Курсовой проект
по РИ и ИОАП
на тему: Проектирование специальногоинструмента
Содержание
Задание. 2
Содержание. 3
1ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАСОННОГО ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО РЕЗЦА… 5
2ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ШЛИЦЕМ… 9
3ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ФАСОННОЙ ПРОТЯЖКИ РАБОТАЮЩЕЙ ПО ГЕНЕРАТОРНОЙ СХЕМЕ. 16
Литература. 26
1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАСОННОГО ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО РЕЗЦА
Вычертим эскиз изготавливаемойдетали:
/>
Рисунок 1.1
Исходные данные дляпроектирования фасонного резца:
/>
Материал прутка – Сталь20, />
Тип резца призматический
Рассчитаем высотные размеры профиля вузловых точках на детали
/>
/>
Выберем габаритные и конструктивныеразмеры резца по табл. 2, величину переднего угла /> изаднего /> по табл. 3.
/>
/>
/>
/>
Вычертим эскиз взаимногорасположения детали и резца в двух проекциях Рисунок 1.2.
Рассчитаем для каждойузловой точки высотные размеры профиля резца, измеренные вдоль переднейповерхности
Определим значения углов />
/>, тогда />
/>, тогда />
/>
/>
/>Рисунок 1.2
Рассчитаем высотные размерыпрофиля резца
/>
/>
Выполняем графическоепостроение на листе чертёжной бумаги формата А2 в масштабе /> и проверяем результатыаналитического расчёта величин /> вТаблице 1.1.
Таблица 1.1Номер узловой точки Высотные размеры профиля, измеренные от точки 1, мм На детали На резце Аналитический расчёт
Графический
расчёт 2 5 4,29 4,29 3 13 10,91 10,92
Определяем размерыдополнительных режущих кромок.
Высота левой кромки недолжна превышать высоту рабочего профиля резца.
Дополнительные режущие кройки (Рисунок1.3) подготавливаютотрезку детали от прутка. Высота кромок не должна бить больше высоты рабочегопрофиля резца — (необходимо предусмотреть размер С ), ширина равнаширине режущей кромке срезного резца
Для уменьшения трениярезца о заготовку на участках профиля перпендикулярных оси детали затачиваютугол равный 3°.
/>
Рисунок 1.3
Разработаем чертежшаблона иконтршаблона для проверки профиля резца, на просвет.
Профиль шаблона (Рисунок1.4) представляет собой негативный профиль резца. Высотные размеры профиляшаблона равны соответствующим высотным размерам профиля резца. Осевые размерымежду узловымитолками профиля шаблона равны соответствующим осевымразмерам профиля детали. Для построения профиля шаблоны необходимо через узловую базовую точку 1 провестикоординатную горизонтальную линию от которой в направлениях, перпендикулярных кней, отложить высотные размеры профиля резца.
Ширина шаблона />.
Размер m равен высотному размерудополнительных режущих кромок резца.
/>
Рисунок 1.4
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕИ РАСЧЁТ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ШЛИЦЕМ
Исходные данные дляварианта №5А:
исполнение –окончательный инструмент,
/>; />;/>; />; />; />; />.
Отклонения длявнутреннего диаметра и ширины шлица выбираем по квалитету h11: />,/>
/>
Рисунок 2.1
Расчётные размеры вала
Наружный диаметр
/>, (2.1)
где /> - максимальная величинанаружного диаметра вала;
/> - минимальная (номинальная) величинафаски.
/>
Внутренний диаметр
/>, (2.2)
где /> - минимальная величинавнутреннего диаметра вала;
/> - допуск на внутренний диаметр.
/>
Ширина шлица
/>, (2.3)
где /> - минимальная ширинашлица;
/> - допуск на ширину шлица.
/>
Диаметр начальнойокружности с фаской на сторонах шлица
/>, (2.4)
/>
Принимаем />.
Конструктивные элементыфрезы
Определим профиль боковойповерхности зубьев фрезы аналитическим методом:
/>, (2.5)
/>
Так как />, то теоретическую кривуюзаменяем одной
окружностью.
Ординаты т.1 и т.2принимаем:
/>, (2.6)
/>
Принимаем />
/>, (2.7)
/>
Определим значение углашлица в точке на />
/>, (2.8)
/>тогда />
Определим значения угловобката т.1 и т.2
/>, (2.9)
/>, тогда />
/>, (2.10)
/>, тогда />
Абсциссы т.1 и т.2определяем так
/>, (2.11)
/>.
/>, (2.12)
/>.
Координаты центразаменяющей окружности
/>, (2.13)
/>.
/>, (2.14)
/>.
Радиус заменяющейокружности
/>, (2.15)
/>.
Определим величинуотклонений дуги от теоретической кривой в двух точках a и b,расположенных между точками 0; 1; 2.
/>, (2.16)
/>
/>, (2.17)
/>.
Углы обката точек a и b
/>, (2.18)
/>.
/>, (2.19)
/>.
Координаты точек а и b
/>, (2.20)
/>.
/>, (2.21)
/>.
/>, (2.22)
/>.
/>, (2.23)
/>.
Радиусы точек а и b
/>, (2.24)
/>.
/>, (2.25)
/>.
Максимальная погрешностьзамены в точках а и b
/>, (2.26)
/>.
/>, (2.27)
/>
Проверим допустимостьпогрешности
/>, (2.28)
где /> - допуск на ширину шлица
/>
Так как неравенствовыполняется, то погрешность считается допустимой.
Толщина зуба фрезы поначальной прямой
/>, (2.29)
где /> - число шлицев вала.
/>.
Шаг зуба в нормальномсечении
/>, (2.30)
/>.
Смещение угла отначальной прямой
/>, (2.31)
/>
Угол уступа фаски />, при />, />.
Ширина: />,
Высота: />.
Размеры канавки длявыхода шлифовального круга при затыловании канавки
Радиус: />,
Ширина: />,
Глубина: />.
Высота шлифовальной частизуба фрезы:
/>, (2.32)
/>
Общая высота профиля зуба
/>, (2.33)
/>.
Высота усика:
/>, (2.34)
где /> - максимальная высотапрофиля зуба (высшая точка зуба)
/>, (2.35)
где /> - радиус начальнойокружности вала,
/> - угол обката высшей точки профиля
/>, (2.36)
где /> - угол профиля шлица
/>, (2.37)
/>, тогда />
/>, тогда />
/>
/>
Высота шлифовальной частизуба
/>
/>
принимаем />
Геометрия фрезы
Передний угол />
Задний угол на вершинезуба />
Шаг между выбираемымиуглами 30’.
На боковых сторонахпрофиля задний угол />
/>, (2.33)
где, />, тогда />
/>, тогда />.
Расчёт конструктивных игабаритных размеров фрезы
Число ходов.Преимущественно однозаходные.
Угол подъёма витков посреднему диаметру />
Направление витков,правое. Направление передней поверхности зубьев, левое.
Ориентировочный наружныйдиаметр
/>, (2.34)
/>, принимаем />.
Число зубьев фрезы
Так как допуск на ширинушлица />, то />.
Величина затылования
/>, (2.35)
/>, принимаем />.
/>, принимаем />
Размеры канавки длявыхода стружки: />,
/>, (2.36)
/>.
Угол правки />.
Длина шлифовальной частизадней поверхности зубьев фрезы
/>, (2.37)
/>, принимаем />.
Шаг витков фрезы в осевомсечении
/> , (2.38)
/>.
Длина наружной частифрезы
/>, (2.39)
/>.
Общая длина фрезы
/>, (2.40)
/>
/>, (2.41)
/>
Принимаем />.
Диаметр цилиндрическойчасти буртиков
/>, (2.42)
/>.
Средний расчётный диаметр
/>, (2.43)
/>.
Угол наклона стружечнойканавки
/>, (2.44)
где, />.
/>, тогда />
Шаг ступенчатой канавки
/>, (2.45)
/>.
Диаметр отверстия фрезы
/>, (2.46)
/>, принимаем />.
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ФАСОННОЙПРОТЯЖКИ РАБОТАЮЩЕЙ ПО ГЕНЕРАТОРНОЙ СХЕМЕ
Исходные данные: рисунок9, вариант 6.
Минимальный диаметротверстия под протягивание: d = 45 мм; диаметр отверстия, получаемое после протягивания: D = 58,5мм. Предельное отклонение диаметра D по чертежу детали: ∆ = 0,06 мм, длина протягиваемого отверстия: lд = 60 мм; δ = 0,07 мм.
Материал заготовки: Сталь45: σ = 589 МПа; HB =207
/>
Рисунок 3.1 Профильобрабатываемого отверстия.
Хвостовик и шейка.
Диаметр хвостовика:
D1= d –0,5 = 45 – 0,5 = 44,5 мм. (3.1)
где d — минимальный диаметр отверстия подпротягивание, мм.
Расчетную величину D1 округляем до ближайшей меньшей величины,соответствующей ГОСТ 4044-70. Принимаем D1 = 40 мм. Остальные размеры хвостовика и размеры шейкипринимаем соответственно с ГОСТ 4044-70:
D1'=32 мм; D2= 39,5 мм; l0 = 180 мм; lx= 160 мм; l1 = 20 мм;
l2 = 32 мм; R1= 0,5 мм; R2 = 2,5 мм; C = 1,5 мм; α = 30˚.
/>
Рисунок 3.2 Хвостовик протяжки.
Переходный конус
Длину конуса принимаем L = 20 мм, так как диаметр отверстия под протягивание D = 58,5 мм. Диаметры конуса: меньший равен диаметру шейки (мм): больший – передней направляющей части (мм).
Передняя направляющаячасть
Диаметр передней направляющейчасти, мм
Dпн= d = 45 мм, (3.2)
Предельное отклонение Dпн по e8.
Длина переднейнаправляющей Lпн равна расстоянию от конца переходногоконуса до первого зуба режущей части, то есть, включая длину первой стружечнойканавки.
Lпн = lд = 60 мм; т.к. lд/D = 1,02 ≤ 1,5 (3.3)
где lд — длина протягиваемого отверстия,
D- диаметр отверстия, получаемогопосле протягивания, мм.
Режущая часть
Форма и размеры зубьев.
Главные режущие кромкизубьев имеют форму дуг концентрической окружностей, диаметр которых Di постепенно увеличивается от первогозуба к последнему. Вспомогательные режущие кромки зубьев имеют криволинейнуюформу в зависимости от профиля обрабатываемой детали.
Величины углов внормальном сечении по главной режущей кромке для стали 18ХГТ принимаем:
γ = 12˚; α= 3˚;
Предельные отклоненияуглов по ГОСТ16492-70
∆ γ =/>˚; ∆ α =30΄;
Для уменьшения трения навспомогательных режущих кромках делают угол равный 1˚, располагающийсяпозади ленточки шириной 0,8…1 мм. Для обработки заготовки принимаем зубья скриволинейной спинкой.
Ориентировочные размерырежущих зубьев и расположенных между ними стружечных канавок могут бытьопределены следующим соотношением:
t = (1,25…1,5)/> = (1,25...1,5)/> = 9,68...11,6 мм;
принимаем t = 11,6 мм;
h = (0,35…0,6)t = (0,35...0,6)11,6 = 4,06...7,01 мм;
принимаем h = 7 мм;
с = (0,3…0,35)t = (0,3...0,35)11,6 = 3,48...4,06 мм;
принимаем с = 4 мм;
R = (0,5…0,55)h = (0,5...0,55)7 = 3,48...3,83 мм;
принимаем R = 3,48 мм
/>
Рисунок 3.3 Размерыстружечных канавок на режущей части протяжки.
Диаметр первого зубапротяжки, мм
Dz1 = Dпн = 45 мм; (3.4)
Диаметр последнего зубарежущей части протяжки, мм;
Dп = Dк = 58,55 мм (3.5)
где Dк –диаметр калибрующих зубьевпротяжки, мм;
Dк = (D + ∆) – p =(58,5 + 0,06) – 0,01 = 58,55 мм;
р — величина разбиванияотверстия = 0,01 мм.
Диаметры промежуточныхзубьев режущей части протяжки получают последовательным прибавлением к диаметрупервого зуба удвоенного значения толщины срезаемого слоя.
Dz2 = Dz1 + 2·а (3.6)
Определение толщинысрезаемого слоя
Фасонные протяжки срезаютприпуск заготовки, как правило, по генераторной схеме резания. Толщинасрезаемого слоя (а) равна разности высот или полуразности диаметров парысмежных режущих зубьев. Ширина срезаемого слоя ∑b равна длине главной режущей кромки зуба протяжки.
Режущая кромка первогозуба – окружность, следовательно
∑b1= π·Dz1;(3.7)
Режущие кромкипоследующих зубьев — дуги концентрических окружностей, поэтому ширинасрезаемого слоя одним зубом равна сумме длин дуговых участков главной режущейкромки данного зуба т.е.
∑b = b·n; (3.8)
где b – длина одного дугового участка нарежущей кромке данного зуба;
n – число дуговых участков на режущейкромке зуба.
Длина дуговых участковрежущей кромки уменьшается при увеличении диаметра от d до D.Схема резания при протягивании зависит от площади срезаемого слоя
P= f(ab), поэтому длясохранения постоянной силы P завесь период протягивания отверстия пропорционально уменьшению b увеличивают толщину срезаемого слоя a.
Последовательностьопределения толщины срезаемого слоя :
а) определяем общийприпуск под протягивание, мм:
А = (D +∆)/2-d/2 = (58,5 + 0,06)/2 – 45/2 = 6,775 мм; (3.9)
б) делим величину А натри ступени:
d1 = d = 45 мм;
d2 = 49,516 мм;
d3 = 54,032 мм;
D = 58,55 мм;
Припуск первой ступени отd до d2 срезают зубья первой секции режущей части протяжки, припусквторой ступени от d2 до d3 срезают зубья секции номер два, припуск первой ступени от d3 до D срезают зубьясекции три.
в) принимаем величину а впределах каждой ступени постоянной.
г) определим толщинусрезаемого слоя на первой ступени а1 из условия прочности протяжкипо впадине первого зуба:
а1 = (F1· [σ]р/ (10·Cр∑b1·zк·кγ·кб))1,18, мм (3.10)
где F1 — площадь сечения по впадине первого зуба протяжки, мм2
F1= π·(Dz1-2h)2/4= 3,14· (45 — 2·7)2/4 = 758,28 мм2; (3.11)
[σ]р — допустимое напряжениепридеформации растяжения в материале режущей части протяжки, МПа.
[σ]р = 400 МПа.
∑b1 — длина режущей кромки, первого зубапротяжки, мм
∑b1 = π·Dz1 = 3,14·45 = 141,3 мм
zк — число зубьев протяжки, участвующиходновременно в резании.
zк = lд/t + 1 = 60/11,6 +1 = 6,57;
принимаем zк = 7;
Cр = 230;
кγ = 0,93
кб = 1,34 т.к.обработка без эмульсии;
а1 = (758,28·400/(10·230·141,3·7·0,93·1,34))1,18= 0,072 мм;
д) определяем толщинусрезаемого слоя на второй b2 и третей b3 ступенях.
Найдем длины дуговыхучастков на диаметрах d2 и d3.
/>
Рисунок 3.4 Схема расчета толщинысрезаемого слоя.
Для определения толщинысрезаемого слоя на второй b2и третей b3ступенях.
Найдем длины дуговыхучастков на диаметрах d2 и d3.
D = 58,5 мм
d = 45 мм
d2 = 49,516 мм
d3 = 54,032 мм;
/>/>
где R находим по теореме косинусов:
/>
упростив ее, получим:
/>
подставим значения:
/>
/>
/>
/>
/>мм
Зная значение R, находим αi:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Зная значение угла γ2и γ3, определяем значение b:
b2 = r2 · γ2 · 3,14/180 = 35.76 · 81,38°· 3,14/180 = 35,15 мм
∑b2 = 3· 35,15 = 105,45 мм;
b3 = r3 · γ2 · 3,14/180 = 39,02 · 68,3° ·3,14/180 = 32,19 мм
∑b3 = 3 · 32,19 = 96,57 мм
Из условия а1·∑b1 = а2·∑b2 = а3·∑b3 находим а2, а3:
а2 = а1·∑b1/∑b2= 0,1·141,3/105,45= 0,153 мм;
Принимаем а2 = 0,153 мм
а3 = а1·∑b1/∑b3= 0,1·141,3/96,57= 0,188 мм;
Принимаем а3 = 0,188 мм
е) проверим возможностьразмещения стружки в канавке между зубьями при срезании протяжкой максимальнойтолщины срезаемого слоя аimax.
/> , мм (3.12)
где: Kc-коэффициент заполнения стружечнойканавки, Kc= 3,5;
/>
Условие не выполняется.
Принимаем удлиненнуюформу стружечной канавки. Размеры удлиненной стружечной канавки определяем сучетом размещения в ней стружки за один рабочий ход зуба:
fc= aimax· lд = 0,188 · 60 = 11,28 мм2;
fky= 0,25·π·h2+ Δt·h;
fky= fc·Kc= 11,28 · 3,5 = 39,48 мм2;
Δt = (fky– 0,25·π·h2)/h = (39,48 – 0,25·3,14·72)/7 = 0,21 мм;
Принимаем Δt = 0,21 мм.
ty= t + Δt= 11,6 + 0,21 = 11,81 мм;
zk= lд/ty+1 = 60/11,81 + 1=6,08;
Принимаем zk=6.
а1 = (758,28·400/(10·230·141,3·6·0,93·1,34))1,18= 0,09 мм;
а2 = а1·∑b1/∑b2= 0,09·141,3/105,45= 0,19 мм;
Принимаем а2 = 0,19 мм
а3 = а1·∑b1/∑b3= 0,09·141,3/96,57= 0,23 мм;
Принимаем а3 =0,23 мм
Проверим прочностьпротяжки на разрыв по шейке хвостовика.
P/Fx≤ [σ]x,(3.13)
где P- сила резания при протягивании, Н
P = 10·Cр·а10,85∑b1·zк·кγ·к0, (3.13)
P = 10·230·0,090,85·141,3·6·0,93·1,34= 298961,37 H;
Fx= π·( D1')2/4, (3.14)
где D1' — диаметр вала хвостовика, мм
Fx= 3,14·322/4 = 803,84 мм2;
[σ]x-допускаемое напряжение при деформации растяжения в материале хвостовика, МПа;
Для Сталь 40X ГОСТ — [σ]x=300 МПа;
/>= 300 МПа;
Условие не выполняется,изготавливаем цельную протяжку из материала сталь Р6М5 [σ]x= 400 МПа
Проверка протяжки по тяговой силепротяжного станка.
P ≤ 0,9·Q, (3.15)
Q = Р/0,9 = 298961,37/0,9 = 332,17 кН
где Q — номинальная тяговая силапротяжного станка.
Выбрали: модель станка7Б57 с максимальной длиной рабочего хода каретки 2000 мм и номинальной тяговой силой Q = 400 кН.
332,17 кН
Условие выполняется.
Стружкоделительныеканавки на режущих зубьях протяжки.
Канавки делают на зубьях, имеющих длинурежущей кромки 5…10 мм, размещают их в шахматном порядке.
Количество канавок:
1-секция nk1 = b1/10 = 47,1/10 = 4,7
принимаем nk1 = 5;
2-секция nk2 = b2/10 = 35,15/10 = 3,5
принимаем nk2 = 3;
3-секция nk3 = b3/10 = 32,19/10 = 3,2
принимаем nk3 = 3.
Калибрующая частьпротяжки.
Состоит из пяти зубьеводинакового диаметра, равного диаметру последнего режущего зуба. Стружечныеканавки имеют такую же форму и размеры, как и на режущей части протяжки. Шагкалибрующих зубьев принимают равным шагу режущих зубьев.
Вершину калибрующихзубьев снабжают фаской 0,2…0,6 мм, которая предназначена для сохранениядиаметральных размеров протяжки при переточках.
Передний угол γкпринимают равным γ, так как при эксплуатации протяжки в результатепереточек затупившихся зубьев происходит постепенный переход калибрующих зубьевв режущие.
Задний угол имеетнебольшую величину αк =1˚30 ±15´ посравнению с режущими зубьями. Это вызвано необходимостью обеспечить медленноеуменьшение диаметральных размеров зубьев при переточках.
/>/>
Рисунок 3.5Стружкоделительные канавки
Задняя направляющаячасть.
Заднюю направляющую частьу фасонных протяжек выполняют цилиндрической. Диаметр задней направляющейчасти, мм:
Dзн = d,
где d –минимальный диаметр отверстия подпротягивание, мм
Dзн = 45 мм, предельное отклонение по f7.
Длину задней направляющейчасти принимаем Lзн = 35 мм.
Диаметры зубьев
Предельное отклонениедиаметра зуба по ГОСТ 164992-70 равно –0.02 мм.
1-секция
Номер
зуба 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Диаметр,
мм 45 45,18 45,36 45,54 45,72 45,9 46,08 46,26 46,44 46,62 46,8 46,98 47,16 47,34
Номер
зуба 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Диаметр,
мм 47,52 47,7 47,88 48,06 48,24 48,42 48,6 48,78 48,96 49,14 49,32 49,5
2-секция
Номер
зуба 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Диаметр,
мм 49,88 50,26 50,64 51,02 51,4 51,78 52,16 52,54 52,92 53,3 53,68
3-секцияНомер зуба 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Диаметр,
мм 54,14 54,6 55,06 55,52 55,98 56,44 56,9 57,36 57,82 58,28 58,55
Калибрующие зубьяНомер зуба 1 2 3 4 5
Диаметр,
мм 58,55 58,55 58,55 58,55 58,55