чтобы процесс снятия стружки проходил нормально. Значение переднего угла зависит от обрабатываемого материала, и выбирается по таблице [2].

Для стали 38ХС, имеющую предел прочности σ_в=930 МПа принимают γ₀=5° .

Задний угол для дисковых резцов принимается равным 10 – 12° [2], принимаем α₀=10°.

При расчете и изготовлении фасонных резцов так же используется угол заострения β₀. Передний, задний углы и угол заострения связанны соотношением [1]:

α₀ + γ₀ + β₀ = 90.

Из этого соотношения находим угол заострения:

β₀ = 90° – α₀ – γ₀

β₀ = 90° – 10 – 5 = 75°

1.4 Аналитический расчет профиля фасонного резца.

Для проведения расчета на чертеже детали, прежде всего, указываем базовые точки (рисунок 3), и выражаем все диаметральные размеры через радиусы, а линейные проставим от правого торца детали:

r₁=12 мм;

r₂=16 мм;

r₃=29 мм;

l₁=12 мм;

l₂=40 мм;

l₃=56 мм;

Рисунок 3. Эскиз детали с базовыми точками

Определяем сумму углов в базовой точке

S₀ = a₀ + g₀ ,

где a₀ – задний угол;

g₀ – передний угол.

S₀ = 10˚+ 5˚=15˚

Определяем расстояние от центра детали до плоскости передней поверхности

A₀ = r_баз sing₀ ,

где r_баз– наименьшем диаметре детали.

A₀ = 12sin5˚=1,045 мм

Определяем передний угол в текущей плоскости

,

где r_i – радиус детали в конкретной точке.

Определяем расстояние от текущей точки до оси

B_i= r_i cos (g₀ + g_i)

B_1,2= 12 cos (5˚ + 5˚) = 11,817 мм

B_3,4= 16 cos (5˚ + 3,747˚) = 15,813 мм

B_5,6= 29 cos (5˚ + 2,065˚) = 28,779 мм

Определяем промежуточную величину

K_i = ±( B_i - r_баз)

K_1,2 = ±( 11,817 - 12) = - 0,183 мм

K_3,4 = ±( 15,813 - 12) = 3,813 мм

K_5,6 = ±( 28,779 - 12) = 16,779 мм

Определяем глубину профиля в i-ой точке

Определяем постоянную величину

C₀ = R_базcosS₀ ,

где R_баз – наибольший радиус резца.

C₀ = 40 cos15˚ = 38,637 мм

Определяем расстояние от резца до передней плоскости

H₀ = R_баз sin S₀

H₀ = 40 sin 15˚ = 10,352 мм

Определяем вспомогательную величину

C_i = C₀ - t_i

C_1,2 = 38,637 – (-0,183) = 38,454 мм

C_3,4 = 38,637 – 3,827 = 34,81 мм

C_5,6 = 38,637 – 16,843 = 21,794 мм

Определяем суммарный угол в текущей точке

Определяем радиус резца в текущей точке

Определяем глубину резца в радиальном сечении

T_i= R_баз + R_i

T_1,2= 40 + 39,823 = 79,823 мм

T_3,4= 40 + 36,318 = 76,318 мм

T_5,6= 40 + 24,127 = 64,127 мм

Определяем задний угол в текущей точке

a_i = S_i - g₀

a_1,2 = 15,067˚ - 5˚ = 10,067˚

a_3,4 = 16,561˚ - 5˚ = 11,561˚

a_5,6 = 25,407˚ - 5˚ = 20,407˚

1.5 Графический расчет профилей фасонных резцов

Строим в левом углу чертежа профиль детали. Проектируем точки профиля на ось I - I, перпендикулярную к оси детали; получаем точки 1¢, 2', 3' и т. д. Из точки О₁ проводим окружности соответствующими радиусами r₁, r₂, r₃. Задавшись определенными углами g и a, а также наружным диаметром резца, определяем центр резца О₂, расположенный на линии II - II, построенный выше центра детали на величину H_u= R₁ sina. Для этого раствором циркуля, равным наружному радиусу R₁фасонного резца, делаем засечку из точки 1, находящейся на пересечении горизонтальной оси I - I с окружностью радиуса r₁. Точка О₂ пересечения линии II - II с засечкой, сделанной из точки 1, будет искомым центром окружности круглого резца.

Теперь проведем линию аМ передней поверхности фасонного резца. Для этой цели из точки 1 проводим линию под углом g к линии I - I. Соединив точки пересечения 1, 2, 3, линии передней поверхности с соответствующими окружностями радиусов r₁, r₂, r₃ с центром О₂ фасонного резца, получим соответствующие радиусы фасонного резца R₁, R₂, R₃.

Чтобы построить профиль фасонного резца в радиальном сечении, необходимо провести радиальную линию NN, отложить вправо на линии, нормальной к NN, размеры l₁ и 1₂ (и т. д.), равные соответствующим осевым размерам детали (если ось круглого резца параллельна оси обрабатываемой детали). Из крайней точки 1' осевых размеров отложим параллельно линии NN размеры Р₂ и Р₃ и равные разности соответствующих радиусов фасонного круглого резца (R₁ - R₂ и R₁ -R₃). На пересечении линий, соответствующих размерам Р₂ и Р₃, и линий, определяющих размеры l₁ и 1₂, получим точки 2" и 3¢¢. Соединяя точки 1¢, 2¢¢ и 3¢¢ получим профиль фасонного резца в радиальном сечении.

После проведения расчетов и определения размеров профиля фасонного резца проектируют шаблоны и контршаблоны для контроля профиля резцов.

2 Проектирование червячно-модульной фрезы

2.1 Исходные данные на проектирование:

Модуль фрезы m = 3,5 мм;

Угол зацепления α = 20º;

Тип фрезы - фреза общего назначения.

2.2 Расчет червячной модульной фрезы

Расчет червячной модульной фрезы осуществляется в следующем порядке:

Выбор предварительно наружного диаметра фрезы d_ао по ГОСТ 9324-80Е.

Наружный диаметр червячной фрезы можно выбрать по таблице [1]

Выбираем d_ао=80 мм.

Выбираем размеры профиля нарезки в нормальном сечении

Определяем шаг зубьев

Р_no = π· m

Р_no = 3,14 · 3,5=10,99 мм

Определяем ход зубьев фрезы

P_nz=P_no · z,

где z – число заходов фрезы

P_nz=10,99 · 1=10,99 мм

Определяем толщину зуба в нормальном сечении по делительной окружности

- для чистовых фрез,

где S_n = π · m/ 2 – толщина зуба колеса по делительной окружности

Определяем высоту головки зуба фрезы

,

где h_f1 – высота ножки зуба колеса, мм;

f – коэффициент высоты;

Определяем высоту ножки зуба фрезы

Определяем высоту зуба фрезы

Определяем радиус закруглений головки и ножки зуба

Выбор геометрических параметров фрезы α_в, γ, α_бо

Задний угол при вершине зуба α_в обычно α_в = 9…15°. Передний угол γ для чистовых фрез обычно принимается γ = 0.

Задний угол на боковых сторонах зубьев в нормальном сечении

,

где α – угол профиля исходного контура.

4 Определение диаметра посадочного отверстия фрезы

- для фрез общего назначения;

где d_o – высота зуба фрезы, мм

Полученное значение d_o округляется до ближайшего большего значения из нормального ряда, принимаем d_o=32 мм.

Определяем диаметр окружности впадин

d_вn = 1,75 d_o,

где d_o – диаметр посадочного отверстия, мм

d_вn = 1,75 · 32=56 мм

Определяем число зубьев фрезы

Число зубьев фрезы принимается в зависимости от модуля и типа фрезы, принимаем z_o=10 [1].

Определяем величину затылования зуба фрезы

,

где d_ao – наружный диаметр фрезы, мм;

z_o – число зубьев фрезы, мм;

α_в – задний угол при вершине зуба.

Полученное значение K округляется до ближайшей большей величины, кратной 0,5 мм, принимаем K=4 мм.

Определяем глубину стружечной канавки

Размеры стружечной канавки должны выбираться из условия свободного выхода затыловочного резца и шлифовального круга при изготовлении фрезы, размещения срезаемой стружки.

- для фрезы с не шлифованным профилем,

где r_o = 0,5 мм – радиус закругления дна стружечной канавки.

Округляем до целого числа H_k = 13 мм.

Уточняем наружный диаметра фрезы d_ao

Принимаем d_ао=80 мм.

Выбираем угол стружечной канавки θ в зависимости от z_o

Принимаем θ = 22⁰ , т.к. z_o = 10.

Определяем диаметр начального цилиндра в начальном сечении

,

где h_ao – высота головки зуба фрезы, мм;

K – величина затылования, мм.

Определяем угол подъема витков фрезы на начальном цилиндре в расчетном сечении

,

где P_no – шаг зубьев фрезы, мм;

d_mo – диаметр начального цилиндра фрезы в исходном сечении.

Выбираем угол наклона стружечной канавки λ_mo

Фрезы с углом подъема витка γ_mo ≤ 6° могут быть изготовлены с прямыми осевыми стружечными канавками.

γ_mo = 2˚52΄ , следовательно λ_mo = 0°

Определяем шаг стружечных канавок

Определяем ход витков фрезы

Определяем шаг витков фрезы

Определяем диаметр выточки в отверстии

Определяем диаметр буртиков фрезы

Определяем рабочую длину фрезы

,

где - высота зуба колеса, мм;

P_xo – осевой шаг витков фрезы, мм.

Определяем общую длину фрезы

,

где l₁ – длина буртиков l₁ = 4…6 мм, принимаем l₁ = 5 мм

Длина поясков на посадочном диаметре отверстия l = (0,25…0,3)L

l = 0,28 · 60,347=16,897 мм

Определяем размеры продольной шпоночной канавки используя литературу [3].

Диаметр посадочного отверстия d_o= 32 мм;

Ширина шпоночного пазаb= 10 мм;

Расстояние t₂=3,8 мм.

Заключение

Произведен расчет фасонного дискового резца и червячной модульной фрезы.

Расчет профиля резца произведен двумя способами: расчетно-аналитическим, и графическим методами. Выполнен расчет профиля графическим методом с соответствующим оформлением на листе формата А3, а так же чертеж резца, на формате А3. Для контроля профиля данного резца представлен чертеж шаблона и контршаблона на листе формата А4.

Произведен расчет червячной модульной фрезы расчетно-аналитическим методом, и выполнен чертеж данной фрезы на листе формата А2.

Литература

1. Денисов В.Н. Проектирование инструмента. Метод. указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование инструментов» / В.Н. Денисов, Ю.В. Матвеев, П.Г. Павловский. – Пенза: Издательство Пензенский государственный университет, 2008 – 88 с.

2. Кирсанов Г.Н. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты»/ Под общ. Ред. Г.Н. Кирсанова – М.: Машиностроение, 1986 – 288 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3-х т.: Т. 2 / 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992 – 784 с.

4. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. Учебник для машиностроительных техникумов. – М.: Машиностроение, 1976 – 530 с.

5. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. пособие для техникумов по предмету «Основы учения о резании металлов и режущий инструмент» / 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990 – 400 с.