Тольяттинский государственный университет
Инженерно-педагогический факультет
Кафедра ТМСП
Курсовой проект по
Металлорежущему инструменту
Студент группы Тз 441 Евсеев А.А.
Преподаватель Кузьменко А.Ф.
Тольятти 2001/2002
СодержаниеВведение1. Резец1.1 Задание на проектирование1.1.1 Исходныеданные для проектирования
1.1.2 Проверочный расчет напрочность стержневого резца1.1.3 Выбор формы, размеров режущейпластины1.1.4 Технические условия
1.2 Проектирование составного токарного резца1.2.1 Выбор марки материалаинструмента, материала корпуса и назначение геометрических параметров
1.2.2 Проверочный расчет на прочность2. Фасонный резец
2.1 Общие сведения
3. Резьбонакатные ролики
3.1 Расчет диаметроврезьбонакатных роликов
3.1.1 Наружный диаметррезьбонакатных роликов
3.1.2 Средний диаметр резьбонакатных роликов
3.1.3 Проверочный расчетЛитература
Введение
Курсовоепроектирование по металлорежущим инструментам направлено на развитие творческойактивности студентов и является самостоятельной работой, выполняемой безнепосредственного руководства преподавателя. Им она организуется инаправляется. Задание на курсовое проектирование составных токарных резцовсоставлено таким образом, что работа по его выполнению способствует развитиюпознавательной, проектной и творческой способностей студента. Его деятельностьна отдельных этапах выполнения проекта может носить развивающий, репродуктивныйи творческий характер.
Токарные резцы относятся к металлорежущим инструментам, широкоприменяемым при обработке конструкционных материалов резанием. Составныетокарные резцы, оснащенные металлокерамическим сплавом, и в настоящее времяимеют большое значение не только в единичном, но и в серийном и массовомпроизводствах. Применение этих резцов позволяет значительно увеличиватьскорости резания при точении конструкционных материалов и обрабатывать твердыематериалы.
Настоящее пособие призвано научить студентов, будущихинженеров-педагогов, конструированию составных токарных резцов, и тем самымдать необходимый минимум знаний в области обработки металлов резанием. Выработатьу студентов навыков к самостоятельной работе.
Пособие включает исходные данные для проектирования резцов, теоретическиеосновы проектирования резцов, необходимые справочные данные и пример выполненияработы по проектированию.
стержневойтокарный резец инструмент
1. Резец 1.1 Заданиена проектирование1.1.1 Исходные данные для проектирования
1. Материал обрабатываемой заготовки.
2. Тип резца: проходной, прямойпроходной, проходной отогнутый, канавочный, отрезной — для наружного точения.
3. Форма и размеры сечения державки(корпуса) резца (квадратный или прямоугольный).
4. Вид обработки: чистовая иличерновая.1.1.1. Последовательность проектирования.
1. Выбрать материалрежущей части резца и материал корпуса (державки).
2. Назначитьгеометрические параметры резца, и радиус при вершине резца.
3. Самостоятельноназначить глубину и подачу резания. Глубина резания назначается в зависимостиот вида обработки: чистовая, получистовая, черновая.
4. Выполнить проверочныйрасчет на прочность при изгибе, предварительно найдя по справочнику допускаемоенапряжение при изгибе.
5. Подобрать форму иразмеры пластины металлокерамического сплава и спроектировать гнездо (паз) подпластину.
6. Выполнить рабочийчертеж токарного резца на формате А3 с соблюдением норм и требований ЕСКД.
7. Оформитьпояснительную записку.
Примечание:
· Исходные данные для проектированияприведены в таблице 1.
1.1.2 Проверочный расчет на прочность стержневогорезца
Проверочный расчет на прочность ведут по известной из курса сопротивленияматериалов зависимости/>
(1)
/>
где Ми – изгибающий момент, нм;
Wи – моментсопротивления сечения резца изгибу, мм3.
[sи] – допускаемое напряжение при изгибе.
Расчетрезцов на прочность обычно ведут, исходя из величины силы резания Pz (вн), которая зависит от величины срезаемого слоя стружки и механических свойствобрабатываемого материала [4]:/>
(2) />
гдес – коэффициент; t – глубина резания, мм; s–подача на оборот заготовки,мм/об; x и y – показатели степени.
c = 2000, x = 1,0, y = 0,75.
Шероховатость поверхности принять:при чистовой обработке Rа= 1,25, приполучистовой Rа = 2,5. При назначении подач причистовой и получистовой обработке руководствоваться таблицей 14 главы 4 [2],задаваясь радиусом при вершине резца. Глубину резания для значенияшероховатости Rа = 2,5 принимать t = 0,5…2 мм, а для значения Rа = 1,25 принимать t = 0,1…0,4 мм. При черновом точениипри выборе подачи руководствоваться таблицей 11 главы 4 [2]. При этом выбордиапазона диаметров обработки произволен. Глубину резания выбирать такжепроизвольно в диапазонах от 2 до 3 мм, свыше 3 до 5 мм и свыше 5 до 8 мм.
Поддействием силы Pz резец подвергается изгибу под действием изгибающегомомента:
/>
(3))) где Ми – изгибающий момент, нм;
l – вылет резца,мм.
Обычновылет резца делают l = (1 –1,5) Н
В зависимости от формы поперечного сечения резца момент сопротивленияизгибу определяется по формулам:
дляпрямоугольного сечения
/>
Рис.1. Вылет резца.
для квадратного сечения/>
(4) />
/>
(5) />
длякруглого сечения/>
(6) />
гдеd – диаметр резца круглого сечения.
Примечание.При проектировании и изготовлении резцов прямоугольного сечения принято: дляполучистовой и чистовой обработки — В=1,6 Н, для черновой обработки — В=1,25 Н.
Допускаемоенапряжение при изгибе [sи] для корпусов (с симметричными сечениями) равнонапряжению растяжения или сжатия [sи] = [sр] = [sс]. В свою очередь,напряжение растяжения для реально применяемых сечений и условий работы можетбыть определено применительно к рассматриваемым условиям проектированиястержневых резцов по зависимости [5]:/>
(7)
[sр] = [sи] » 0,48 sТ
гдеsТ – напряжение текучести. 1.1.3 Выбор формы, размеров режущейпластины
Для составного резца, оснащенного твердосплавной (металлокерамической)пластиной, пластина выбирается в зависимости от размеров головки резца илидержавки.
Длярезцов общего назначения (т.е. независимо от переднего угла, выбираемого взависимости от обрабатываемого материала) передний угол gпл. в головке резца следует назначать положительным в пределах 15 – 18°(рис.2).
Длярезцов конкретного применения с целью наиболее полного использования материаларежущей части передний угол в корпусе под пластину следует назначать тойвеличины, которая рекомендуется в зависимости от обрабатываемого материала(Рис.3).
Глубинаврезания h паза под пластину не должна превышать 1/3 высоты державкиН. Толщина пластины выбирается в пределах (0,2 –0,25) Н. Ширина и длинапластины назначаются в зависимости от вида резца (проходной, прямой проходной,канавочный и пр.) и его размеров.
/>
Рис.2.Схема врезания пластины в резцах общего назначения.
Величинасвисания (вылета) пластины за пределы главной и вспомогательной поверхностейкорпуса резца e = (0,1–0,15) s, где s—толщина пластины.
Величинавозвышения передней поверхности твердосплавной пластины на переднейповерхностью корпуса k = (0,25 — 0,36) s.
/>
Рис.3.Схема врезания пластины в резцах специального применения.
Приподборе формы и размеров пластины следует руководствоваться ГОСТ илируководящими материалами Волжского автомобильного завода [1].
Припроектировании паза под пластину необходимо стремиться к тому, чтобы силарезания, действующая на пластину, прижимала ее к стенкам паза.
Маркуматериала твердосплавной пластины следует выбирать, руководствуясьрекомендациями [2,3] и таблицей 1 приложения. Пластину изобразить в виде эскизав пояснительной записке. 1.1.4 Технические условия
Качество инструмента регламентируется государственными стандартами в видетехнических условий (ТУ). ТУ (стандарт СТ СЭВ 1165–78) устанавливают отклоненияна следующие элементы: габариты; основные размеры; посадочные, опорные иустановочные поверхности; режущие элементы.
Отклонения на габариты, как правило, соответствуют отклонениям насвободные размеры. Предельные отклонения высоты державки не должны превышать h11…h12,а ширины —js16. Длина резца должна соответствовать ± IT16. Предельные отклонения от перпендикулярностибоковой поверхности державок к опорной поверхности должны лежать в пределах ± 30¢…± 2° в зависимостиот размеров и формы поперечного сечения и типа резцов. Передние, задние углы иугол наклона главной режущей кромки не должны превышать ± 1°. Углы в плане — не более ± 2°.
Шероховатость рабочих поверхностей (передней, главной и вспомогательнойповерхностей) должна быть не выше 8–9 классов. Шероховатость поверхностейдержавки не более 5—6 классов.
Корпус составного резца следует изготавливать из углеродистых илегированных конструкционных сталей марок 35, 45, 40Х, 40ХГНМ и др. Твердостьпосле закалки должна быть в пределах 40 – 50 HRCэ.
На поверхности резцов не должно быть трещин, следов припоя, такжекоррозии.
1.2 Проектирование составноготокарного резца
Задание.Спроектировать токарный проходной резец.
Исходные данные:
Материал обрабатываемой заготовки – сталь 9ХС.
Главный угол в плане j=80°.
Сечение державки резца 25х25.
Обработка – чистовая. 1.2.1 Выбор марки материалаинструмента, материала корпуса и назначение геометрических параметров
Руководствуясь рекомендациями таблицы 1 приложения настоящегометодического пособия, для условий чистовой обработки стали 9ХС, выбираемтвердый сплав марки Т14К8 из группы Р20 (ИСО). Для чистовой обработкиназначаем: главный задний угол a = 6°, вспомогательный задний угол a1 = 6°, передний угол g = 5°. Вспомогательный угол в плане j1 = 10°, радиус при вершине r = 0,8 мм [2].
Для изготовления корпуса принимаем конструкционную легированную стальмарки 40Х с механическими характеристиками: sb = 900 МПа, sт = 700 МПа.
1.2.2 Проверочный расчет напрочность
1. По таблице [2] назначаем режимы резания:
для чистового точения стали 9ХС —глубина резания t = 2 мм, подачаS = 0,2 мм/об (табл.14 главы 4 [2]).
2. Определяем изгибающий момент:
2.1. Вылет резца принимаем l =1,25 Н =1,25х25 = 31,25 мм./> />
2.2. Рассчитываем силу Pz по формуле (2):
2.3. Определяем изгибающий момент/> />
3. Определяем момент сопротивления изгибу поформуле (4)
Напряжения изгиба, возникающие в державке резца, определяем по формуле(1):/> />
6. Для изготовления корпуса принимаем стальмарки 40Х с механическими свойствами sв = 900 МПа, sТ = 700 МПа [5]. Допускаемое напряжение на изгиб определяем по формуле(7):
2. Фасонный резец
2.1 Общие сведения
Фасонные резцы предназначены для обработки поверхностей деталей, имеющихсложный профиль. Применяются они в массовом, крупносерийном и мелкосерийном, аиногда и в единичном производстве для обработки наружных и внутреннихповерхностей. Фасонные резцы обеспечивают идентичность формы, точность размерови высокую производительность, а также допускают большое количество переточек[1].
По способу крепления фасонные резцы делятся на стержневые, призматическиеи круглые. Стержневые резцы применяются в основном на универсальных токарных итокарно-револьверных станках. По форме державки они похожи на обычные токарныепроходные резцы для наружного точения.
Призматическиерезцы (рис.1) применяются на токарных одно- и многошпиндельных токарныхавтоматах и полуавтоматах с установкой в специальные резцедержатели. Взависимости от направления движения резца к обрабатываемой заготовкепризматические резцы делятся на радиальные и тангенциальные. Радиальные резцыимеют направление подачи по радиусу к обрабатываемой заготовке. Тангенциальныерезцы (рис.3) осуществляют касательное по отношению к фасонной поверхностиобрабатываемой заготовки движение подачи. Чаще всего они используются длячистовой обработки несложных фасонных поверхностей. Для крепления фасонныхпризматических резцов в резцедержателях служит ласточкин хвост. Применяютсяпризматические фасонные резцы только для наружного точения. По сравнению скруглыми резцами они обладают более высокой жесткостью крепления и, какследствие, повышенной точностью изготовления обрабатываемых поверхностей.
а) б)/> /> /> /> /> /> /> />
Рис. 1. Виды установок призматических фасонныхрезцов./> /> /> /> /> /> /> />
а) б)/> />
Рис. 2. Виды установок круглых фасонных резцов.
Рис.3.Установка тангенциального призматического резца.
Рис.4. Установка круглого резца с образующими, расположенными по винтовой линии.
/>
Круглыефасонные резцы (рис.2) применяются для наружного и внутреннего точения натокарных одно- и многошпиндельных автоматах и полуавтоматах. Они делятся надисковые резцы, устанавливаемые на оправках, и хвостовые резцы, закрепляемые захвостовик. Они бывают с кольцевыми образующими фасонных поверхностей, или собразующими, расположенными по винтовой линии (рис.4). Последние резцыприменяются в основном при обработке внутренних фасонных поверхностей. Круглыерезцы по сравнению с призматическими резцами имеют большее количествопереточек.
Дляобеспечения положительных задних углов у резцов на отдельных участках фасонногопрофиля применяется наклонное расположение базы крепления фасонного резцаотносительно оси обрабатываемой заготовки. Оно может обеспечиваться поворотомвокруг осей Y, Z, а также в плоскости крепления призматическогорадиального резца. В последнее время наиболее эффективным является поворотрезца вокруг оси Z (рис.1, б, 2, б).
3. Резьбонакатные ролики
3.1 Расчет диаметров резьбонакатных роликов
3.1.1 Наружный диаметр резьбонакатных роликов
Определениенаружного диаметра резьбонакатных роликов, наиболее важного для тангенциальногоспособа накатывания резьб тангенциальными головками параметра, необходимовыполнять по формулам для предварительного получения результатов и точного.
Предварительнонаружный диаметр роликов определяется по формуле [5]
/> (17)
где:Dp – наружный диаметр роликов;
d3– диаметрзаготовки;
Kp – число заходов резьбы роликов;
d1 – внутренний диаметр резьбы, определяемый из выражения:
/>
d2 min – минимальный средний диаметр резьбы детали;
/>– высота профиля резьбы инструмента.
Точноезначение наружного диаметра роликов может быть определено по формуле [13,14],полученной из условия равенства нулю суммарных осевых перемещений в конценакатывания.
Исходяиз этого условия, расчёт диаметров роликов выполняется по следующей формуле
/> (18)
где/>/>–коэффициент влияния «закручивания» роликов.
/>– среднее значение положения полюса зацепления, может быть выраженозависимостью
/> (19)
где/> – cреднееотклонение линии зацепления от внутреннего диаметра накатываемой резьбы,соответствующее шагу 1мм (таблица 9).
Врезультате расчётов диаметров резьбонакатных роликов для накатыванияостроугольных резьб с различной степенью точности выявлена прямопропорциональная связь [12, 13] между средним значением />характеризующим положениеполюса зацепления, и шагом накатываемой резьбы при заданной высоте головкипрофиля резьбы инструмента (рисунок 8).
/>
Рисунок 8. График зависимости среднего отклонениялинии зацепления от шага резьбы: 1-по ГОСТ 6111-52; 2 — по ГОСТ 16093-81 (4h);3-по ГОСТ 16093-81 (6g); 4- по ГОСТ 4608-81; 5-по СТП 37-101.7504-76.
Таблица 9. Величина среднего отклонения линиизацепления, соответствующая шагу 1мм, для различных типов и классов точностирезьбы, мм.Стандарт на резьбу
Расчётная
высота
/>
Среднее
значение
/>
Стандарт
на резьбу
Расчетная
высота
/>
Среднее
значение
/>
ГОСТ 16093-81
4h
6g 0,325 Р
0,131
0,134
СТП (ВАЗ)
37.101.7502-75 0,325 Р 0,111
ГОСТ 4608-81
Т0 Т02 0,325 Р
0,108
0,109 ГОСТ 6211-69 0,320 Р 0,118 СТП 37.101.7504-76 0,27063 Р 0,093 ГОСТ 6111-52 0,38058 Р 0,227
3.1.2 Среднийдиаметр резьбонакатных роликов
Среднийдиаметр резьбы роликов определяется по формуле:
/> (20)
где:/> – максимальная высотаголовки профиля резьбы инструмента;
d2 max – максимальный средний диаметр резьбы детали.
3.1.3 Проверочный расчет
Проверочныйрасчет включает выяснение возможности накатывания заданной детали по размерувыступающей части заготовки диаметром Dв, которая может разместитьсямежду кронштейнами 9 резьбонакатной головки (рисунок 9), при этом выполняютсяследующие операции:
а)определяется фактическое межосевое расстояние Аф между роликами:
/> (21)
где:d2 max– наибольший средний диаметр резьбы детали.
б) определяется допустимая величина диаметра В выступающей частизаготовки между кронштейнами 9 (рисунок 9)
/> (22)
где:D = 0,8 мм –минимально-допустимый зазор между поверхностью выступающей части заготовки икронштейном,
R = 11,1 мм (мод. В 13) – радиус закругления кронштейна.
Для того, чтобы процесс накатывания был возможен необходимо выдержатьнеравенство:
Dв £ В
Еслиокажется, что Dв>В, тонеобходимо принять большее из возможных значений К и повторить расчет диаметра DР. Если и это не принесет желаемого результата, тонеобходимо или изменить технологию изготовления детали (если возможно), илинакатывать резьбу на детали резьбонакатной головкой большего типоразмера.
/>
Рисунок9. Схема конструктивных параметров резьбонакатной головки
Литература
1. Режущий инструмент, применяемыйдля прогрессивного технологического оборудования на Волжском автомобильномзаводе: Каталог / филиал НИИНавтопрома;
2. Справочник технологамашиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. —4-е изд., перераб. и доп.—М.: Машиностроение, 1985. – 496 с.
3. Лекции для студентов ИПФ пометаллорежущему инструменту.
4. Пронников А.С. Расчет иконструирование металлорежущих станков. Изд.2-е. «Высшая школа», 1968. – с. 431
5. Краткий справочникмашиностроителя. /Под ред. С.А. Чернавского. – М.: Машиностроение, 1966. – 797с.