Проектирование фасонного резца, шлицевой протяжки, червячной модульной фрезы

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра "Металлорежущие станки и инструмент"

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

“Режущий инструмент”

Выполнила: ст. гр. МС06-2

Хохол Е.В.

Проверил: Хоменко А.В.

Краматорск 2009г.

Реферат

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине "Режущий инструмент " содержит ___с., 2 табл., 5 рис., 5 литературных источников, 1 приложение.

Объект исследования - фасонный резец, шлицевая протяжка, червячная модульная фреза.

Цель работы - спроектировать фасонный резец, шлицевую протяжку, червячную модульную фрезу.

В курсовом проекте проведены расчеты геометрических параметров и углов фасонного резца, червячной модульной фрезы, шлицевой протяжки переменного резания. Приводится обоснование выбора типа фасонного резца. Произведено графическое профилирование фасонного призматического резца. Приведено описание конструкций сборных инструментов.

Графическая часть курсового проекта состоит из: рабочего чертежа фасонного резца и профилирования фасонного резца (1 л. ф. А1), рабочего чертежа шлицевой прямобочной протяжки переменного резания (2 л. ф. А1), чертежа червячной модульной фрезы (3 л. ф. А1) Все чертежи сопровождаются необходимыми техническими требованиями и спецификациями.

ФАСОННЫЙ РЕЗЕЦ, ПРОТЯЖКА, ПРОФИЛИРОВАНИЕ, ЧЕРВЯЧНАЯ МОДУЛЬНАЯ ФРЕЗА, СХЕМА РЕЗАНИЯ, МЕХАНИЧЕСКОЕ КРЕПЛЕНИЕ

Содержание

Реферат

Введение

1. Проектирование фасонного резца

1.1 Исходные данные для проектирования фасонного резца

1.2 Выбор типа резца

1.3 Выбор геометрических параметров

1.4 Построение профиля резца

1.5 Расчёт полей допусков на изготовление резца, шаблона и контршаблона

1.6 Анализ изменения углов фасонного резца

1.7 Расчёт державки фасонного резца на прочность и жёсткость

2. Проектирование шлицевой протяжки

2.1 Результаты расчета вариантов

3. Расчет и проектирование червячной модульной фрезы

3.1 Исходные данные для проектирования червячной модульной фрезы

3.2 Определение размеров фрезы

Выводы

Список литературы

Введение

На протяжении всей истории машиностроения металлорежущий инструмент был и остаётся одним из важнейших орудием производства, который применяется при обработке всевозможных деталей на металлорежущих станках.

Постоянное совершенствование режущих инструментов, разработка и внедрение в производство качественно новых инструментальных материалов позволяет вести обработку деталей на весьма высоких скоростях резания, применять более совершенные технологические процессы и методы обработки.

Режущий инструмент оказывает большое влияние на конструкцию станков, заставляет проектировать их более жесткими и мощными с увеличенным числом оборотов шпинделя.

Развитие и совершенствование металлорежущего инструмента в конечном итоге поваляет получать более качественные изделия, снижает их материалоёмкость, трудоёмкость и себестоимость, экономит дефицитный инструментальный материал.

Задачей данной курсовой работы является получение практических навыков в проектировании прогрессивного металлорежущего инструмента.

1. Проектирование фасонного резца

1.1 Исходные данные для проектирования фасонного резца

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 большое 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 сборными. Резцы с пластинами из твёрдых 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. Кроме того, круглые фасонные резцы закрепляют также затяжкой (благодаря силе трения).

Материал детали: Бронза Бр АЖ9-4

Рисунок 1.1 - Эскиз детали

1.2 Выбор типа резца

Так как сила резания при фасонном точении прямопропорциональна глубине профиля и длине обрабатываемой детали, то тип резца определяется в зависимости от этих параметров.

Условно принято, что для круглого фасонного резца глубина профиля должна быть не более 10 мм, а длина детали  не более 100 мм.

Глубина профиля   (1.1)

Длина детали  

При обработке детали будут возникать большие силы резания, следовательно, для обеспечения необходимой прочности резца и жёсткости технологической системы СПИД выбираем призматическую конструкцию фасонного резца, т.к. он более жёсткий и более прочный, чем круглый фасонный резец.

1.3 Выбор геометрических параметров

Принимаем углы резца для базовой точки:  ([1], табл.47, с.136)

1.4 Построение профиля резца

Рисунок 1.2 - Построение профиля резца

1.5 Расчёт полей допусков на изготовление резца, шаблона и контршаблона

Профиль резца, от которого зависит точность изготавливаемой детали должен постоянно контролироваться с помощью контршаблона.

Найдём значения предельные значения заданных диаметров детали

Для:

Для:

Для:

Для

Построим схему расположения полей допусков:

 - максимальная глубина профиля детали;

 - минимальная глубина профиля детали;

 (1.2), (1.3)

резец фасонный червячная фреза

Рисунок 1.3 - Схема расположения полей допусков

Допуск на глубину профиля:

 (1.4)

Допуск на неточность изготовления резца:

 (1.5)

Допуск на неточность изготовления шаблона и контршаблона:

 (1.6)

 (1.7)

Рисунок 1.4 - Схема шаблона и контршаблона

1.6 Анализ изменения углов фасонного резца

Сумма переднего и заднего углов в точке 0:

 (1.8)

Расстояние от оси детали до продолжения передней поверхности.

 (1.9)

Значение переднего угла в  точке

;

Расстояние от нулевой точки относительно детали до передней поверхности

 (1.10)

Расстояние от рассматриваемой точки относительно детали до передней поверхности

 (1.11)

Расстояние от рассматриваемой точки до нулевой относительно детали по передней поверхности

 (1.12)

;

;

;

;

Рисунок 1.5 - График изменения углов

1.7 Расчёт державки фасонного резца на прочность и жёсткость

Державка предназначена для закрепления фасонного резца в резцедержателе станка.

Для призматических фасонных резцов при расчёте державки резца на прочность, необходимо проверять на удовлетворение условию прочности наиболее опасное сечение резцедержателя.

Для расчёта резцедержателя воспользуемся формулой:

, (1.13)

 - главная составляющая силы резания, Н,  - вылет резца, мм.; ,  - момент сопротивления сечения резцедержателя, мм²,  - допускаемые напряжения на изгиб, МПа.

Сила резания при точении фасонным резцом:

 (1.14)

где  - постоянная, зависящая от материала резца и обрабатываемой детали;

 - глубина резания, мм., при фасонном точении равна периметру профиля обрабатываемой детали;

 - подача, мм/об, при фасонном точении  мм/об.;

 - скорость резания, м/мин.;

 - показатели степени.

Момент сопротивления сечения рассчитывают по формуле:

 (1.15)

где  - ширина резцедержателя, мм.;

 - высота резцедержателя, мм.;

Для предварительных расчётов принимаем

Тогда, высота резцедержателя определяется по формуле:

 (1.16)

Таким образом, выбранные размеры державки удовлетворяют условию прочности.

Максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью резца, определяется с учётом допустимой стрелы прогиба:

где  - допустимая стрела прогиба резца, при фасонном точении мм.

 - модуль упругости материала резца, для стали  МПа;

 - момент инерции сечения державки, мм⁴.;

 мм⁴

 - вылет резца, мм.

<72333,3

Прочность и жёсткость сконструированной державки обеспечена.

2. Проектирование шлицевой протяжки

Исходные данные для проектирования протяжек

1. Протягиваемая заготовка:

материал - КЧ30-6; твёрдость на операции протягивания HB - 210МПа; диаметр отверстия до протягивания (мм) d₀=48Н7;

Параметры шлицевого соединения: D=50H12^+0,25

Ширина шлицевых впадин b=10D9, число шлицев z=6; параметр шероховатости поверхности Rамкм по d, длина протягивания l=85 мм.

. Станок горизонтально-протяжной, модели 7Б56; тяговая сила Q= 196000H; максимальная длина хода штока мм, диапазон рабочих скоростей 1,5-11,15 м/мин, состояние удовлетворительное.

. Производство крупносерийное.

Порядок расчёта. Расчёт начинаем с установления схемы расположения зубьев на протяжке, группы обрабатываемости и группы качества. Принимаем схему расположения зубьев ФШ.

. Группу обрабатываемости устанавливаем по таблице П1 приложения. Чугун КЧ30-6 с НВ<250МПа относится к VII группе обрабатываемости.

2. Группу качества устанавливаем по табл. П2 приложения. Так как центрирование производится по внутреннему диаметру с d=48Н7 и параметром шероховатости поверхности выступов Ra=2,5 мкм, то группа качества поверхности выступов - 2-я.

. За материал рабочей части протяжки (переходный конус, передняя направляющая, режущая часть, задняя направляющая и задний хвостовик) принимаем быстрорежущую сталь Р6АМ5 (т.к. крупносерийное производство и VII группа обрабатываемости) по табл. ПЗ приложения.

. Конструкцию протяжки принимаем с приваренным хвостовиком, материал хвостовика - сталь 40Х. Конструкцию хвостовика и размеры принимаем по ГОСТ 4044-70 (или по табл. П4 приложения). Диаметр переднего хвостовика D_ПXB=45мм, диаметр заднего хвостовика D_3XB = 34 мм.

Силу, допустимую прочностью переднего хвостовика, рассчитываем по формуле (3.1), приняв площадь опасного сечения F₀n= 907,9 мм² по табл. П4 приложения и рекомендуемое напряжение при растяжении [] _р = 300 МПа;

, (2.1)

где  допустимое напряжение при растяжении, МПа; =300 МПа - для хвостовиков из стали 40Х.

-площадь опасного сечения хвостовика, мм²

Р_хв=300*907,9= 272370 Н.

Т.к. Р_хв>>, то принимаем D_ПXB =40мм, D_3XB = 32 мм, =804,2мм², тогда

Р_хв=300*804,2= 241260 Н.

. Передние и задние углы зубьев протяжки выбираем по табл.

П5 приложения.

Передний угол черновых и переходных зубьев  = 10°, чистовых и калибрующих  = 10°, =5°.

Задний угол черновых и переходных зубьев , чистовых _ч = 2°, калибрующих_к=1°. Допуски на передние и задние углы по ГОСТ 9126-76.

6. Скорость резания устанавливаем по табл. П6 приложения, для крупносерийного производства, 2-ой группы качества, VII группы обрабатываемости, материала заготовки - чугун, материала рабочей части протяжки Р18 скорость резания v = 1*6=6 м/мин. Эта скорость входит в диапазон скоростей станка.

. Определяем подачу черновых зубьев по средней наработке между двумя отказами (по табл. П7 приложения).

Сначала устанавливаем наработку чистовой части при S_ZЧ = 0,02 мм и v =6 м/мин: T=58 м.

Для черновых зубьев при V=6 м/мин и T=61 м 0,25 мм на зуб на сторону. Наработка с учетом поправочных коэффициентов, принятых по табл. П18 приложения, составляет

, (2.2)

где -зависит от вида и группы качества протягиваемых поверхностей; -зависит от схемы резания; -зависит от вида заготовки и подготовки поверхности под протягивание; -зависит от материала протяжки; К_Т.О. - зависит от вида смазочно-охлаждающей жидкости. К_{Т.Ф. -} зависит от формы шлицевого паза.

=45,8*0,8*1*1*1*1=36,6 м

Подачу черновых зубьев ограничиваем рекомендациями таблицы П17:

=0,15 мм/об

8. Определяем глубину стружечной канавки для шлицевых и фасочных зубьев по формуле (2.3), приняв предварительно коэффициент помещаемоемости К=2,5 согласно рекомендациям методики для VII группы обрабатываемости.

 (2.3)

По таблице П19 принимаем ближайшую большую глубину стружечной канавки h=6мм.

Размеры стружечной канавки:

t=16мм; R=11мм;

h=7мм; F_акт. =28,3мм²

r=3,5мм; № профиля 11

b=5мм;

Для обеспечения достаточной жёсткости протяжек, имеющих диаметр сечения по дну стружечной канавки меньше 40мм, не обходимо, чтобы глубина стружечной канавки была

h_ж= (0,2…0.23) d_{0 (}2.4)

D-2h= 50-2*7=36мм. Делаем проверку на жёсткость.

h_ж=0,23*48=11,04мм

Жёсткость протяжки обеспечена. Принимаем 0,15мм/зуб

Определяем шаг черновых зубьев t₀ и число одновременно Ра-- ботающих зубьев Z_Р. Шаг черновых зубьев принимаем по табл.

П19 приложения наименьшим из всех имеющихся и соответствую щим данной глубине стружечной канавки h=7мм t₀=16мм (и для переходных) Остальные элементы профиля: b=5мм, r=3,5мм, R=11мм, № профиля 11.

Число одновременно работающих зубьев рассчитываем по формуле (2.5):

+1 (2.5), +16

. Определяем максимально допустимую силу резания  Принимаем Р_mах наименьшей из трех сил: Р_ст, Р_хв и P_оп.,

где Р_{ст. -} -тяговая сила станка, Н;

Р_{хв. -} сила, допустимая прочностью протяжки в опасных сечениях по хвостовику, Н;

P_{оп. -} сила, допустимая прочностью протяжки по впадине перед первым зубом, Н.

Р_ст. = (0,8-0,9) Q (2.6)

Р_ст. = 0,8*196200= 156 960Н

Р_хв. =272370Н (см. п.4).

Величину Р_оп определяем по формуле (2.7), приняв [] _р= 350 МПа (для протяжки из Р18, диаметром>15мм).

Р_оп=0,785 (D₀-2h) ^{2 (}2.7)

Р_оп. = 0,785 (48-2*7) ² 400=1017,36Н.

Следовательно, принимаем P_max=Р_ст. =156960H

. Определяем число зубьев в группе z_c по формуле (2.8) для каждой части протяжки раздельно, подставив в формулу (2.8) вместо В_max значения B_фmax и B_шmax.

 (2.8)

Максимальную длину режущих кромок на фасочных зубьях приближённо определяем по формуле (2.9):

B_фmax=b+2c, (2.9)

Где b - ширина шлица, с-размер фаски, с=0,3мм.

B_фmax=10+2*0,3=10,6мм

Максимальная длина режущих кромок на шлицевых зубьях:

В_{ш max}=b_max=10,076мм,

Принимаем z_cф=2, т.к. B_фmax>B_max, согласно П31 приложения.

Для обеспечения у поверхности боковых сторон пазов Ra2,5мкм и улучшения условий резания принимаем число черновых зубьев в секции на шлицевой части z_сш=2.

. Распределяем припуск между разными частями и зубьями протяжки. Припуск на фасоную часть определяем по формуле (2.10):

A_ф=D_ф-d_0min (2.10)

где D_ф находим по формуле (4.11):

D_ф=D_E+0,4 (2.11)

А диаметр окружности D_E, проходящий через точку пересечения исходных профилей фаски и прямобочного паза, по формулам (2.12) - (2.14):

sin=  (2.12)

 (2.13)

 (2.14)in=

_ф=47,8+0,4=48,2мм

A_ф= 48,2-48=0,2мм

Припуск на шлицевую часть находим по формуле (2.15):

 (2.15)

а диаметр первого шлицевого зуба D_ш1 - по формуле (2.16):

D_ш1= (2.16)

D_ш1=47,8+2*0,15=48,1мм

А_ш=50,25-48,1=2,15мм

Припуск на черновые шлицевые зубья определяем по формуле (2.17), в которой А_шп=0,18мм из табл. П23 приложения, А_ш. _ч= 0,08мм из табл. П22 приложения:

А_ш0=А_ш- (А_шп+А_шч) (2.17)

А_ш0=2,15- (0,08+0,18) =1,89мм

. Находим число групп черновых зубьев i₀, остаточный припуск А_ост и распределение его. Число групп черновых зубьев i₀ определяем по формуле (2.18), подставив в нее соответствующие значения A₀ и S_z0, принятые для каждой части; остаточный припуск находим по формуле (2.19):

 (2.18)_ост. =А₀-2S_z0i_{0 (}2.19)

Принимаем i_0Ф=1. А_Фост=0

А_{ш. ост.} =1,89-2*0,15*6=0,09мм

. Общее число зубьев определяем по формуле (2.20), число фасочных - по формуле (2.21), число шлицевых - по формуле (2.22):

 (2.20)

z_ф=і_фz_{cф (}2.21)

z_ш=z_ш0+z_{ш. п.} +z_{ш. ч.} +z_{ш. к. (}2.22)

z_ф=1*2=2 зуба, z_ш0=і_ш0z_сш+1 (2.23)

z_ш0=3*2+1=7 зубьев

Число переходных шлицевых зубьев определяем по П23 приложения:

z_{ш. п}=4; z_{ш. ч}=6; z_{ш. к.} =4.

Корректируем под остаточный припуск

z_ш=7+8+6+4=25 зубьев

. Подъемы переходных зубьев шлицевой части принимаем по табл. П23 приложения: S_П1 = 0,08мм, S₂= 0,04мм.

Подъемы чистовых зубьев шлицевой части принимаем по табл. П22 приложения: S_zч = 0,02 мм (один зуб), S_zч=0,01 (два зуба).

16.     Определяем длину режущей части протяжек L_р, шаги и профиль чистовых шлицевых зубьев. Вначале находим длину фасочной части по формуле (2.24):

l_ф=t₀z_{ф (}2.24)

l_ф=16*2=32мм

шлицевой части по формуле (2.25):

l_ш=t₀ (z_ш0+ z_{ш. п}+1) +t_ч (z_{ш. ч}+ z_{ш. к}-1) (2.25)

Для шлицевой части находим шаг чистовых зубьев по табл. П24 приложения (берем средний шаг t₂). Шагу t₀=18 мм соответствует шаг чистовых зубьев t_шч=12мм. Остальные элементы стружечной канавки чистовых зубьев берем из табл. П19 приложения: h =4мм; b =5,5мм; R=6мм; г=2 мм, № профиля-7, F_акт. =12,6мм²;

l_ш=16 (6+8+1) +12 (3+4-1) =312мм

L_р= l_ф+ l_{ш (}2.26), L_р=32+312=344мм.

.        Силу протягивания на каждой части протяжки рассчитываем по формулам (2.27) и (2.28):

 (2.27)

 (2.28)

18.     Рассчитываем дополнительные варианты, увеличивая число одновременно работающих зубьев (за счёт уменьшения подачи на 0,01мм): II вариант z_p=7, III вариант z_p=8, IV вариант z_p=9. Для дополнительных вариантов рассчитываем шаги черновых зубьев и по формуле (2.29):

t₀= (2.29)

берём ближайшие большие к ним из табл. П21 приложения:

Найдем глубины стружечных канавок, соответствующие этим шагам, из табл. П21 приложения h равно соответственно 4,5; 4 и 3,6мм.

Рассчитаем подачи для каждого варианта по формуле (2.30):

S_z0=0,785 (2.30)

II вариант: S_z0=0,785

III вариант: S_z0=0,785

IV вариант: S_z0=0,785

Находим, как и в I варианте, все необходимые параметры протяжек; результаты расчетов сведены в табл.2.1.

2.1 Результаты расчета вариантов