Режущий инструмент

Режущий инструмент

Аннотация

станок резание кинематический схема

Целью данного курсового проекта является закрепление необходимых будущему инженеру теоретические знания основ конструирования и расчёта режущих инструментов.

В данном курсовом проекте рассматривается проектирование трёх режущих инструментов: метчик машинный, дисковый долбяк и дисковый фасонный резец.

Введение

Большинство деталей машин из различных материалов приобретает окончательную форму и размеры в результате механической обработки. Важная роль в этом принадлежит обработке материалов резанием, особенно в случаях, когда требуется получить детали с высокой точностью и малой шероховатостью обработанных поверхностей. Для того чтобы такая обработка была производительной, экономичной и обеспечивала высокое качество изготовленных деталей, необходимо знать основные закономерности процесса резания, на основании которых можно сознательно управлять процессами, протекающими в его зоне. Поскольку обработка может выполняться различными режущими инструментами из разнообразных инструментальных материалов и с различными геометрическими параметрами, изучение закономерностей процесса резания следует проводить неотрывно от установления основных путей совершенствования режущего инструмента.

Развитие машиностроения тесно связано с совершенствованием конструкций технологических машин, металлорежущих станков и в частности режущего инструмента.

От качества надёжности, надёжности и работоспособности режущих инструментов, применяемых в машиностроении, в значительной степени зависит качество и точность детали, её шероховатость, производительность и эффективность процесса обработки, в особенности в наше время, при использовании инструмента в автоматизированном производстве в условиях гибких производственных систем.

1. Разработка конструкции дискового долбяка

1.1 Описание конструкции и назначение дискового долбяка

Долбяк, металлорежущий инструмент для нарезания зубьев прямозубых и косозубых зубчатых колёс наружного и внутреннего зацепления, зубчатых венцов шевронных колёс с канавкой и без неё, зубчатых колёс блоков, зубчатых колёс с выступающими фланцами, ограничивающими свободный выход инструмента и зубчатых реек. Долбяк имеет вид зубчатого колеса, снабжённого режущими элементами с соответствующей заточкой; изготовляется из быстрорежущей стали.

Долбяки делятся на три класса: АА предназначается для обработки зубчатых колёс 6-й степени точности, А - 7-й и Б - 8-й.

Существует несколько типов зуборезных долбяков:

·        Дисковые прямозубые, применяемые для нарезания прямозубых цилиндрических колес, главным образом наружного зацепления (рис 1.1 а);

·        Чашечные, применяемые для нарезания наружных блочных колес в упор и для изготовления внутренних колес средних модулей (рис 1.1 б);

·        Концевые или хвостовые долбяки применяемые для нарезания колес внутреннего зацепления (рис 1.1 в);

·        Дисковый долбяк для нарезания косозубых и шевронных колес (рис 1.1 г и д);

Рисунок 1.1 - Типы зуборезных долбяков

Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов.

Схема нарезания прямозубых зубчатых колес долбяком (рис. 1.2) включает возвратно-поступательные движения инструмента вдоль оси заготовки, что обеспечивает необходимую скорость резания. Срезание стружки происходит во время рабочего хода. Во время холостого, обратного, хода с целью уменьшения трения задней поверхности о материал заготовки стол станка отводится от долбяка, а перед началом резания возвращается в исходное положение. В процессе обработки долбяк постепенно врезается в радиальном направлении в заготовку на высоту зуба. Одновременно происходят взаимосвязанные вращения долбяка и заготовки вокруг своих осей, в результате которых наблюдается обкатка, качение без скольжения начальной окружности долбяка по начальной окружности детали. При обработке долбяком процесс пересопряжения зубьев (деления) не производится, что обеспечивает большую производительность по сравнению с нарезанием гребенками.

Рис. 1.2 Схема нарезания колес

Эскиз инструмента представлен на рис.1.3

Рис.1.3 Эскиз инструмента

Где α- задний угол

γ- передний угол

Долбяки имеют форму закаленного шлифованного колеса с затылованными зубьями. Так как зубья долбяка имеют небольшой конус, после заточки толщина зуба и внешний диаметр уменьшаются, профиль зубьев изменяется. Для повышения срока службы при нарезании колес внешнего зацепления у нового долбяка увеличивают диаметр делительной окружности. Передний угол для облегчения резания равен 5°. Задний угол при вершине 6-6°30', боковые задние углы по нормали 2-2°30'. При нарезании колес внешнего зацепления долбяки выбирают максимально возможного диаметра, точность обработки и период стойкости при этом повышаются. Диаметры долбяков в комплекте как новые, так и после заточки должны быть одинаковыми. Затупленный долбяк перетачивается только по передней поверхности.

Требования к изготовлению:

Долбяки должны изготавливаться из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265-73.

Твердость долбяков должна быть:

Режущей части из быстрорежущей стали - HRC 62…65;

Режущей части из быстрорежущей стали с содержанием ванадия 3% и более, кобальта 5% и более - выше на 1-2 единицы HRC.

Режущая часть долбяков не должна иметь обезуглероженных мест и мест с пониженной твердостью.

Параметры шероховатости поверхностей долбяков по ГОСТ 2789-73 должны быть не более, мкм:

Класса точности А -

Класса точности Б -

Опорная поверхность дисковых долбяков

Посадочное отверстие дисковых долбяков

Внутренняя опорная поверхность дисковых долбяков

1.2 Расчет геометрических и конструктивных параметров дискового долбяка

Исходные данные для проектирования:

Угол зацепления: α=20 град

Модуль: m=6.25 мм

Делительный диаметр долбяка : =125

Число зубьев долбяка :

==,

Для чистового долбяка принимаем: передний угол:

Задний угол на вершине:

Число зубьев шестерни и колеса:

Геометрические параметры долбяка показаны на рис. 1.4

Фактический угол профиля долбяка α₀ определяется по формуле:

2 Боковой задний угол в сечении по делительному цилиндру α_б:

Задний угол α_п на боковых сторонах зубьев в нормальном сечении к профилю

Основной диаметр долбяка

Определение размеров зубьев долбяка в исходном сечении

Величина утолщения зубьев долбяка для образования бокового зазора при чистовой обработке нарезаемых колес

Толщина зуба долбяка по делительной окружности:

Высота головки зуба

где h_f1,2- высота ножки зуба нарезаемых шестерни и колеса.

Высота ножки зуба

где h_a1,2-высота головки зуба нарезаемых шестерни и колеса.

Диаметр окружности выступов долбяка в исходном сечении:

Минимально допустимая по условию механической прочности толщина зуба нового долбяка на наружном диаметре

Толщина зуба долбяка на наружном диаметре в исходном сечении

Величина исходного расстояния, обеспечивающая заданную толщину зуба на вершине

Принимаем по ГОСТ 9323-79 а=6,3мм.

Проверка долбяка с выбранным исходным расстоянием на отсутствие интерференции.

rp1 - радиус кривизны активного профиля зуба шестерни в нижней начальной контактной точке при внешнем зацеплении её с колесом;

rl1 - радиус кривизны эвольвентного профиля зуба шестерни в точке начала переходной кривой при нарезании её с долбяком ;

Если rp1 > rl1, интерференция отсутствует.

где r _b2-радиус основной окружности колеса.

Радиус основной окружности колеса

14 Межосевое расстояние:

Угол профиля зуба долбяка в точке на окружности выступов:

Для колеса:

где r₂- радиус делительной окружности колеса;

r_a2- радиус окружности вершин колеса;

r_b2-радиус основной окружности долбяка.

Межосевое расстояние в станочном зацеплении:

17 Коэффициент смещения:

18 Угол зацепления в станочном станочном зацеплении:

Интерференция отсутствует, т. к. rp1 > rl1.

Определение размеров зубьев долбяка на передней поверхности.

19 Окружная толщина зуба по делительному цилиндру:

20 Высота головки зуба долбяка:

Высота ножки зуба долбяка:

Диаметр вершин зубьев долбяка:

23 Диаметр впадин зубьев долбяка:

Наибольшая допустимая величина стачивания долбяка ∆B ограничивается прочностью зуба сточенного долбяка и отсутствием подрезания зубьев нарезаемых им колёс :

∆B=B-e,

где e - длина зуба окончательно сточенного долбяка;

B - длина зуба нового долбяка ( принимаем по ГОСТ 9323-79 ).

Проверка на подрезание ножки зуба шестерни и колеса.

Подрезание ножки зуба отсутствует, если выполняются условия:

r_l1 / 0 ( для шестерни ) и r_l2 / 0 ( для колеса ). Расчёт ведём по выше приведённым формулам для r_l1 и r_l2.

Подрезание отсутствует.

Проверка на отсутствие срезания головки зуба окончательно с точеным долбяком.

Срезание отсутствует.

Основные элементы конструкции долбяка выбираем по ГОСТ 9323-79 или из конструктивных соображений. По ГОСТ 9323-79 определяем допуски на все элементы долбяка и технические требования к его изготовлению.

2. Разработка конструкции метчика машинного М16

)        Выбор материала рабочей части метчика: обрабатываемый материал - сталь 40Х. Материал рабочей части - Р6М5;

2)      Выбор числа зубьев метчика: для резьбы М16 количество зубьев равно ;

 мм,

принимаем  мм;

 мм,

принимаем  мм;

 мм,

)        Рекомендуемая толщина среза:  мм, предельное значение  мм;

)        Длина заборной части метчика  мм, принимаем  мм.

Длина калибрующей части , принимаем  мм (т.к.  мм). тогда  мм.

Выбор обратной конусности -  мм на 100 мм длины.

Рисунок 3.1 Элементы машинного метчика

)        Размеры хвостовика:  мм;  мм;  мм;  мм;  мм;  мм;  мм;  мм.

)        Погрешности квадрата  мм.

)        Расстояние от торца метчика до места сварки  мм.

)        Общая длина метчика  мм (по ГОСТ 3266-81).

)        Передний угол метчика .

)        Задний угол .

)        Затылование заборной части

 мм.

Затылование по калибрующей части  мм, принимаем  мм.

)        Степень точности метчика . 

Рисунок 3.2 Хвостовик метчика

)       
Расчет полей допусков

Таблица 3.1 Расчет полей допусков

Характеристика метчика мм;

 мм;

Наименьший наружный диаметр ()

 мм.

Наименьший средний диаметр

 мм.

Рисунок 4.3 Схема расположения полей допусков метчика и гайки

)        Размеры метчика и профиля резьбы - по ГОСТ 6227-80Е.

)        Общие требования - по ГОСТ 3449-84.

3. Разработка конструкции дискового фасонного резца

.1 Расчёт фасонного резца для обработки детали из стали

У12А С

Фасонные резцы применяются для обработки поверхностей сложного профиля на станках токарной группы.

Рис. 3.1 Типы фасонных резцов

Они являются специальными инструментами, предназначенными для обработки одной детали. Фасонные резцы обеспечивают строгую идентичность обработанных деталей, большое количество переточек, высокие общую и размерную стойкость, совмещение предварительной и окончательной обработки, простоту установки и наладки на станке, что делает их незаменимыми в автоматизированном производстве. Фасонные резцы классифицируют по нескольким признакам:

. по типу станка - токарные, автоматные, строгальные, долбежные;

. по форме тела резца - круглые или дисковые (Рис. 3.1, а), призматические (Рис. 3.1, б) , стержневые (Рис. 3.1, в), винтовые (Рис. 3.1, г);

. по положению передней плоскости резца (Рис. 3.2) - с обычной заточкой (λ=0), когда базовая точка установлена на высоте оси детали и с боковой заточкой, когда на высоте оси детали установлен участок профиля;

. по положению базовой поверхности (оси посадочного отверстия у круглых или опорной поверхности у призматических) по отношению к оси детали - резцы обычной установки и резцы особой установки;

. по виду обрабатываемой поверхности - наружные, внутренние, торцовые;

. по направлению подачи - с радиальной, осевой и тангенциальной;

. по конструкции, способу соединения режущей части и корпуса, материалу режущей части: насадные и хвостовые; цельные, сварные, паяные; быстрорежущие и твердосплавные.

Разрабатываемый фасонный резец - дисковый. Предназначен для наружной обработки детали из инструментальной углеродистой стали.

Рис. 3.2 Призматические фасонные резцы:

а) - с обычной заточкой (λ=0); б) - с боковой заточкой (λ≠0)

Определение углов режущей части

Исходными данными для проектирования резца является чертеж детали на рис.3.3. Материал детали - инструментальная углеродистая сталь.

Диаметры заданы по заданию.

Для расчета размеров профиля резца необходимо задать расчетные или теоретические размеры детали. Для того, чтобы в процессе детали каждый размер можно было получить внутри своего поля допуска, за теоретические размеры детали принимаем ее средние размеры.

Задний угол для фасонных резцов рекомендуется принимать α = 8…12º (стр.108 [1]). Тогда принимаем его равным 12º.

Так как в задании не оговорено, какое должно быть положение передней плоскости резца, то принимаем с обычной заточкой (λ = 0).

Рис. 3.3 Чертеж детали

Определение габаритных и присоединительных размеров

Обычно габаритные и присоединительные размеры резцов определяют из конструктивных соображений в зависимости от глубины профиля изделия t_max и длины профиля L.

;

 (мм).

Α                                            γ

Рис. 3.4 Габаритные и присоединительные размеры дискового фасонного резца.

Таблица 3.1 Размеры круглого фасонного резца

Габаритный радиус дисковых резцов определяется по формуле:

мм,

Принимаем =40мм.

где: tmax =15мм,

e=5 - глубина заточки по передней поверхности ([1], с. 109, табл. 3,4),

К=8..10 - толщина тела резца([1], с. 109), K=8 мм,

do=22 - диаметр посадочного отверстия ([1], с. 110, табл. 3,5).

3.2 Коррекционный расчет профиля дискового резца

Из-за наличия заднего и переднего углов профиль резца в осевом сечении не совпадает с профилем детали. Коррекции подлежат высотные размеры профиля всех фасонных резцов. Осевые размеры часто остаются такими же, как и у детали. Цель общей части коррекционного расчета - определение высотных размеров профиля фасонных лезвий, измеренных в направлении, перпендикулярном базе резца.

Таблица 3.2 Коррекционный расчет профиля дискового фасонного резца

1. Исходные данные: чертеж детали (рис. 3.3.3.);

1. Подготовка чертежа детали к расчету фасонных резцов: ; d_5(6)расч =39.92

; d_3(4)расч =19.935

; d_1(2)расч =9.945

2. Строим расчетную схему (см. рис. 3.3.5)предварительно выбрав значения углов α и γ (табл. 3.3. ( [1], стр. 107, табл. 3,3)). Кроме того, для круглого резца по таблице 3,5 выбираем R1 и определяем положение центра резца: .α = 12˚

γ = 20˚

=40

Рис. 3.5 Расчетная схема для коррекционного расчета дискового фасонного резца

Расчёт радиусного участка

h=5 мм, x=5 мм;

;

;

мм.

Литература

1. Ю.И. Кузнецов, А.Р. Маслов, А.Н. Байков Оснастка для станков с ЧПУ. Справочник. М.: Машиностроение, 1990. - 512л.

. Справочник технолога машиностроителя. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова; М.: Машиностроение, 1985.

. Справочник инструментальщика. И.А. Ординарцев и др. Под общ. ред. И.А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение, 1987. - 846с.

. Барановский В.А. и др. Режимы резания. Справочник. М.: Машиностроение, 1974.

. В.Ф. Романов Расчеты зуборезных инструментов. М.: Машиностроение, 1969.

. Режущий инструмент. Курсовое и дипломное проектирование. Учебное пособие. Под ред. Е.Э. Фельдштейна - Мн.: Дизайн ПРО, 1997, - 384 с.