Расчет металлорежущего инструмента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчет и конструирование круглого фасонного резца

2. Расчет и конструирование червячной фрезы для нарезания косозубых колес

3. Расчет и конструирование протяжки для обработки отверстия

Заключение

Список использованных источников

Введение

От качества, надежности и работоспособности режущих инструментов, применяемых в машиностроении, в значительной степени зависят качество и точность получаемых изделий, производительность и эффективность процесса обработки, в особенности при автоматизированном производстве, в условиях гибких производственных систем (ГПС).

При проектировании режущих инструментов необходимы знания теоретических основ конструирования и расчета инструментов с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР), нужно уметь правильно определить наилучшие для данных условий обработки конструктивные элементы инструментов и создавать оптимальную их конструкцию, учитывая условия эксплуатации, знать основные направления их совершенствования, пути повышения надежности и эффективности, представлять себе возможные направления и перспективы развития режущего инструмента.

Целью данной курсовой работы является проектирование круглого фасонного резца, червячной фрезы для нарезания косозубых колес и протяжки для обработки отверстия.

1. Расчет и конструирование круглого фасонного резца

инструмент проектирование конструирование обработка

Исходные данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные

Материал детали	Шероховатость по контуру, мкм
Сталь 45	Ra 3,2

Эскиз обрабатываемой поверхности детали представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 Эскиз поверхности детали

Определяем передний и задний углы резца: задний угол б = 12є; передний угол г = 20є

Размеры дополнительных режущих кромок под отрезание и подрезание.

b₁ = 1 мм, b = 7 мм, a = 2 мм, ц₁ = 15є, цфас = 45є.

Общая ширина резца вдоль оси заготовки.

Lр = Lд + a + b₁ + b + = 50 + 2 + 1 + 7 = 60 мм.

Наибольшая глубина профиля детали.

tmax = (82 - 50) / 2 = 16 мм.

Габаритные и конструктивные размеры резца.

Размеры резца: D = 100 мм, d (H8) = 27 мм, d1 = 40 мм, b = 23 мм, K = 5 мм, r = 2 мм, D1 = 52 мм, d2 = 8 мм.

Высота заточки резца Н = R sin(б + г) = 50 · 0,53 = 26,51 мм

Высота установки резца hр = R sinб = 50 · 0,208 = 10,4 мм

Определим по эскизу детали радиусы окружностей узловых точек профиля детали и осевые расстояния до этих точек от торца детали.

r₁ = r₂ = 25 мм; l1-2,3 = 6 мм;

r₃ = 35 мм; l1-4 = 26 мм;

r₄ = 40 мм; l1-5 = 46 мм;

r₅ = 36 мм; l1-6 = 50 мм.

r₆ = 41 мм;

Корректируем профиль резца и данные коррекционного расчета с водим в таблицу 2.

Таблица 2

Коррекционный расчет профиля резца в миллиметрах

Расчетная формула	Значение параметра
hu = r1 · sin г1	г1 = 20є; r1 = r2 = 25; sin г1 = 0,342; hu = 8,55
A1 = r1 · cos г1 A1 = A2 sin г3 = hu / r3	cosг1 = 0,94; r1 = 25; А1 = 23,49; sinг3; r3 = 35; г3 = 14є8'
A3 = r3 · cos г3 C3 = A3 - A1 sin г4 = hu / r4	cos г3; A3 = 33,94; C3 = 10,45; sin г4; r4 = 40; г4 = 12є20'
A4 = r4 · cos г4 C4 = A4 - A1 sin г5 = hu / r5	cos г4; A4 = 39,08; C4 = 15,59; sin г5; r5 = 36; г5 = 13є44'
Расчетная формула	Значение параметра
A5 = r5 · cos г5 C5 = A5 - A1 sin г6 = hu / r6	cos г5; A5 = 34,97; C5 = 11,48; sin г6; r6 = 41; г6 = 12є2'
A6 = r6 · cos г6 C6 = A6 - A1	cos г6; A6 = 40,1; C6 = 16,61
е1 = б1 + г1	б1 = 12є; г1 = 20є; е1 = 32є
В1 = R1 · cosе1 В1 = В2 В3 = В1 - С3 tgе3 = Н / В3	сosе1; R1 = 50; В1 = 42,42; В3 = 31,97; tgе3; е3 = 39є39'
R3 = В3/cosе3	cosе3; R3 = 41,53
В4 = В1 - С4 tgе4 = Н / В4	В4 = 26,83; tgе4; е4 = 44є39'
R4 = В4/cosе4	cosе4; R4 = 37,72
В5 = В1 - С5 tgе5 = Н / В5	В5 = 30,94; tgе5; е5 = 40є36'
R5 = В5/cosе5	cosе5; R5 = 40,74
В6 = В1 - С6 tgе6 = Н / В6	В6 = 25,81; tgе6; е6 = 45є46'
R6 = В6/cosе6	cosе6; R6 = 37

Определяем координатные расстояния.

Р3 = R1 - R3 = 50 - 41,53 = 8,47 мм;

Р4 = R1 - R4 = 50 - 37,72 = 12,28 мм;

Р5 = R1 - R5 = 50 - 40,74 = 9,26 мм;

Р6 = R1 - R6 = 50 - 37 = 13 мм.

2. Расчет и конструирование червячной фрезы для нарезания косозубых колес

Исходные данные для расчета представлены в таблице 3

Таблица 3

Исходные данные

Угол зацепления,	Модуль нарезаемого колеса, мм	Число зубьев нарезаемого колеса	Коэффициент высоты головки зуба	Угол наклона зубьев нарезаемого колеса,
20	2,0	75	1,0	15

Угол профиля фрезы б₀ принимаем равным углу профиля нарезаемого колеса б₁. Т.е. б₀ = 15°.

Класс точности фрезы - А.

Расчет зубьев фрезы в нормальном сечении

Нормальный шаг фрезы.

Р_о = рm₁ cosб₁ / cosб₀, (1)

Р_о = 3,14 · 2,0 · 0,966 / 0,966 = 6,28 мм

Ход зубьев по нормали.

Р_z = Р_о z_о, (2)

где z_о - число заходов фрезы

Р_z = 6,28 · 1 = 6,28 мм

Толщина зуба по делительной окружности.

S_о = рm₀ / 2, (3)

S_о = 3,14 · 2,0 / 2 = 3,14 мм

Высота головки зуба.

h_а0 = (f + c')m, (4)

h_а0 = (1,0 + 0,3) 2 = 2,6 мм

Высота ножки зуба.

h_f0 = f m = 1,0 · 2,0 = 2,0 мм

Полная высота зуба.

h_о = h_а0 + h_f0, (5)

h_о = 2,6 + 2,0 = 4,6 мм

Радиус закругления головки зуба.

с_ao = 0,25m_о, (6)

с_ao = 0,25 · 2,0 = 0,5 мм

Радиус закругления ножки зуба.

с_fo = 0,30m_о, (7)

с_fo = 0,3 · 2,0 = 0,6 мм

Толщина зуба на вершине.

S_fo = S_o - 2h_а0tgб, (8)

S_fo = 3,14 - 2 · 2,6 · 0,364 = 1,24 мм

Выбор геометрических и конструктивных параметров фрезы

Задний угол при вершине зуба б_в = 10°.

Задний угол на боковых сторонах зубьев

tgб_б = tgб_в sinб, (9)

tgб_б = 0,176 · 0,342 = 0,06; б_б = 3°30?

Передний угол у некоррегированных фрез г = 0.

Определяем диаметр посадочного отверстия фрезы

d_о = 14,21h_о^0,373 = 14,21 · 4,6^0,373 = 25,1 мм

Принимаем d_о = 27 мм

Диаметр окружности впадин не менее d_в = 1,75d_о = 1,75 · 27 = 47,25 мм

Радиус закругления дна впадины r = 1 мм.

Величина затылования К = 4 мм.

Величина двойного затылования К₁ = (1,2…1,5)К = 1,5 · 4 = 6 мм

Глубина стружечной канавки.

Н_к = h_о + (К + К₁ / 2) + r, (10)

Н_к = 4,6 + (4 + 6 / 2) + 1 = 10,6 мм

Принимаем H_к = 11 мм

Наружный диаметр фрезы.

d_ао ? d_в + 2Н_к, (11)

d_ао = 47,25 + 2 · 11 = 69,25 мм

Корректируем величину наружного диаметра до стандартного по ГОСТ 9324-80 и принимаем d_ао = 90 мм.

Число зубьев фрезы принимаем по ГОСТ 9324-80 z = 14.

Угол стружечной канавки И = 18°

Диаметр начального цилиндра фрезы.

d_mo = d_ао - 2h_а0 - 0,3К, (12)

d_mo = 90 - 2 · 2,6 - 0,3 · 4 = 83,6 мм

Угол подъема витков фрезы.

sinг_mo = P_z / рd_mo, (13)

sinг_mo = 6,28 / 3,14 · 83,6 = 0,02; г_mo = 1°22?

Шаг витков фрезы.

P_xo = Р_о / cosг_mo, (14)

P_xo = 6,28 / 0,999 = 6,29 мм

Шаг стружечных канавок.

Р_z* = рd_mo ctgг_mo, (15)

Р_z* = 3,14 · 83,6 · ctg1є22ґ = 11028 мм

Диаметр буртиков и длину принимаем по ГОСТ 9324-80 d₁ = 60 мм, l₁ = 5 мм

Определяем ход витков фрезы.

P_zo = P_z / cos г_mo, (16)

P_zo = 6,28 / 0,999 = 6,29 мм

Определяем диаметр выточки в отверстии.

d_выт = 1,05d_о = 1,05 • 27 = 29 мм

Расчетная длина фрезы.

L_р = h₁ tgб + 2P_xo, (17)

L_р = 4 · tg20є + 2 · 6,29 ? 14 мм

h₁ = 2fm = 2 · 1 · 2,0 = 4 мм

Определяем общую длину фрезы

L_о = L_р + 2l = 14 + 2 · 5 = 24 мм

Приминаем размеры шпоночного паза по ГОСТ 9472-83:

- ширина паза b = 7С11

- высота паза с = 29,8Н12

- радиус закругления паза R = 1,2 мм

Технические требования принимаем по ГОСТ 9324-80 и записываем на рабочем чертеже фрезы.

3. Расчет и конструирование протяжки для обработки отверстия

Исходные данные для расчета приведены в таблице 4

Таблица 4

Исходные данные

Длина обработки L, мм	Диаметр просверленного отверстия d, мм	Материал детали	Шероховатость, мкм	Схема резания	Диаметр протягиваемого отверстия D, мм
100	61+0,3	Сталь 40ХН	Ra1,6	Прогрессивная	65Н9(+0,074)

Припуск на протягивание на диаметр А = D - d = 65 - 61 = 4 мм

Определяем профиль стружечной канавки.

Определим объемный коэффициент заполнения стружечной канавки.

К = 3

Определим шаг режущих зубьев для прогрессивной схемы резания

t_р = m, (18)

где m - коэффициент 1,45…1,9

t_р = 1,45 = 14,5 мм

Принимаем t_р = 14 мм

Диаметр хвостовика d₁ = 56 мм [2, с. 217]

Площадь хвостовика F_x = 2463 мм² [2, с. 217]

Площадь сечения впадины Fв = 28,25 мм²

Исходя из принятого значения Fв, принимаем параметры впадины зубьев протяжки.

Глубина впадины h = 6 мм;

Длина задней поверхности b = 4 мм;

Радиус закругления дна впадины r = 3 мм;

Радиус закругления передней поверхности впадины R = 10 мм.

Определяем подачу, допустимую по размещению стружки в канавке

S_ZK = F_в / (КL), (19)

S_ZK = 28,25 / (3 · 100) = 0,09 мм/зуб

Определим наибольшее усилие, допустимое хвостовиком

Р_х = F_х у_х, (20)

где F_х - площадь сечения хвостовика, мм² [2, с.217]

у_х - допустимое напряжение на растяжение, МПа

Р_х = 2463 · 300 = 738900 Н

Определяем наибольшее усилие, допустимое протяжкой на прочность по первому зубу

Р₁ = F₁ у₁ = р(D_о - 2h)² у₁ / 4, (21)

где F₁ - площадь сечения по впадине первого зуба, мм²;

у₁ - допустимое напряжение на растяжение, МПа [2, с. 220]

Р₁ = 3,14 (61 - 2 • 6)² 400 / 4 = 754000 Н

Определим тяговую силу Р_с, Н

Р_о = Р_с · 0,9 = 408000 · 0,9 = 367000 Н

Р_с = 408 кН [2, с. 216]

Принимаем расчетное усилие Р_р равное наименьшему из полученных значений сил Р_р = 367000 Н

Определяем, подачу допустимую по условию резания

S_Zр = , (22)

S_Zр = = 0,056 мм/зуб

Т.к. S_ZK ? S_Zр, то применяем групповую схему резания, и число зубьев в группе принимаем равным 2.

Определим максимальное число одновременно работающих зубьев.

zmax = L / t + 1, (23)

zmax = 100 / 14 + 1 ? 8

Определим размеры режущих зубьев протяжки.

Диаметр первого зуба принимаем равным диаметру, предварительно просверленному отверстию D_з = 61 мм

Число калибрующих зубьев принимаем z_к = 6

Определяем длину режущих зубьев

L_р = А t_р n_г / 2 S_ZK, (24)

L_р = 4 · 14 · 2 / 2 · 0,09 = 622 мм

Определяем длину протяжки от торца хвостовика до первого зуба

l_o = l₁ + l_к + l_н, (25)

где l_к - длина переходного конуса, мм;

l_н - длина передней направляющей, мм;

l_o = 210 + 55 + 125 = 390 мм

Выбираем конструктивные размеры хвостовой части протяжки.

По ГОСТ 4044-70 принимаем хвостовик типа 2, без предохранения от вращения с наклонной опорной поверхностью [3, с. 270]

d₁ = 56h11мм;

d₂ = 42с11мм;

d₄ = 55 мм;

c = 1,5 мм;

l_l = 210 мм;

l₂ = 40 мм;

l₃ = 40 мм;

l₄ = 25 мм;

r₁ = 0,6 мм;

r₂ = 4 мм;

б = 30°

Диаметр передней направляющей d₅ = 61е8

Длина переходного конуса l_к = 55 мм

Длина передней направляющей до первого зуба l_н = L + 25 = 100 + 25 = 125 мм.

Диаметр задней направляющей d₆ = 65f7 мм

Длина задней направляющей l₆ = 45 мм

Фаска на задней направляющей f = 2,0Ч45°

Определим общую длину протяжки

L_о = l_o + L_p + l_з + l_k + l₆, (26)

где l_з - длина зачищающих зубьев, мм;

l_k - длина калибрующих зубьев, мм;

L_о = 390 + 622 + 28 + 84 + 45 = 1169 мм

Общая длина протяжки не превышает наибольшую длину хода станка (2000 мм), поэтому обработка на данном станке возможна.

Определим силу резания

Р_z = С_р S_z^х D z_max К_г К_с К_и, (27)

где К_г К_с К_и - поправочные коэффициенты на изменение условия резания

Р_z = 700 · 0,09^0,85 · 65 · 8 · 1 = 47012 Н ? 4701 кгс

Сила резания не превышает тяговой силы станка (408000 кгс), поэтому обработка на данном станке возможна.

Проверим конструкцию протяжки на прочность

Рассчитаем конструкцию на разрыв во впадине первого зуба

Р_z / F₁ ? у, (28)

где у - допустимое напряжение в опасном сечении, МПа

4701 / 1885,7 = 2,5 кгс/мм²

2,5 кгс/мм² ? 35 кгс/мм²

Проведем аналогичный расчет для сечения хвостовика

4701 / 2463 = 1,9 кгс/мм²

1,9 кгс/мм² ? 35 кгс/мм²

Материал режущей части протяжки: сталь Р18 ГОСТ 19265-73

Материал хвостовика: сталь 40Х ГОСТ 4543-71

Центровочные отверстия по ГОСТ 14034-74 форма В

Заключение

При выполнении данной курсовой работы я научилась проектировать круглый фасонный резец, червячную фрезу для нарезания косозубых колес и протяжку для обработки отверстия.

Проектирование металлорежущего инструмента является одной из основных дисциплин при подготовке инженеров по специальностям «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструмент».

Ее изучение должно дать нам сведения, необходимые при разработке современных технологических процессов и проектировании станков и инструментов.

Список использованных источников

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

2. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов / Под ред. Г.Н. Кирсанова. М.: Машиностроение, 1986. 288 с.

3. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач по резанию металлов и режущему инструменту. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

4. Основы резания материалов и режущий инструмент / П.И. Ящерицын, М.Л. Еременко, Н.И. Жигалко. 2-е изд., доп. и перераб. Мн.: Выш.школа, 1981. 560 с.

Размещено на Allbest.ru