Содержание
Введение
Цель данного курсового проекта является расчет и конструирование инструмента для обработки деталей заданного профиля.
По форме и конструкции фасонные резцы делят на круглые (дисковые) призматические и стержневые. Призматические резцы отличаются от стержневых лучшими режущими свойствами и более высокой точностью обработки. Круглые резцы более технологичны в изготовлении и допускают большее число заточек. Эти резцы имеют кольцевые и винтовые образующие. Материалом для круглых фасонных резцов служит преимущественно быстрорежущая сталь. Для экономии быстрорежущей стали призматические резцы могут быть выполнены сварными. Резцы с пластинами из твердых сплавов применяют реже, чем резцы из быстрорежущей стали, вследствие значительной трудности шлифования их профиля и меньшего допустимого числа заточек.
Для закрепления круглых фасонных резцов в державку у торцовых поверхностей этих резцов предусматривают рифления, отверстия под штифт или пазы на торце. Круглые фасонные резцы закрепляют также затяжкой (благодаря силе трения).
Конструктивные и габаритные размеры фасонных резцов можно выбирать в зависимости от наибольшей глубины профиля изготовляемой фасонной детали.
Геометрические элементы лезвия фасонных резцов зависят от материала заготовки и подачи.
Круглые резцы для внутреннего фасонного растачивания, вследствие малых габаритных размеров, могут быть выполнены с хвостовиком, цельными или сварными. Для облегчения ввода резца в отверстие верхнюю часть резца срезают под углом 50°. Максимально допустимый диаметр резца не должен превышать 0,8d отверстия.
Для крепления фасонных резцов на станках могут быть применены державки и приспособления разнообразных конструкций, в зависимости от того, возможно ли их размещение на суппортах станков и каковы размеры посадочных мест, допустимые силы резания, а также погрешности, допущенные при установке и регулировании режущей кромки, относительно высоты центра заготовки.
Профиль фасонного резца, как правило, не совпадает с профилем исходной заготовки. Поэтому эти профили необходимо скорректировать. Профиль фасонного резца можно рассчитать двумя основными способами: аналитическим (расчетным) или графическим.
Червячная фреза представляет собой червяк, профиль витка которого соответствует профилю обрабатываемой детали, обрезанный в режущий инструмент прорезанием стружечных канавок и затылованием зубьев.
Фрезы, для получения одинаковых условий резания на обоих боковых сторонах зубьев, обычно проектируются с винтовыми стружечными канавками, угол наклона которых на делительном цилиндре берется равным углу подъема резьбы исходного червяка. При обработке осуществляется как бы зацепление исходного червяка и детали. Приближенно зацепление червячной фрезы и детали рассматривается как зацепление плоской рейки с деталью.
Процесс обработки червячными фрезами сводится к процессу нарезания зубчатых деталей гребенками и профиль червячной фрезы определяется в нормальном сечении, как профиль рейки, сопряженной с обрабатываемой деталью.
Червячные фрезы могут быть трех типов: архимедовы (с прямолинейным профилем в осевом сечении), эвольвентные и фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении (по витку или впадине). Архимедовы и эвольвентные червячные фрезы изготавливают, в основном, для фрезерования червячных колес, причем первые из них – архимедовы червячные фрезы – получили большее распространение, так как их проще изготавлять, чем эвольвентные фрезы.
Червячные фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении получили широкое распространение для фрезерования цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями, и до настоящего времени они являются основным типом фрез для данного фрезерования. Наряду с этим для фрезерования цилиндрических колес находят применение архимедовы червячные фрезы с прямолинейным профилем в осевом сечении и даже с прямой канавкой. Кроме указанных типов червячных фрез, применяются конические червячные фрезы и глобоидальные фрезы.
Черновые червячные фрезы делают пониженной точности, часто с нешлифованным профилем зуба. Для повышения производительности черновые фрезы иногда делают двухзаходными. При увеличении числа заходов фрезы в определенное число раз, во столько же раз должна увеличиваться частота вращения нарезаемого колеса. Однако повышение производительности при применении двухзаходных фрез сравнительно невелико (до 20%), так как с увеличением угла наклона канавок резко ухудшаются условия резания на боковых сторонах профиля, и приходится снижать подачу. Применение трехзаходных фрез совершенно не оправдывается.
Чистовые червячные фрезы, как правило, изготовляют однозаходными, с прямолинейным профилем в нормальном или осевом сечениях. Чистовые фрезы изготовляют трех типов и четырех классов точности:
— тип I — цельные прецизионные класса точности АА;
— тип II — цельные общего назначения классов точности А, В и С;
— тип III — сборные классов точности А, В и С.
Фрезы класса АА используют для нарезания колес 7-й степени точности, класса А — 8-й степени, класса B – 9-й степени и класса С – 10-й степени точности.
Особо точные (прецизионные) червячные фрезы отличаются от чистовых тщательностью выполнения, жесткими допусками и увеличенным диаметром (увеличение диаметра приводит к повышению точности профиля фрезы).
Сборные червячные фрезы со вставными гребенчатыми ножами изготавливают для экономии инструментального материала. Корпус этих фрез из конструкционной стали, а гребенчатые ножи – из быстрорежущей стали или твердого сплава. Имеется много конструкций сборных червячных фрез.
Различные зубчатые детали фасонного профиля обрабатываются червячными фрезами на специальных зубофрезерных станках, широко распространенных в промышленности. Зубофрезерование червячными фрезами представляет непрерывный процесс, чем и объясняется его высокая производительность.
1 Проектирование фасонного резца
1.1 Исходные данные на проектирование:
материал заготовки – Сталь 38ХС;
форма фасонного резца – круглая;
размеры детали приведены на рисунке 1.
/>
Рисунок 1. Эскиз детали
1.2 Определение размеров конструктивных элементов фасонного резца
Основные конструктивные элементы фасонных призматических резцов показаны на рисунке 2:
/>
Рисунок 2. Основные конструктивные элементы
фасонного дискового резца с торцовыми рифлениями
Размеры конструктивных элементов фасонных дисковых резцов с торцовыми рифлениями определяются по таблице [1], в зависимости от наибольшей глубины профиля заготовки tmax, который определяется по формуле:
/>,
где Dmax, Dmin – соответственно максимальный и минимальный диаметры детали.
/>
Определенные размеры конструктивных элементов резца сведены в таблицу 1.
Таблица 1– Размеры конструктивных элементов резца
в, миллиметрах
tmax
D
d (H8)
d1
bmax
K
r
d2
l2
17
80
22
34
20
5
2
40
4
1.3 Определение углов режущей части резца
Фасонный резец должен иметь соответствующие задний α0и передний γ0углы, чтобы процесс снятия стружки проходил нормально. Значение переднего угла зависит от обрабатываемого материала, и выбирается по таблице [2].
Для стали 38ХС, имеющую предел прочности σв=930 МПа принимают γ0=5° .
Задний угол для дисковых резцов принимается равным 10 – 12° [2], принимаем α0=10°.
При расчете и изготовлении фасонных резцов так же используется угол заострения β0. Передний, задний углы и угол заострения связанны соотношением [1]:
α0+ γ0+ β0= 90.
Из этого соотношения находим угол заострения:
β0= 90° – α0– γ0
β0= 90° – 10 – 5 = 75°
1.4 Аналитический расчет профиля фасонного резца.
Для проведения расчета на чертеже детали, прежде всего, указываем базовые точки (рисунок 3), и выражаем все диаметральные размеры через радиусы, а линейные проставим от правого торца детали:
r1=12 мм;
r2=16 мм;
r3=29 мм;
l1=12 мм;
l2=40 мм;
l3=56 мм;
/>
Рисунок 3. Эскиз детали с базовыми точками
Определяем сумму углов в базовой точке
S0 = a0 + g0,
где a0– задний угол;
g0– передний угол.
S0 = 10˚+ 5˚=15˚
Определяем расстояние от центра детали до плоскости передней поверхности
A0= rбаз sin g0,
где rбаз – наименьшем диаметре детали.
A0= 12sin 5˚=1,045 мм
Определяем передний угол в текущей плоскости
/>,
где ri – радиус детали в конкретной точке.
/>
/>
/>
Определяем расстояние от текущей точки до оси
Bi= ricos (g+ gi)
B1,2= 12 cos (5˚ + 5˚) = 11,817 мм
B3,4= 16 cos (5˚ + 3,747˚) = 15,813 мм
B5,6= 29 cos (5˚ + 2,065˚) = 28,779 мм
Определяем промежуточную величину
Ki = ±( Bi— rбаз)
K1,2 = ±( 11,817— 12) = — 0,183 мм
K3,4 = ±( 15,813— 12) = 3,813 мм
K5,6 = ±( 28,779— 12) = 16,779 мм
Определяем глубину профиля в i-ой точке
/>
/>
/>
/>
Определяем постоянную величину
C0= Rбазcos S0,
где Rбаз – наибольший радиус резца.
C0= 40 cos 15˚ = 38,637 мм
Определяем расстояние от резца до передней плоскости
H= Rбазsin S
H= 40 sin 15˚ = 10,352 мм
Определяем вспомогательную величину
Ci = C0 — ti
C1,2 = 38,637 – (-0,183) = 38,454 мм
C3,4 = 38,637 – 3,827 = 34,81 мм
C5,6 = 38,637 – 16,843 = 21,794 мм
Определяем суммарный угол в текущей точке
/>
/>
/>
/>
Определяем радиус резца в текущей точке
/>
/>
/>
/>
Определяем глубину резца в радиальном сечении
Ti= Rбаз + Ri
T1,2= 40 + 39,823 = 79,823 мм
T3,4= 40 + 36,318 = 76,318 мм
T5,6= 40 + 24,127 = 64,127 мм
Определяем задний угол в текущей точке
ai= Si— g
a1,2= 15,067˚— 5˚ = 10,067˚
a3,4= 16,561˚— 5˚ = 11,561˚
a5,6= 25,407˚— 5˚ = 20,407˚
1.5 Графический расчет профилей фасонных резцов
Строим в левом углу чертежа профиль детали. Проектируем точки профиля на ось I — I, перпендикулярную к оси детали; получаем точки 1¢, 2', 3' и т. д. Из точки О1 проводим окружности соответствующими радиусами r1, r2, r3. Задавшись определенными углами g и a, а также наружным диаметром резца, определяем центр резца О2, расположенный на линии II — II, построенный выше центра детали на величину Hu= R1 sina. Для этого раствором циркуля, равным наружному радиусу R1 фасонного резца, делаем засечку из точки 1, находящейся на пересечении горизонтальной оси I — I с окружностью радиуса r1. Точка О2 пересечения линии II — II с засечкой, сделанной из точки 1, будет искомым центром окружности круглого резца.
Теперь проведем линию аМ передней поверхности фасонного резца. Для этой цели из точки 1 проводим линию под углом g к линии I — I. Соединив точки пересечения 1, 2, 3, линии передней поверхности с соответствующими окружностями радиусов r1, r2, r3 с центром О2 фасонного резца, получим соответствующие радиусы фасонного резца R1, R2, R3.
Чтобы построить профиль фасонного резца в радиальном сечении, необходимо провести радиальную линию NN, отложить вправо на линии, нормальной к NN, размеры l1 и 12 (и т. д.), равные соответствующим осевым размерам детали (если ось круглого резца параллельна оси обрабатываемой детали). Из крайней точки 1' осевых размеров отложим параллельно линии NN размеры Р2 и Р3 и равные разности соответствующих радиусов фасонного круглого резца (R1 — R2 и R1 -R3). На пересечении линий, соответствующих размерам Р2 и Р3, и линий, определяющих размеры l1 и 12, получим точки 2" и 3¢¢. Соединяя точки 1¢, 2¢¢ и 3¢¢ получим профиль фасонного резца в радиальном сечении.
После проведения расчетов и определения размеров профиля фасонного резца проектируют шаблоны и контршаблоны для контроля профиля резцов.
2 Проектирование червячно-модульной фрезы
2.1 Исходные данные на проектирование:
Модуль фрезы m = 3,5 мм;
Угол зацепления α = 20º;
Тип фрезы — фреза общего назначения.
2.2 Расчет червячной модульной фрезы
Расчет червячной модульной фрезы осуществляется в следующем порядке:
Выбор предварительно наружного диаметра фрезы dао по ГОСТ 9324-80Е.
Наружный диаметр червячной фрезы можно выбрать по таблице [1]
Выбираем dао=80 мм.
Выбираем размеры профиля нарезки в нормальном сечении
Определяем шаг зубьев
Рno = π · m
Рno = 3,14 · 3,5=10,99 мм
Определяем ход зубьев фрезы
Pnz=Pno· z,
где z – число заходов фрезы
Pnz=10,99 · 1=10,99 мм
Определяем толщину зуба в нормальном сечении по делительной окружности
/> — для чистовых фрез,
где Sn = π · m/ 2 – толщина зуба колеса по делительной окружности
/>
/>
Определяем высоту головки зуба фрезы
/>,
где hf1 – высота ножки зуба колеса, мм;
f – коэффициент высоты;
/>
Определяем высоту ножки зуба фрезы
/>
/>
Определяем высоту зуба фрезы
/>
/>
Определяем радиус закруглений головки и ножки зуба
/>
/>
/>
/>
Выбор геометрических параметров фрезы αв, γ, αбо
Задний угол при вершине зуба αв обычно αв = 9…15°. Передний угол γ для чистовых фрез обычно принимается γ = 0.
Задний угол на боковых сторонах зубьев в нормальном сечении
/>,
где α – угол профиля исходного контура.
/>
4 Определение диаметра посадочного отверстия фрезы
/> — для фрез общего назначения;
где do – высота зуба фрезы, мм
/>
Полученное значение do округляется до ближайшего большего значения из нормального ряда, принимаем do=32 мм.
Определяем диаметр окружности впадин
dвn = 1,75 do,
где do – диаметр посадочного отверстия, мм
dвn = 1,75 · 32=56 мм
Определяем число зубьев фрезы
Число зубьев фрезы принимается в зависимости от модуля и типа фрезы, принимаем zo=10 [1].
Определяем величину затылования зуба фрезы
/>,
где dao – наружный диаметр фрезы, мм;
zo – число зубьев фрезы, мм;
αв – задний угол при вершине зуба.
/>
Полученное значение K округляется до ближайшей большей величины, кратной 0,5 мм, принимаем K=4 мм.
Определяем глубину стружечной канавки
Размеры стружечной канавки должны выбираться из условия свободного выхода затыловочного резца и шлифовального круга при изготовлении фрезы, размещения срезаемой стружки.
/> — для фрезы с не шлифованным профилем,
где ro = 0,5 мм – радиус закругления дна стружечной канавки.
/>
Округляем до целого числа Hk = 13 мм.
Уточняем наружный диаметра фрезы dao
/>
/>
Принимаем dао=80 мм.
Выбираем угол стружечной канавки θ в зависимости от zo
Принимаем θ = 220, т.к. zo = 10.
Определяем диаметр начального цилиндра в начальном сечении
/>,
где hao – высота головки зуба фрезы, мм;
K – величина затылования, мм.
/>
Определяем угол подъема витков фрезы на начальном цилиндре в расчетном сечении
/>,
где Pno – шаг зубьев фрезы, мм;
dmo – диаметр начального цилиндра фрезы в исходном сечении.
/>
Выбираем угол наклона стружечной канавки λmo
Фрезы с углом подъема витка γmo ≤ 6° могут быть изготовлены с прямыми осевыми стружечными канавками.
γmo = 2˚52΄, следовательно λmo = 0°
Определяем шаг стружечных канавок
/>
/>
Определяем ход витков фрезы
/>
/>
Определяем шаг витков фрезы
/>
/>
Определяем диаметр выточки в отверстии
/>
/>
Определяем диаметр буртиков фрезы
/>
/>
Определяем рабочую длину фрезы
/>,
где /> — высота зуба колеса, мм;
Pxo – осевой шаг витков фрезы, мм.
/>
Определяем общую длину фрезы
/>,
где l1 – длина буртиков l1 = 4…6 мм, принимаем l1 = 5 мм
/>
Длина поясков на посадочном диаметре отверстия l = (0,25…0,3)L
l = 0,28 · 60,347=16,897 мм
Определяем размеры продольной шпоночной канавки используя литературу [3].
Диаметр посадочного отверстия do= 32 мм;
Ширина шпоночного пазаb = 10 мм;
Расстояние t2=3,8 мм.
Заключение
Произведен расчет фасонного дискового резца и червячной модульной фрезы.
Расчет профиля резца произведен двумя способами: расчетно-аналитическим, и графическим методами. Выполнен расчет профиля графическим методом с соответствующим оформлением на листе формата А3, а так же чертеж резца, на формате А3. Для контроля профиля данного резца представлен чертеж шаблона и контршаблона на листе формата А4.
Произведен расчет червячной модульной фрезы расчетно-аналитическим методом, и выполнен чертеж данной фрезы на листе формата А2.
Литература
Денисов В.Н. Проектирование инструмента. Метод. указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование инструментов» / В.Н. Денисов, Ю.В. Матвеев, П.Г. Павловский. – Пенза: Издательство Пензенский государственный университет, 2008 – 88 с.
Кирсанов Г.Н. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты»/ Под общ. Ред. Г.Н. Кирсанова – М.: Машиностроение, 1986 – 288 с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3-х т.: Т. 2 / 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992 – 784 с.
Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. Учебник для машиностроительных техникумов. – М.: Машиностроение, 1976 – 530 с.
Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. пособие для техникумов по предмету «Основы учения о резании металлов и режущий инструмент» / 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990 – 400 с.