Расчет металлорежущих инструментов

4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Механический факультет

Кафедра Металлорежущие станки и инструмент

Курсовой проект

По дисциплине: Металлорежущий инструмент

На тему: Расчет металлорежущих инструментов

ПК 04.28.90.000.00

Исполнитель

Студент гр. МВС 02а

И. С. Жулин

Консультант

И. А. Малышко

Нормоконтролер

И. В. Киселева

Донецк 2005

Задание

Спроектировать следующий режущий инструмент и технологическое оснащение:

1. Фреза червячная для обработки зубчатых колес m=9, z₁=48, z₂=70; степень точности 7-D.

2. Сверло комбинировано для обработки отверстий.

d₁=14 мм. d₂=26 мм. l₁=40 мм. l₂=30мм.

3. Протяжку для обработки шлицевой втулки

. l=80 мм. Ra=2,5 мкм.

4 Патрон для крепления протяжки.

Материал заготовки - чугун НВ 220.

1. Расчет червячной фрезы

Заданием предусмотрено проектирование червячной фрезы по следующим исходными данными: m=9, z₁=48, z₂=70; степень точности 7-D.

Рисунок 1.1 - Эскиз червячной фрезы.

Согласно рекомендациям, которые приведено в [1, стр.18] фреза выполнена цельной. Материал изготовления должен иметь не менее, чем 3% ванадия, и не более чем 5% кобальта. Твердость рабочей части 63...67 HRC_э. . Поэтому изберем быстрорежущую сталь Р6М5.

1.1 Расчет червячных фрез содержит определение размеров профиля фрезы в нормальном к виткам фрезы сечении

А) Расчетный профильный угол исходного профиля в нормальном сечении

Б) Модуль нормальный

мм.

В) Шаг по нормали

мм.

Г) Расчетная толщина зуба по нормали

,

где S_д1 - толщина зуба по нормали к делительной окружности

мм

=0,11 мм [3, стр. 336, табл. 5,17]- гарантированный боковой зазор.

мм

Д) Высота зуба фрезы

мм. - высота зуба колеса,

мм - радиальный зазор,

мм.

Е) Радиусы закруглений на головке и ножке зуба

Для фрез с модулем более чем 4 рекомендовано выполнять канавки для обеспечения возможности шлифования у основания зубьев.

Ширина канавки b=0,75 мм.

Глубина канавки 1 мм.

Радиус канавки мм. [ 1, стр. 21]

1.2 Определение конструктивных размеров фрезы

При отсутствии специальных требований наружные диаметры фрез рекомендовано выбирать по требованиям действующих стандартов.

Наружный диаметр фрезы мм.

Диаметр посадочного отверстия мм.

Длина фрезы мм. [1,стр.33, табл.4]

Число зубьев для чистовых фрез определяется по зависимости:

,

где ,

,

.

Примем 10 зубьев фрезы.

Передний угол на вершине зуба ,

Задний угол на вершине зуба . Примем .

Рисунок 1.2 - Геометрия режущей части.

Задний угол на боковой режущей кромке в сечении, перпендикулярном к ней, определяют по формуле:

,

где Rx - радиус окружности расположения произвольной точки, для которой определяется значение бокового заднего угла. Rx=70-1,259=58,75 мм.

Величина затылования К подсчитывается по зависимости:

мм.

Округляем до 8 мм.

Величина дополнительного затылования [1,стр.22]:

мм.

Глубина канавки Н для фрезы со шлифованным профилем:

мм.

Радиус закругления основания канавки

мм.

Примем 2.5 мм.

Угол профиля канавки [1,стр.23].

Рисунок 1.3 - Затылование фрезы и параметры канавки.

Диаметр делительной окружности:

мм.

Угол подъема витков фрезы на начальной окружности определяют по формуле:

,

где а - число заходов фрезы. а=1 [1,стр.23].

.

Шаг по оси между двумя витками фрезы:

мм.

Ход витков по оси фрезы

мм.

Стружечные канавки выполняются винтовыми. Направление витков стружечных канавок противоположно направлению витков фрезы.

Осевой шаг винтовой стружечной канавки:

мм.

Угол установки фрезы на станке для нарезания прямозубого колеса равняется углу подъема витков фрезы.

.

Расчетные профильные углы фрезы в нормальном сечении:

Расчетные профильные углы фрезы в осевом сечении:

,

Расчетная длина фрезы:

где х = 2,35 [1,стр.24, табл.2,1]

l₁=5 мм [1,стр.24] - длина буртика.

мм.

Рисунок 1.4 - Конструктивные параметры фрезы.

2. Расчет комбинированного сверла

Исходные данные для расчета:

. мм.

. мм.

Материал изготовления детали - чугун НВ 220.

Рисунок 2.1 - Эскиз обработанной поверхности.

Для проектирования комбинированного сверла необходимо определить группу материала по обрабатываемости. Согласно [2, стр.18, табл.3] отнесем данный по заданию материал к группе обрабатываемости 17.

Согласно рекомендации, приведенной в [2, стр.18] материал изготовления сверла - быстрорежущая сталь Р6М5.

Определение предельных размеров диаметров отверстий.

мм.

мм.

мм.

мм.

2.1 Определение расчетных диаметров сверла

Определим коэффициенты глубины сверления

;

;

.

Согласно [2, стр.18] расчетные диаметры сверла определяют по формуле:

;

где -допуск на размер.

мм;

мм;

мм;

Согласно [малой т2, с. 199, табл. 42], ;

 мм;

Согласно [малой т2, с. 199, табл. 42], .

Ширина ленточки определяется зависимостью:

;

мм;

мм.

Высота ленточки определяется по формуле:

;

мм;

мм.

Диаметр сердцевины сверла К выбирается в зависимости от диаметра сверла.

При диаметре 14 и 26 мм К=(0,145-0,125)d [2, стр.21].

К₁=0,14514=2,03 мм;

К₂=0,14526=3,77 мм.

Геометрические параметры режущей части сверла:

Главный угол в плане определяется в зависимости от свойств материала.

Для группы обрабатываемости 17 величины углов:

;

;

[2, стр.20, табл. 4]

Рисунок 2.2 - Геометрия сверла в перпендикулярной к оси плоскости.

Задний угол сверла рассчитывается по формуле:

;

. Примем 12є;

. Примем 11є.

Допускаемые отклонения на величину заднего угла, а также на величину угла составляет .

Угол наклона стружечной канавки:

Центральный угол канавки выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала и составляет 92 [2, стр.21].

Шаг стружечной канавки:

мм.

мм.

Ширина пера сверла определяется зависимостью:

Где величина угла подставляется в радианах.

мм.

мм.

Осевая сила и крутящий момент

Осевая сила на первой ступени определяется по формуле :



где: s - подача инструмента по [стм2, с 433, табл.27] s = 0,42 мм/об.

К - поправочный коэффициент, характеризующий отличия данных условий резания от эталонных.

по [стм2, с 430, табл.21]

n_p=0.6 по [стм2, с 430, табл.22]

- полученные статистическим путем коэффициенты.

Значения коэффициентов: [стм2, с 436, табл.30]

кг =3261,2 Н.

Крутящий момент на первой ступени:

[стм2, с 436, табл.30]

кгм=22,4 Нм.

Для второй ступени:

;

[стм2, с 436, табл.30];

кг = 1557,3 Н.

;

[стм2, с 436, табл.30];

кгм=46,2 Нм.

Суммарная осевая сила:

Р₀= 3261,2 +1557,3=4818,5 Н.

Суммарный крутящий момент:

М_кр=22,4+46,2=68,6 Нм.

Площадь поперечного сечения сверла

Увеличение площади поперечного сечения сверла повышает прочность и жесткость сверла, до определенного момента способствует увеличению его стойкости. Дальнейший рост площади сечения ухудшает отвод стружки.

Оптимальную и максимально допустимую площадь поперечного сечения определяют по формуле:

Для первой ступени:

мм²;

мм².

Для второй ступени:

мм²;

мм².

Длина первой ступени сверла рассчитывается по формуле:

где - длина заборного конуса.

- глубина фаски.

- запас длины на переточку сверла.

- длина перебега сверла. мм.

мм.

мм.

мм.

мм. Принимаем 70 мм.

Длина второй ступени сверла:

где - длина стружечной канавки неполной глубины, необходимая для выхода фрезы.

мм.

мм.

мм.

Принимаем длины второй ступени равной 90 мм.

Критическая сжимающая сила.

Это осевая нагрузка. Которую стержень выдерживает без потери устойчивости

Р_кр = ;

Где:

J_2min = 0.0039d₂⁴ - наименьший из главных центральных моментов инерции сверла.

J_2min = 0.0039Ч26,09⁴ = 1782,2;

E = 2.5Ч10⁵ МПа- обобщенный модуль упругости материала сверла.

з - коэффициент критической нагрузки

для определения коэффициента критической нагрузки определим:

;

.

Тогда по таблице 5 [2, стр.23] з=10,2

Р_кр = Н;

Критерий устойчивости сверла:

142019>4818.8·1.3

142019>6264.44,

значит условие устойчивости сверла выполняется.

Хвостовик сверла.

Форма хвостовика определяется как формой посадочного отверстия станка, так и его диаметром.

Средний диаметр конического хвостовика определяется по формуле:

=0,1 - коэффициент трения сталь по стали.

- половина угла конуса Морзе.

=5' - отклонение угла конуса.

м =18,4 мм.

Максимальный диаметр конуса Морзе

мм.

Выбираем стандартное значение:

 для конуса Морзе №3.

Рисунок 2.3 - Конический хвостовик сверла.

Длина сверла.

Общая длина сверла:

,

где =99 мм - длина хвостовика сверла.

=5мм-длина шейки сверла.

мм.

Примем длину сверла 265 мм.