Реферат: Проектирование металлорежущих инструментов

Министерство образования Российской Федерации

Московский Государственный Технический Университет

Калужский филиал

Кафедра М4-КФ

Курсовой проект

Проектирование металлорежущих инструментов

Пояснительная записка

КП по ОПРИ

Калуга 2008

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ… 6

1.Проектирование фасонного резца. 8

1.1.Подготовка чертежа детали к расчету фасонного резца. 8

1.2.Выбор типа фасонного резца. 8

1.3.Определение углов режущей части. 9

1.4.Определение габаритных и присоединительных размеров резца. 9

1.5.Коррекционный расчет профиля фасонного резца. 9

1.6.Расчет допусков на размеры профиля, углы заточки и установки резца. 11

1.8.Проектирование державки фасонного резца. 14

2.Расчет круглой протяжки. 15

2.1.Определение группы обрабатываемости. 15

2.2.Определение группы качества. 16

2.3.Определение материала режущей части. 16

2.4.Определение материала хвостовика. 16

2.5. Определение переднего и заднего углов. 16

2.6.Определение скорости резания. 16

2.7.Определение подачи черновых зубьев. 17

2.8.Определение глубины стружечной канавки. 17

2.9.Определение шага зубьев. 18

2.10.Определение силы резания. 18

2.11.Определение числа зубьев в группе. 18

2.12.Определение расчетной силы протягивания. 19

2.13.Определение припуска. 19

2.14.Определение числа групп черновых зубьев. 19

2.15.Определение чисел зубьев. 20

2.16.Определение длины режущей части. 20

2.17.Определение диаметра калибрующих зубьев. 22

2.18.Определение числа выкружек на черновых зубьях. 22

2.19.Определение числа выкружек на переходных и чистовых зубьях. 22

2. 20.Определение диаметра и длины передней направляющей. 22

2.21.Определение длины переходного конуса. 22

2.22.Определение расстояния от переднего торца протяжки до первого зуба. 23

2.23.Определение диаметра и длины задней направляющей. 23

2.24.Определение общей длины протяжки. 23

2.25.Принцип работы патрона. 23

ВВЕДЕНИЕ

Проектируются инструменты для четырех видовметаллообработки: призматический фасонный резец, круглая протяжка, долбяк.

Фасонные резцы — это инструмент, режущие кромки которогоимеют форму, зависящую от формы профиля обрабатываемой детали.

Фасонные резцы работают в трудных условиях, так как всережущие кромки одновременно вступают в резание и создают большие усилиярезания. Их применение не требует высокой квалификации рабочего, а точностьобрабатываемых деталей обеспечивается конструкцией самого резца. Тщательнорассчитанные и точно изготовленные фасонные резцы при правильной установке ихна станках обеспечивают высокую производительность, точную форму и размерыобрабатываемых деталей.

Точность изготовления деталей фасонными резцами может бытьдостигнута до 9-12 квалитетов точности.

Протягивание является высокопроизводительным и сравнительноточным способом обработка материалов резанием, применяемым обычно дляокончательного получения отверстий и наружных поверхностей различной формы.

По производительности протягивание стоит выше другихпроцессов обработки металлов резанием (до 750-1000 заготовок в смену). Этосвязано со специфическими особенностями процесса протягивания по сравнение сдругими процессами обработки материалов резанием.

Протягивание широко используется не только в массовом икрупносерийном производстве. Его применение является рентабельным также и прималых сериях.

Протягиванием сравнительно легко достигается получение 7-9квалитетов точности и 7-9 классов шероховатости обработанной поверхности.

Зуборезный инструмент относится к категории наиболеесложного и специфичного в проектировании, изготовлении и эксплуатации, поэтомувсе вопросы, связанные с его созданием, должны решаться комплексно с учетом егоконструктивных особенностей и назначения.

Зуборезные инструменты разделяются на две группы: работающиепо методу копирования и методу обкатки. К первой группе относятся, например,пальцевые модульные фрезы, дисковые модульные фрезы, зубодолбежные головки идр., ко второй группе — червячные модульные фрезы, долбяки, шеверы,зубообкаточные головки и др.

Применение современных методов многовариантных расчетовсвязано с возрастанием объема вычислений, поэтому расчеты целесообразно проводитьна ЭВМ.

Эффективное использование ЭВМ возможно лишь при условиизнания положений изложенной в указаниях записки расчета, которая легла в основусоответствующего программного обеспечения.

проектирование фасонного резца

Задание. Сконструировать фасонный резец для обработкивыделенной части контура детали, изображённой на эскизе.

Неуказанные предельные отклонения размеров: диаметров Н14, h14; остальных />.

Поверхности, отмеченные знаком *, предварительно обработаны.

Исходные данные. Обрабатываемая заготовка: материал – сталь45; предел прочности материала/>.

1. Проектирование фасонного резца1.1. Подготовка чертежа детали к расчету фасонногорезца.

Для расчета размеров профиля резца необходимо задатьрасчетные или теоретические размеры детали. Для того, чтобы при обработкедетали каждый размер можно было легче получить внутри своего поля допуска, затеоретические размеры детали принимаются ее средние размеры.

/>

/>

Задаем базовую и промежуточные точки.

Радиусы для каждой точки приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

№ Радиус, мм 1 14,991 2 14,991 3 16,172 4 16,904 5 17,15 6 16,904 7 16,172 8 14,991

Максимальная глубина фасонного профиля: />

1.2. Выбор типа фасонного резца.

Т. к. длина фасонного профиля более 50 мм, то выбираемпризматический резец.

Круглые резцы имеют большую жёсткость корпуса, жёстчекрепятся в державке, поэтому применяются при обработке деталей с большимиразмерами фасонного профиля. Кроме того, они имеют меньшие органическиепогрешности, поэтому применяются при повышенных требованиях к точности профилядетали.

1.3. Определение углов режущей части.

Величины углов /> и /> рекомендуется выбирать из ряда />.

Т. к. />, то для круглого резца принимаем />, />

1.4. Определение габаритных и присоединительныхразмеров резца.

Обычно габаритные и присоединительные размеры резцовопределяются из конструктивных соображений в зависимости от глубины фасонногопрофиля изделия /> и длины профиля />, т. к. от них зависитколичество получающейся стружки и нагрузка на резец при его работе.

Согласно таблице получаем следующие размеры резца:

/>/>/>/>/>/> />

1.5. Коррекционный расчет профиля фасонного резца.

Из-за наличия переднего и заднего углов профиль резца восевом сечении не совпадает с профилем детали. Высота профиля резца в осевомсечении получается меньше высоты профиля детали.

Цель общей части коррекционного расчета – определениевысотных размеров профиля фасонного лезвия, лежащих в передней плоскости резца.

/>
Рис.1.3. Расчётная схема коррекционного расчёта

Искомые размеры /> определяются по формулам:

1. />; или1. />;

2. />; 2. />;

3. />; 3. />;

4. />; 4. />;

5. />

"+" – резцы для наружной обработки;

"–" – резцы для внутренней обработки;

1 – базовая точка резца, /> – ее радиус на детали;

2 – любая вторая точка резца, обрабатывающая на деталиокружность радиуса />;

/> – передний угол резца в базовойточке 1.

/> – передний угол резца в точке 2,3,…i;

/> – искомый размер на данном этаперасчета;

Получаем: />

/>

Величины /> приведены в таблице 1.2.

1.5.1. Определение размеров профиля фасонного резца.

При расчете размеров профиля призматического фасонного резцав нормальном сечении заданными величинами являются углы /> и />, а также размеры />, найденные вобщей части коррекционного расчета. Искомые размеры профиля />определяются по формуле:

/>

Величины /> и /> приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

№

/>

/>

/>

1 2 3 14,8925 1,3061 1,0699 4 15,6852 2,0987 1,7192 5 15,9509 2,3645 1,9369 6 15,6852 2,0987 1,7192 7 14,8925 1,3061 1,0699 8 1.6. Расчет допусков на размеры профиля, углы заточкии установки резца.

Расчет допусков на высотные размеры профиля производим израсчета на то, что при настройке резца на суппорте станка во время обработкидеталей обычно измеряется наиболее точный из всех диаметров фасонной детали.Следует иметь ввиду, что допуск на диаметр не должен быть меньше 0,04…0,05 мм.Поэтому, если при обработке детали базовый диаметр получен годным, то естьлежит внутри своего поля допуска, то все остальные размеры диаметров должнылежать внутри своих полей допусков.

Участок или точка профиля резца в технологическом сечении,обрабатывающие базовый диаметр, называют базовым участком (точкой). Точка 1 –базовая точка детали и профиля резца при коррекционном расчете, D1 – базовый измерительный диаметр детали, т.1 – базоваяточка профиля резца. Pi — размеры высот профиля,полученные при коррекционном расчете. hi – размерыперепадов (высот профиля) детали, переносимые с резца на деталь в процессеобработки. Погрешности каждого i–го радиуса детали,кроме базового R3 = R4 = R7= R8 будет складываться изпогрешности базового радиуса δRб и погрешностивысотного размера δhi, переносимого с резца надеталь. Следовательно

δhi = δRi- δRб

то есть известно, какая погрешность может быть допущена припереносе каждого высотного размера с резца на деталь. Эта погрешность возникаеткак сумма погрешностей, вызванных неточностями высоты профиля резца δPi и неточностями заточки и установки резца на станке.

При расчете допусков на высотные размеры резца из всехдопустимых погрешностей δhi выбиратьнаименьшую δmin и половину ее отводят напогрешности соответствующего размера hi, возникающие отнеточности заточки и установки резца. Погрешности от заточки и установки длядругих точек:

/>

Допустимые погрешности высот hi отнеточного выполнения высотных размеров профиля Pi:

/>

/>

Эта величина является допуском на соответствующую высотупрофиля резца Pi. Верхнее и нижнее отклоненияпроставляются симметрично.

Рассчитав допуска по вышеуказанным формулам, сведем полученныезначения в таблицу 1.3

Таблица 1.3

3, 6 1-2, 4-5, 7-8 Примечание

Допуск на диаметр />

0,62

0,033

(/>)

Задаются чертежом детали

Допуск на радиус />

0,31

0,0165

(/>)

/>

Высота профиля детали, переносимая с резца на деталь />

2,35325 ----

/> без учета знака

Высота профиля, получаемая при коррекционном расчете />

1,9369 ----

Высота точки профиля резца, проставляемая на рабочем чертеже />

1,9369 ----

Допуск на высоту профиля />, переносимую с резца на деталь />

0,2935 ----

/>

Часть допуска высоты />, отводимая на погрешности от неточности заточки и установки резца />

0,14675 ----

/>

Часть допуска высоты />, остающаяся на неточность выполнения высот профиля /> />

0,14675 ----

/>

Допуск на высоту профиля /> />

0,120 ----

/>

Верхнее и нижнее отклонения высоты профиля />

В.О. +

Н.О. —

0,06 ----

/>

Допуски на продольные размеры профиля резца берутся в 2…3раза жестче, чем допуски соответствующих размеров детали.

Расчет допусков на параметры заточки и установки резцов. Навсе углы, определяющие установку и заточку резца (ε=α+γ,λ0, ψ, αб) принимаются допуски в угловых минутах, численноравные наименьшему допуску на высотный размер профиля, выраженному вмикрометрах. Таким образом, принимаем допуски на вышеуказанные углы равным ±42’.

1.7. Проектирование шаблона и контршаблона

Шаблон имеет те же номинальные размеры профиля, что ифасонный резец, однако допуски на размеры профиля шаблона должны быть в 1,5. .2раза жестче, чем допуски на соответствующие размеры профиля фасонного резца.

Для контроля шаблона в процессе его эксплуатации, если онработает длительное время, применяют контршаблон. Его профиль одинаков спрофилем резца, но допуски на размеры профиля в 1,5. .2 раза жестче, чемдопуски на размеры шаблона.

Шаблон и контршаблон изготавливают из листового материалатолщиной 1. .3 мм в зависимости от размеров. Для увеличения износостойкости ихзакаливают до твердости HRC = 56. .64.

1.8. Проектирование державки фасонного резца.

Державки фасонных резцов должны удовлетворять следующимтребованиям:

А. Конструкция державки должна быть простой и обеспечиватьнадежность и жесткость закрепления резца.

Б. Необходима быстрая предварительная установка и точнаярегулировка высоты базовой точки лезвия резца по высоте оси детали.

В. Для державок, предназначенных для различных круглыхфасонных резцов с разной высотой оси резца над осью детали /универсальныедержавки/ необходима точная регулировка этой высоты.

Г. Для державок, используемых на автоматах, необходимабыстрая точная установка базовой точки лезвия резца на высоте оси детали.

Д. Для державок всех типов необходимо согласование размеровдержавки с размерами рабочего пространства и суппорта применяемого станка.

Проектируемая державка для универсальноготокарно-винторезного станка модели 16К20. Посадочный хвостовик выполняют в виделасточкина хвоста и крепят сбоку Г-образной губкой 2, зажимаемой гайкой 5.Регулировку резца по высоте в процессе наладки производят винтом 1 с мелкимшагом резьбы, снабжённым головкой со шкалой. Хвостовая часть резца имеетрадиусные канавки с шагом />, в которые вставляется язычок 3регулировочного винта, предназначенный для предварительной установкипризматического резца после заточки.

2. Расчет круглой протяжки

Задание. Сконструировать протяжку для обработки выделеннойповерхности детали, изображённой на эскизе.

/>Исходныеданные.

1. Протягиваемая заготовка: материал – Сталь 20Х; твёрдостьпри протягивании HB 220; диаметр отверстия допротягивания (мм) Ø/>; диаметр отверстия после протягивания(мм) Ø/>; длина протягивания />.

2. Станок: горизонтально-протяжной, модель 7Б55; тяговаясила станка />.

3. Характер производства – массовый.

Рис.2.1. Эскиз детали

2.1. Определение группы обрабатываемости.

Сталь 20Х с твердостью HB 220относится к I группе обрабатываемости.

 2.2. Определение группы качества.

Принимаем 1-ую группу качества по шероховатости.

2.3. Определение материала режущей части.

Согласно рекомендациям выбираем быстрорежущую сталь Р6АМ5.

2.4. Определение материала хвостовика.

Конструкцию протяжки принимаем с приваренным хвостовиком,материал хвостовика – 40Х. Размеры по ГОСТ 4044-70. Диаметр переднегохвостовика />,/> Силу,допустимую хвостовиком, рассчитываем по формуле />, где />допустимое напряжение прирастяжении, МПа; />площадь опасного сечения хвостовика,/>. Приняв />, получим />.

2.5. Определение переднего и заднего углов.

Передний угол для черновых и переходных зубьев />, а чистовых икалибрующих зубьев />. Задний угол черновых ипереходных зубьев /> чистовых />, калибрующих />. />/>

2.6. Определение скорости резания.

Устанавливаем скорость резания. />.

2.7. Определение подачи черновых зубьев.

Подъём черновых зубьев /> определяем из условия равнойстойкости черновой и чистовой частей по таблице. Вначале для скорости резания /> иподачи чистовых зубьев /> устанавливаем наработку чистовойчасти: /> Потой же скорости резания и стойкости черновых зубьев /> находим подъём черновых зубьев /> на зуб насторону. Ограничиваем подъём черновых зубьев до />. Поправочные коэффициенты нанаработку: /> /> />/> /> /> (Назначаем СОЖ сульфофрезолГОСТ 122-54). Наработка с поправочными коэффициентами />.

2.8. Определение глубины стружечной канавки.

Глубину стружечной канавки h, необходимойдля размещения стружки при подъёме />, определяем по формуле /> для сливнойстружки, где />коэффициент помещаемости; />суммарная длинапротягиваемых участков, мм. />.

По таблице выбираем ближайшую большую глубину стружечнойканавки />.Её и принимаем для дальнейшего расчёта. Диаметр по дну стружечной канавки равен/>. Дляобеспечения достаточной жёсткости протяжек, имеющих диаметр сечения по днустружечной канавки меньше 40 мм, необходимо, чтобы глубина стружечной канавки />. Получим />. />/>.

2.9. Определение шага зубьев.

По таблице шаг черновых зубьев />профиль №10. Остальные элементыстружечной канавки: />; /> /> Числоодновременно участвующих в работе зубьев определяем по формуле /> отбрасывая дробнуючасть: /> Шаги профиль переходных зубьев – такие же, как у черновых.

2.10. Определение силы резания.

Максимально допустимую силу резания берём минимальной изтрёх: /> /> /> /> />.

Величину /> определяем по формуле: />, где />; />. />.

/>.

2.11. Определение числа зубьев в группе.

Число зубьев в группе может меняться от 2 до 5; егоопределяем по формуле: /> где />; поправочные коэффициенты />; />;/>; />.

/>.

Т. к. /> то дальнейшие расчёты ведут для />

2.12. Определение расчетной силы протягивания.

Расчётную силу протягивания определяем по формуле: />

/>.

2.13. Определение припуска.

Полный припуск определяем по формуле:

/>.

Припуск на черновых зубьях находим по формуле: />, где />припуск напереходные зубья; />припуск на чистовые зубья.

2.14. Определение числа групп черновых зубьев.

Число групп черновых зубьев определяем по формуле: />

/>; />.

Остаточную часть припуска находим по формуле: />

/> Т. к. />, то остаточный припуск оставляемв переходной части число зубьев соответственно увеличиваем.

2.15. Определение чисел зубьев.

Число черновых зубьев определяем по формуле: /> где />принятое окончательночисло групп черновых зубьев после распределения остаточного припуска. />, числопереходных зубьев />, число чистовых зубьев /> и числокалибрующих зубьев />.

Общее число всех зубьев находим по формуле: />.

2.16. Определение длины режущей части.

Длину режущей части протяжки определяем по формуле: />, где />суммыпеременных шагов соответственно чистовых и калибрующих зубьев; шаги чистовых икалибрующих зубьев – переменные, принимаем из таблицы />, />, />. Размеры профиля h, b, r, R – одинаковые для всех трёх шагов; их берём по таблице поменьшему шагу. Для />: /> /> /> /> />

Новые два варианта рассчитываем для /> и />

Из формулы /> находим шаг черновых зубьев дляобоих вариантов: /> />.

В третьем варианте значение шага />округляем до ближайшего меньшегозначения, т.е. />. По таблице определяемсоответствующие этим шагам глубины профиля стружечных канавок (из таблицы берёмбольшее значение глубины). Для /> /> для /> /> Поформуле /> где/> принимаютближайшей меньшей к />, т.е. />, находим: /> /> С п.2.11. расчёт II и III вариантов продолжаем как дляI варианта. Результаты расчёта сведены в таблице 2.1.

Сравнив основные показатели, видим, что оптимальный вариант– II. Определение остальных элементов конструкциипротяжки производим только для этого варианта.

Таблица 2.1

Искомый

параметр

Вариант I II III

/>

5 6 7

/>

14 12 10

/>

6 5 4

/>

4,5 4 3,5

/>

0,12 0,1 0,07

/>

2 2 2

/>

25068 52224 33946

/>

2,025 2,025 2,025

/>

0,14+/>0,145

0,16+/>0,145

0,14+/>0,0065

/>

0,14 0,14 0,14

/>

1,725 1,745 1,745

/>

0,045 0,145 0,005

/>

7 9 12

/>

14 18 24

/>

5 4 5

/>

12 12 12

/>

7 7 7

/>

38 41 48

/> на группах:

первой

второй

0,04

0,03

0,08

0,06

0,04

0,03

/> (число групп)

0,02 (2)

0,01 (2)

0,005 (2)

0,01 (3)

0,005 (3)

0,02 (2)

0,01 (2)

0,005 (2)

/>

10, 11, 12 8, 9, 10 7, 8, 9

/>

10, 11, 12 8, 9, 10 7, 8, 9

/>

3,6 3 2,5

/>

4,5 3,3 3

/>

196 216 260

/>

70 48 50

/>

132 108 96

/>

76 62 38

/>

474 434 464 2.17. Определение диаметра калибрующих зубьев.

/>

2.18. Определение числа выкружек на черновыхзубьях.

Число выкружек и их ширину на черновых зубьях определяем потаблице: />;/>

2.19. Определение числа выкружек на переходных ичистовых зубьях.

Число выкружек на переходных и чистовых зубьях определяем потаблице: />;/>

2. 20. Определение диаметра и длины переднейнаправляющей.

/>; />, так как />

2.21. Определение длины переходного конуса.

/>

2.22. Определение расстояния от переднего торцапротяжки до первого зуба.

Определение расстояния от переднего торца протяжки допервого зуба определяем по формуле />, где />, />, />. />

2.23. Определение диаметра и длины заднейнаправляющей.

/>, />. Протяжку выполняем без заднегохвостовика.

2.24. Определение общей длины протяжки.

Общую длину протяжки рассчитываем по формуле: />.

2.25. Принцип работы патрона.

Данный патрон предназначен для горизонтального протяжногополуавтомата для внутреннего протягивания модели 7Б55.

Патрон состоит из следующих деталей: корпус патрона, стакан,кольцо упорное, четырех кулачков, пружины.

Порядок закрепления протяжки в патрон: ослабить пружину 7путем отвинчивания упорного кольца 4, до отскакивания кулачков 5 впредусмотренную для этого полость в корпусе патрона. Вставить протяжку впатрон. Закрутить упорное кольцо 4 до создания максимального усилиязакрепления, при этом происходит сжатие пружины 6, данное сжатие вытягиваетзакрепленные на стакане 2 кулачки 5 из полостей корпуса, тем самым происходитзакрепление протяжки. При создании максимального натяжения пружины 7 происходитнадежное закрепление протяжки в патроне. Затем патрон необходимо установить настанок, по средствам метрической резьбы расположенной на хвостовой частистакана 2.