Расчёт круглого фасонного резца с радиальной подачей

Расчёт круглого фасонного резца с радиальной подачей

Содержание

Введение

1. Расчёт круглого фасонного резца с радиальной подачей

. Расчёт долбяка для нарезания косозубых колёс

. Расчёт протяжки для обработки шпоночного паза

Заключение

Список использованных источников

Введение

Металлические детали машин, приборов и других изделий получают отливкой жидкого металла в формы, обработкой металла давлением (прокатка, ковка, штамповка), а также обработкой резанием.

Процесс резания металлов заключается в снятии с заготовки определенного слоя металла с целью получения из нее детали необходимой формы и размеров с соответствующим качеством обработанных поверхностей.

Резание металлов на заре развития техники осуществлялось посредством простейших ручных режущих инструментов. Некоторые из них, например слесарный напильник, граверный штихель, абразивный брусок сохранились до наших дней и мало изменились. Постепенно, с развитием культуры и техники, мускульная работа человека заменялась работой специальных - машин - металлорежущих станков.

Металлорежущий инструмент - это часть металлорежущего станка, воздействующая в процессе резания непосредственно на заготовку, из которой должна быть получена готовая деталь.

В настоящее время доля обработки металлов резанием в машиностроении составляет около 35% и, следовательно, оказывает решающее значение на темпы развития машиностроения. Резание конструкционных материалов - это технологические процессы, совершаемые при помощи режущего инструмента на металлорежущих станках с целью получения новых поверхностей деталей заданной формы, размеров и качества.

Экспериментальные исследования процесса резания металлов, начатые более 100 лет назад и продолжающиеся в настоящее время во всех промышленных странах мира, оказали большое прогрессивное влияние на эффективность обработки материалов резанием, развитие конструкций режущих инструментов и станков, на автоматизацию и механизацию процессов обработки.

Процесс резания металлов, сопровождающийся деформациями сжатия, растяжения, сдвига, большим трением и тепловыделением, имеет свои закономерности, изучение которых необходимо для того, чтобы сделать этот процесс более производительным и экономичным.

Существует различного рода инструменты, используемые для обработки деталей машин, такие как протяжки, фрезы, долбяки, сверла и т.д.

Повышение производительности труда и качества выпускаемой продукции с одновременным снижением ее себестоимости является важнейшей задачей, стоящей перед работниками машиностроительных заводов. Одним из наиболее производительных процессов обработки металлов резанием является протягивание. Применяемые при этом режущие инструменты - протяжки и прошивки обеспечивают получение изделий с точными размерами и с достаточно высокой чистотой обработанных поверхностей.

1. Расчёт круглого фасонного резца с радиальной подачей

Исходные данные для расчёта:

Рассчитать круглый фасонный резец с радиальной подачей для обработки детали по эскизу (рисунок 1). Материал детали - сталь 40Х. Шероховатость по контуру Ra 3,2 мкм.

Рисунок 1 - Эскиз детали

Расчёт

Определяем наибольшую глубину профиля детали t_max, мм, согласно рисунка 1.1 по формуле:

По найденному значению наибольшей глубины профиля t_max выбираем габаритные размеры резца [1, с. 136, табл. 47]: передний угол лезвия резца γ = 20°, задний угол лезвия резца α = 12°.

Размеры дополнительно режущих кромок под отрезание и подрезание принимаем: b₁ = 1,5 мм, b = 8 мм, с = 0 мм, а = 2 мм, φ₁ = 15°, φ_фас = 45°, высота участка режущей кромки t = 5 мм.

Далее определяем габаритные и конструктивные размеры резца с отверстиями под штифт для наибольшей глубины профиля t_max = 12,5 мм [1, с. 134, табл. 45]: D = 90 мм, d = 22 мм, d₁ = 34 мм.

Остальные конструктивные размеры указываем на рабочем чертеже резца.

Определяем общую ширину резца вдоль оси заготовки L_р, мм, по формуле:

Согласно размерам на чертеже заготовки определяем радиусы окружностей узловых точек профиля заготовки r₁, r₂, r₃ и т.д. и осевые расстояния до этих точек от торца до заготовки l_1-2, l_1-3, l_1-5 и т.д.:

Допуски на указанные размеры принимаем равными 1/3 допусков на соответствующие размеры обрабатываемой заготовки.

Корректируем профиль резца в радиальном направлении. Осевые размеры резца равны осевым размерам детали.

Вычисляем предварительные величины, постоянные при расчёте всех радиусов данного резца по следующим формулам:

Высота установки резца h_р, мм находим по формуле:

,

где R - радиус резца, мм.

;

;

Аналогично рассчитываются все остальные радиусы: R₂, R₃ …R_n.

Тогда γ₃ = 11°51′.

Тогда γ₅ = 14°44′.

Тогда γ₁ = 20°, α₁ = 12°.

Тогда ε₃ = 43°41′.

Тогда ε₅ = 37°23′.

Расчет размеров профиля резца ведем с точностью до 0,001мм, округляя их затем до 0,01мм для простановки на чертежах шаблона.

Строим шаблоны и контршаблоны для контроля фасонного профиля резцов. Это построение сводится для круглых резцов к определению разности радиусов всех угловых точек рассчитанного профиля относительно узловой начальной точки 1:

;

Допуски на линейные размеры фасонного профиля шаблона при его изготовлении не должны превышать ±0,01мм.

Выбираем материал для изготовления резца сталь Р18 ГОСТ19265-73 и указываем твердость рабочей части после термообработки (63…66 НRC_Э).

2. Расчет долбяка для нарезания косозубых колёс

Рассчитать и сконструировать долбяк для нарезания косозубых колес: угол зацепления a = 20°, модуль нарезаемого колеса m = 2,5мм число зубьев нарезаемого колеса z₁ = 21 коэффициент высоты головки зуба нарезаемого колеса f = 1, число зубьев сопрягаемого колеса z₂ = 84 угол наклона зуба нарезаемого колеса .

Определяем геометрические параметры нарезаемого колеса.

Торцевой модуль находим по формуле:

_t = m / cos ω = 2,5 / cos 18° = 2,629 мм

Делительные диаметры находим по формуле:

₁ = m_t ∙ z₁ = 2,62 ∙ 21 = 57,84 мм

d₂ = m_t ∙ z₂ = 2,62 ∙ 84 = 223,47 мм

Профильный угол в торцевом сечении находим по формуле:

tg α_t = tg α / cos ω = tg 20° / cos 18° = 0,3827; α_t = 20°94′

Диаметры основных окружностей находим по формуле:

_b1 = d₁ ∙ cos α_t = 54,87 ∙ cos 20°94′ = 54,02 мм_b2 = d₂ ∙ cos α_t = 223,47 ∙ cos 20°94′ = 208,71 мм

Угол зацепления в передаче находим по формуле:

х₁ = х₂ = 0; α_t1,2 = α_t = 20°94′

Межосевое расстояние находим по формуле:

А_1,2 = [m (z₁ + z₂) / 2] · [cosα_t / cosα_t1,2 cosω] = [3 (21 + 84) / 2] · [cos 20°94′ / cos 20°94′ ∙ cos 18°] = 141 мм

Диаметры вершин зубьев находим по формуле:

_a1 = d₁ + 2h_a1 = 57,84 + 2 ∙ 2,5 = 62,84 мм

d_a2 = d₂ + 2h_a2 = 223,47 + 2 ∙ 2,5 =228,47 мм

h_a1 = h_a2 = fm = 1 ∙ 2,5 = 2,5 мм

Диаметры впадин зубьев находим по формуле:

_f1 = d₁ - 2h_f1 = 57,84 - 2 ∙ 3,13 = 51,58 мм

d_f2 = d₂ - 2h_f2 = 223,47 - 2 ∙ 3,13 = 217,21 мм

h_f1 = h_f2 = (f + 0,25) m = (1 + 0,25) 2,5= 3,13 мм

Толщину зуба колес находим по формуле:

_n1 = 0,5π ∙ m + 2x₁ ∙ tg α = 0,5 ∙ 3,14 ∙ 2,5 + 2 ∙ 0 ∙ tg 20° = 3,925 мм_n2 = 0,5π ∙ m + 2x₂ ∙ tg α = 0,5 ∙ 3,14 ∙ 2,5 + 2 ∙ 0 ∙ tg 20° = 3,925 мм

Наибольший радиус кривизны профиля зуба колеса находим по формуле:

ρ_1max = / 2 = / 2 = 16,05мм

Радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба колеса находим по формуле:

ρ₁ = А_1,2 sinα_t1,2 -/ 2 = 141 ∙ sin 20°94′ -/ 2 = 3,92 мм

Расчет долбяка.

Определяем число зубьев долбяка по формуле:

Z = P_z sinω / πm

где P_z - шаг винтового копира, мм

Z = 751,9566 ∙ sin 18° / 3,14 ∙ 2,5 = 29,6, принимаем 30

Пересчитаем значение угла ω по формуле:

ω = π m Z / P_z = 3,14 ∙ 2,5 ∙ 30 / 751,9566 = 0,309; ω = 17°42′

Пересчитаем значение d_o по формуле:

d_o = m Z / cos ω = 2,5 ∙ 30 / cos 17°42′ = 78,605 мм

Диаметр основной окружности долбяка находим по формуле:

d_во = d_o cos(arctg (tgα / cosω))

_во = 78,605 · cos (arctg (tg 20° / cos 17°42′)) = 73,443 мм

Боковой задний угол в плоскости, параллельной оси долбяка находим по формуле:

tg δ_бок = tg δ / cosα_o = tg 3° / cos 20° = 0,052 / 0,94 = 0,0557; δ_бок = 3°19′

где tg δ = 2°30′ ÷ 3°.

Диаметр окружности выступов в исходном сечении находим по формуле:

d_A0исх = d₁ + d_о - d_f1

где d₁ - делительный диаметр нарезаемого колеса, мм;

d_f1 - диаметр впадин зубьев нарезаемого колеса, мм.

d_A0исх = 57,84 + 78,605 - 51,58 =84,87 мм

Толщина зуба по нормали на делительной окружности находим по формуле:

Sо_исх = πm - S_n1

Sо_исх = 3,14 · 2,5 - 3,925 = 3,925 мм

Торцовый профильный угол на окружности вершин находим по формуле:

α_AОисх = arсcos (d_во / d_A0исх) = arсcos (73,443 / 84,87) = 30°08′

Sао_исх = d_Аоисх (Sо_исх / d_О + invα_O - invα_AОисх)

Sао_исх = 84,87 (3,925 / 78,605 + 0,0149 - 0,0542) = 0,901 мм

Угол давления на головке зуба находим по формуле:

cosα_at′ = d_во / d_AОисх

cosα_at′ = 73,443 / 84,87 = 0,8654; α_at′ = 30°07′

Станочный угол зацепления переточенного, гарантирующий отсутствие среза профиля зуба долбяка находим по формуле:

tg α_c = 2 (ρ_1max + ρ_o) / d_b1 + d_во

где ρ_1max - наибольший радиус кривизны профиля зуба колеса, мм;

ρ_o - минимальный радиус кривизны профиля зуба долбяка, мм;

d_b1 - диаметр основной окружности колеса, мм.

tg α_c = 2 (16,05 + 5) / 54,02 + 73,443 = 0,3303; α_c = 18°26′

Максимально допустимое отрицательное исходное расстояние предельно сточенного долбяка находим по формуле:

а_с = (inv α_с - inv α_t) (d₁ + d_o) / C

где α_t - профильный угол в торцевом сечении нарезаемого колеса.

а_с = (0,0112 - 0,0171) (57,84 + 78,605) / 0,11 = 7,326 мм

С = tg (ω + δ_бок) - tg (ω - δ_бок) = 0,37 - 0,25 = 0,11

Станочный угол зацепления нового долбяка, обеспечивающий полную обработку рабочей части профиля зуба колеса находим по формуле:

cos α_ωн = 2 (d_b1 + d_o) (d_f1 - 2ρ₁ sin α_t) / (d_b1 + d_o)² + d_f1² - d_во² - 4ρ₁²

где ρ₁ - радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба колеса.

cos α_ωн = 2 (54,02+ 78,605) (51,58 - 2 ∙ 3,92 ∙ sin 20°94′) / (54,02 + 78,605)² + 51,58² - 73,443² - 4 ∙ 3,92² = 0,8745; α_ωн = 29°

Положительное исходное расстояние, обеспечивающее полную обработку рабочей части профиля зуба колеса находим по формуле:

а_н′ = (invα_ωн - invα_t)(d₁ + d_o) / С = (0,048 - 0,0171)(57,84 + 78,605)/0,11 = 38,485 мм

Наименьшую допустимую толщину зуба при вершине у нового долбяка находим по формуле:

S_aomin = / cosω = / cos 17°42′ = 0,82 мм

Исходное расстояние, регламентируемое заострением зуба долбяка находим по формуле:

а_н′′ =

где S_а - толщина зуба долбяка по вершине, мм.

а_н′′ =  = 6,44 мм

Максимально допустимую величину стачивания долбяка находим по формуле:

Н = а_с - а_н′′ = 7,326 - 6,44 = 0,87 мм

Положительное расстояние исходного сечения А от передней поверхности равно а_н′′.

Определяем диаметр окружности выступов в плоскости переднего торца по формуле:

d_ao = d_aoисх + 2А tgα_в

d_ao = 84,87 + 2 · 6,44 · tg 6° = 86,22 мм

Конструктивные параметры дискового косозубого долбяка принимаем по ГОСТ 9323-79.

высота долбяка В = 17 мм;

диаметр посадочного отверстия d = 31,75 мм;

ширина ступицы b₁ = 8 мм;

диаметр выточки 50 мм.

Высота головки зуба по передней поверхности находим по формуле:

_ао′ = d_ao - d_o / 2 cos γ = 86,22 - 78,605 / 2 ∙ cos 5° = 3,79 мм.

Полную высоту зуба долбяка по передней поверхности находим по формуле:

_o = h + 0,3 m = 6,75 + 0,3 ∙ 2,5 = 7,5 мм

Произведем проверочный расчет косозубого долбяка.

Требуемый шаг копира находим по формуле:

_z = π m Z / sin ω = 3,14 ∙ 2,5 ∙ 30 / sin 17°42′ = 751,794 мм

Фактический угол наклона зуба колеса после нарезания находим по формуле:

ω_1ф = π m Z / P_z′ = 3,14 ∙ 3 ∙ 30 / 751,794 = 0,309; ω_1ф = 17°42′

Станочный угол зацепления долбяка и нарезаемого колеса находим по формуле:

invα_t1,0 = invα_t + [(S_n1 + S₀ - πm) / m (z₁ + z₀)] = 0,0171 + [(3,925 + 3,925 - 3,14 ∙ 2,5) / 2,5 (22 + 30)] = 0,0171; α_t1,0 = 20°94′

Межосевое расстояние долбяка и нарезаемого колеса находим по формуле:

а_1,0 = (d₁ + d₀) cosα_t / 2 cosα_t1,0 = ( 57,84+ 78,605) cos 20°94′ / 2 ∙ cos 20°94′ = 67,98 мм

Диаметр окружности впадин зубьев колеса после нарезания долбяком находим по формуле:

′_f1 = 2 a_1,0 - d_ao = 2 ∙ 67,98 - 86,22 = 49,74 мм

d_f1 > d′_f1; 51,58 > 49,74 - условие соблюдается.

. Расчет протяжки для обработки шпоночного паза

Исходные данные для расчета протяжки.

Материал изделия - сталь 60; σ_В = 800 Н/мм², L = 65 мм.

Эскиз обрабатываемого паза (рисунок 1).

Рисунок 2 - Эскиз обрабатываемого паза

Материал протяжки выбираем Р9К5 (быстрорежущая сталь).

Хвостовик протяжки.

Выбираем хвостовик протяжки (Тип 2) и принимаем размеры хвостовика по ГОСТ 4043 - 70 (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Размеры хвостовика протяжки

Суммарный подъем протяжки находим по формуле:

, (1)

где t¢_max - наибольшее расстояние от края отверстия до дна канавки, 43,5 мм;

D - диаметр отверстия (наименьший размер), 40 мм;

f₀ - величина стрелки. [8, с. 101].

Δ = 43,5 - 40 + 0,63 = 4,13 мм

Величина f₀, мм определяется по формуле:

, (2)

f_o == 0,63мм

Ширину зубчатой части находим по формуле:

в_n = в_max - d_в, (3)

где d_в - остаточная деформация паза по ширине, принимается от 0 до 0,01 мм (устанавливается при протягивании первых деталей).

в_n = 10,018 - 0,01 = 10,008мм

Подача на зуб для режущих зубьев S_Z = 0,08 мм [8, с. 102].

Шаг зубьев t, мм определяем по формуле:

t = m (4)

t = 1,5 = 12,09 мм

где m ≈1,5 [8, с. 85].

Принимаем стандартное значение t = 13 мм [6, с. 253].

Наибольшее количество одновременно работающих зубьев находим по формуле:

, (5)

Примем Z_i = 5.

Профиль стружечной канавки принимается с размерами по таблице 71 [6, с. 253]. На шпоночных протяжках обычно делают стружечные канавки с прямолинейной спинкой. [8, с. 96].

Размеры канавок t = 13 мм; h = 5 мм; b = 4 мм; r = 2,5 мм.

Передний и задний углы зубьев протяжки выбираются по [8, с. 97].

передний угол принимаем γ = 10°, задний угол a = 3°.

Коэффициент заполнения впадины находим по формуле:

К = F_a / L ∙ S_z, (6)

где F_a - активная площадь сечения стружечной канавки, мм²

Величина К не должна быть меньше значений К_min, при S_Z - свыше 0,07 до 0,1, К_min = 3.

К = 19,6 / 65 ∙ 0,08 = 0,024

Высоту режущего выступа находим по формуле:

h₀^¢ = 1,25 h₀, (7)

где h₀ - глубина стружечной канавки, 5 мм

h₀^¢ = 1,25 · 5 = 6,25 мм

Силу протягивания находим по формуле:

Р = С_р ∙ S_z^x ∙ b ∙ Z_i ∙ K_γ ∙ K_c ∙ K_u, (8)

где К_γ - коэффициент, учитывающий передний угол;

К_с - коэффициент, учитывающий применение СОЖ (10%-ая эмульсия);

К_u - коэффициент, учитывающий степень затупления протяжки;

Р = 202 · 0,08^0,85 · 10 · 5 · 0,85 · 1 · 1 = 1003,15 кгс

Р = 9,81 · 1003,15 = 9840 Н.

Высота сечения по первому зубу протяжки Н₁, мм определяется из условия прочности протяжки при растяжении по формуле:

, (9)

где [σ] - допускаемое напряжение рабочей части протяжки, Н/мм²

 мм

Принимаем Н₁ = 22 мм.

Высота по последнему режущему зубу находим по формуле:

Н_п = Н₁ + ΣΔh, (10)

Н_п = 22 + 4,13 = 26,13 мм

Количество режущих зубьев находим по формуле:

Z_p = ΣΔh / S_z + (2…1), (11)

Длина режущей части находим по формуле:

l_p = t · Z_p, (12)

l_p = 13 · 53 = 689 мм

Профиль стружкоразделительной канавки принимаем угловой с углом ω = 60º и размерами, принятыми по [8, стр. 103]

S_k = 0,8 мм; h_k = 0,5 мм; r_k = 0,2 мм

С целью уменьшения трения на боковых поверхностях зубьев на всех зубьях делаются поднутрение под углом φ₁ = 1º. Поднутрение начинается не от самой вершины, а на расстоянии f = 0,7 ÷ 1 мм.

Принимаем f = 0,7 мм.

Напряжение растяжения в материале хвостовика протяжки находим по формуле:

, (13)

где σ должно быть меньше [σ].

 = 44,72 Н/мм²

σ = 44,72 Н/мм² < [σ] = 350 Н/мм².

Высота калибрующих зубьев равна высоте последнего режущего зуба

Н_К = Н_П, (14)

Принимаем Н_К = 26,13 мм.

Количество калибрующих зубьев принимаем равное Z_K = 4.

Шаг калибрующих зубьев t_K принимается равным шагу режущих зубьев

t_K = t = 13 мм

Длину калибрующей части находим по формуле:

l_K = t_K · Z_K + (5 ÷ 10), (15)

_K = 13 · 4 + (5 ÷ 10) = 57 ¸ 62 мм.

Примем длину калибрующей части 62 мм;

Прямая ленточка на вершинах калибрующих зубьев f_K = 0,2 мм.

Общая длина гладких частей протяжки определяется по формуле:

l₁ = l₄ + l_c + l_a + l_з + l_б + l_в + l_ч, (16)

косозубный колесо протяжка паз

где l₄ - длина зажима хвостовика, мм;

l₃ - длина входа патрона в отверстие станка, мм;

l_с - толщина опорной плиты (стола) станка, мм;

l_a - длина выступающей части опорного кольца, мм;

l_б - длина выступающей части фланца направляющей оправки, мм;

l_в - длина посадочной части оправки, мм;

l_ч - длина, необходимая для беспрепятственного насаживания изделия в том случае, когда работа ведется без отключения протяжки от станка после каждого рабочего хода, мм.

l₁ = 180 + 40 + 30 + 0 + 15 + 70 + 70 = 405 мм

Общую длину протяжки находим по формуле:

L_П = l₁ + l_p + l_K + 15, (17)

L_П = 405 + 689 + 62 + 15 =1171 мм

Глубину паза в направляющей оправке находим по формуле:

H = H₁ + f₀, (18)

H = 22 + 0,63 = 22,63 мм

Толщина тела направляющей оправки проверяется на прочность по условию

, (19)

Заключение

В данном курсовом проекте я укрепил свои знания по теме «Разработка конструкций режущих инструментов». Ознакомился с расчётами и конструктивными элементами, таким инструментом как: фасонный резец с радиальной подачей, долбяк, протяжки для обработки шпоночного паза.

Такие инструменты, как фасонные резцы, применяются в серийном, крупносерийном и массовом производствах при обработке фасонных деталей на автоматах, полуавтоматах и других станках.

Фасонные резцы имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными токарными резцами: высокую производительность, высокую точность формы и размеров обрабатываемых деталей, большой срок службы, простота.

Однако фасонные резцы имеют ряд недостатков: трудоёмкость проектирования, необходимость точной и определённой установки, большая стоимость.

Список использованных источников

1.      Нефёдов Н.П Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: учебное пособие для техникумов по предмету «Основы учения о резании металлов и режущий инструмент». Н.П. Нефёдов, К.А. Осипов - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

.        Справочник металлиста. В 5-и т. Т. 3./ Под ред. А.Н. Малова. - М.: Машиностроение, 1977. - 748 с.

.        Ящерицын, П. И. Основы резания материалов и режущий инструмент: Учебник для машиностроит. спец. вузов. - Мн.: Высш. школа, 1981. - 560 с.

4.    Маскайкина С.Е.. Особенности конструирования комбинированного инструмента: учебное пособие по процессам формообразования и режущему инструменту для студентов ВУЗов. С.Е. Маскайкина, С.А. Нефёдов, Н.И. Полуешина - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. - 41 с.

5.      Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов. / Под ред. Г.Н. Кирсанова. - М., 1986. - 288 с.

.        Справочник технолога-машиностроителя в 2 т. Т. 2./ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

7.  Расчёт режимов резания при механической обработке: учебное пособие для студентов ВУЗов./ Сост. В.И. Калинкин, С.Е. Маскайкина, С.А. Нефедов, Н.И. Полуешина. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2002. - 76с.

8.      Кишуров В.М., Черников П.П. Курсовое проектирование режущего инструмента в машиностроении: учеб. пособие/В.М. Кишуров, П.П. Черников. - М.: Изд-во МАИ, 2006. - 159с.