Проектирование металлорежущих инструментов

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ  
ИНСТРУМЕНТОВ

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТЯЖКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЯ С ДВУМЯ ШПОНКАМИ 3

1.1. Исходные данные 3

1.2. Определение диаметра отверстия в заготовке 4

1.3. Определение подачи на зуб 4

σ =500-750 Н/мм² 4

1.4. Определение шага режущих зубьев 4

1.5. Определение глубины стружечных канавок 4

1.6. Выбор величины переднего угла 5

1.7. Выбор величины задних углов 5

1.8. Определение размеров профиля стружечных канавок 5

1.9. Выбор размеров хвостовика 6

1.10. Определение силы резания 6

1.11. Проверка протяжки на прочность 6

1.12. Определение номинального диаметра калибрующих зубьев d_k 7

1.13. Назначение предельных отклонений на диаметр калибрующих зубьев 7

d_k=34.029_-0.15 7

1.14. Количество калибрующих зубьев 7

1.15. Заполнение таблицы диаметров зубьев протяжки 7

1.16. Шаг калибрующих зубьев 7

1.17. Форма, размеры, количество и расположение стружкоделительных канавок 8

1.18. Размеры передней направляющей 8

1.19. Размеры направляющего конуса 8

1.20. Размеры задней направляющей 9

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ 10

2.1. Исходные данные 10

2.2. Расчетные размеры шлицевого вала 11

2.3. Радиус и координаты центра заменяющей окружности 12

2.4. Расчет остальных размеров профиля фрезы 13

2.5. Определение остальных размеров фрезы 14

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАСОННОГО РЕЗЦА 16

3.1. Исходные данные 16

3.2. Расчетная схема 17

3.3. Основные размеры резца 18

3.4. Выбор переднего угла 19

3.5. Выбор заднего угла 19

3.6. Определение угла скоса передней поверхности 19

3.7. Коррекционный расчет профиля резца 20

ЛИТЕРАТУРА 22

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТЯЖКИ  ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЯ С ДВУМЯ ШПОНКАМИ

1.1. Исходные данные

Спроектировать  протяжку для обработки отверстия с двумя шпонками. Размеры:

Ширина отверстия S₀ = 30 мм. Допуск – Н12. Для него нижнее предельное отклонение равно нулю, верхнее + 0,21 мм.

Длина протягиваемого отверстия L = 32 мм.

Материал  детали – сталь 710

Профиль отверстия  показан на рисунке 1

 

 

 

Рис.1. Профиль готового отверстия.

1.2. Определение диаметра отверстия в заготовке

Диаметр отверстия  в заготовке, подготовленной под  протягивание отверстия с двумя шпонками, рассчитывается по формуле:

d₀ = S₀ = 30 мм

1.3. Определение подачи на зуб

Величина  подачи на зуб выбирается по таблице (табл.1.2) в соответствии с типом  зубьев протяжки и материалом заготовки.

σ =500-750 Н/мм²

а=0,025-0,03

1.4. Определение шага режущих зубьев

Предварительно  шаг режущих зубьев определяют по формуле:

 

где L – длина протягиваемого отверстия, мм

Тогда:

 

Максимальное  число одновременно работающих зубьев:

 

Величина Z_max округлена в большую сторону и соответствует условию:

2 < Z_max ≤ 6

2 < 4 ≤ 6

Уточнение шага зубьев:

 

Величину t округляем в большую сторону кратно 0,5 и окончательно принимаем:

t = 8,5 мм

1.5. Определение глубины стружечных канавок

Глубина стружечных канавок h выбирается выбирается кратной 0,5 мм из интервала h = (0,38…0,45)t

h_max = 0,45·t = 0,5·8,5 = 4,5 мм

Выбранную величину h следует проверить по условию  размещения стружки в стружечных канавках с учетом величины подачи на зуб предпоследней ступени , где К – коэффициент наполнения стружечных канавок (К = 3,5).

 

Окончательно  принимаем

h = 1,89мм

1.6. Выбор величины переднего угла

Передние  углы γ всех зубьев протяжки выбираются в зависимости от материала заготовки.

γ = 10⁰

1.7. Выбор величины задних углов

Устанавливаются следующие задние углы зубьев протяжки:

- режущих  зубьев α = 3⁰

- у двух  последних режущих зубьев α = 2⁰

- у калибрующих  зубьев α = 1⁰

1.8. Определение размеров профиля стружечных канавок

Номинальный размер S_n (S’_n) по лыскам и по дну пазов протяжки вычисляется по формуле:

S_n =(S’_n) = S_max – δ,

где S_max–наибольший предельный размер между шпонками отверстия детали

δ – величина разбивки отверстия

S_n = 30 – 0,01 = 29,99 мм

Веерхнее  предельное отклонение принимается  равным нулю, нижнее – выбирается в  пределах 1/4 до 1/3 величины допуска на размер S детали со знаком «минус»

S_n = 29,99_-0,07

Номинальная ширина паза b_n на зубьях протяжки определяется по формуле b_n=b_min+ δ’=10+0,015=10,015

С целью уменьшения трения на лысках зубьев выполняется задний угол 1⁰, который располагается позади ленточек шириной 0,8 мм.

Диаметр зуба на котором кончается лыска и  начинается паз:

 

1.9. Выбор размеров хвостовика

Размеры хвостовика выбираем по ГОСТ 4044 – 70. Выбираем хвостовик  с наибольшими размерами, но удовлетворяющий  условию d₁ ≤ d₀

d1=28мм              l1=160                    r1=0.3

d2=22                      l2=25              r2=1.0   

d4=28                      l3=25                      c=1.0

                                 l4=16             Площадь сечения d2=380 мм²

                                 l6=140      

1.10. Определение силы резания

Сила резания  рассчитывается по формуле:

P_ш = C_p a^x d₀π Z_max K_γ K_c K_и,

где С_р –постоянная величина, зависящая от свойств обрабатываемого материала

x – показатель степени при величине подачи

Z_max – максимальное число одновременно работающих зубьев

K_γ K_c K_и – поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние переднего угла, состава СОЖ, степени износа зубьев

Тогда сила резания:

P_ш = 2260·0,025^0,85·30·3,14·4 = 37023 Н

1.11. Проверка протяжки на прочность

Условие прочности  протяжки:

 

где F_min – площадь опасного сечения, мм

[σ] – допускаемое напряжение

 

 

Условие прочности:

 

97 Н/мм² < 350 Н/мм²

Условие прочности  выполняется.

1.12. Определение номинального диаметра калибрующих зубьев d_k

d_k=D_max- δ=34.039-0.01=34.029

1.13. Назначение предельных отклонений  на диаметр калибрующих зубьев

d_k=34.029_-0.15

1.14. Количество калибрующих зубьев

Количество  калибрующих зубьев Z_к выбирается в зависимости от точности обрабатываемой поверхности

Z_к = 7

1.15. Заполнение таблицы диаметров  зубьев протяжки

Предельные  отклонения назначены в зависимости  от выбранной величины подачи на зуб.

Значения  диаметров зубьев для каждой ступени  занесены в таблицу 3.

 

Таблица 3. – Диаметры зубьев протяжки

1.16. Шаг калибрующих зубьев

Шаг калибрующих  зубьев t_к принимается равным шагу режущих зубьев.

t_к = 0,8*8,5=6,8 мм

1.17. Форма, размеры, количество и расположение стружкоделительных канавок

Стружкоделительные  канавки служат для разделения срезаемого слоя по ширине и выполняются на всех участках режущих кромок длиной более 6 мм.

Примем угловую  форму расположения стружкоделительных канавок.

Угол профиля:

θ = 90⁰

Ширина канавки:

m = 1 мм

Радиус дна  канавки:

r_c = 0,3 мм

Шаг:

t_c = 8 мм

 

Zc=3.14*34/8=14

На прерывистых  кромках канавки следует располагать  на расстоянии не менее 2 мм и не более 8 мм от края кромки.

Канавки располагаются  в шахматном порядке. На калибрующих  зубьях и на последнем режущем  зубе канавки не выполняются.

1.18. Размеры передней направляющей

Диаметр передней направляющей принимается равным диаметру отверстия в заготовке d_пн = d₀, а допуск диаметра передней направляющей по f7

d_пн =

Длина передней направляющей принимается равной длине  протягиваемого отверстия:

l_пн = 32 мм

1.19. Размеры направляющего конуса

Угол конуса:

φ_нк = 10⁰

Длина направляющего  конуса определяется по формуле:

 

1.20. Размеры задней направляющей

Длина задней направляющей

l_зн = 32 мм

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧЕРВЯЧНОЙ  ФРЕЗЫ

2.1. Исходные данные

Спроектировать  червячную фрезу для нарезания  шлицев на шлицевом валу.

Размеры шлицевого  вала:

а) Центрируемый диаметр – D

б) число шлицев n = 8

в) малый диаметр d = 54а11 =

г) наружный диаметр D = 60f9 =

д) ширина шлица b = 10h9 =

е) фаска С = 0,7 мм

Профиль шлицевого  вала с указанием исходных размеров приведен на рис. 2

 

Рис. 2. Профиль  шлицевого вала

 

2.2. Расчетные размеры шлицевого вала

Расчетный наружный диаметр:

D_p = D_max – 2C,

где D_max – наибольший предельный размер наружного диаметра, мм

С – размер фаски, мм

D_p = 59,97 - 2·0,7 = 58,57 мм

 

Расчетный малый  диаметр:

d_p = d_min + 0,25Td,

где d_min – наименьший предельный размер малого диаметра, мм

Td – допуск на изготовление малого диаметра, мм

d_p = 53,47 + 0,25·0,34 = 54,06 мм

 

Расчетная ширина шлица:

b_p = b_min + 0,25·Tb,

где b_min – наименьший предельный размер (ширина) шлица, мм

Tb – допуск на ширину шлица, мм

b_p = 9,965 + 0,25·0,035 = 10,25 мм

 

Диаметр начальной  окружности:

 

 

Радиус начальной  окружности:

 

Синус угла профиля:

 

Угол профиля  шлицев:

2.3. Радиус и координаты центра заменяющей окружности

Высота профиля  фрезы (расчетная высота профиля  шлица):

 

 

Ординаты  точек А₁ и А₂:

Y₁ = 0,45h = 0,45·1,916 = 0,8625 мм

Y₂ = 0,9h = 0,9·1,916 = 1,725 мм

 

Углы поворота заготовки вала φ₁ и φ₂ в радианах при соответствующих ординатах Y₁ и Y₂:

 

 

 

 

 

Абсциссы  точек А₁ и А₂:

 

 

 

Абсцисса  центра заменяющей окружности:

 

 

 

Радиус центра заменяющей окружности:

2.4. Расчет остальных размеров профиля фрезы

При фрезеровании шлицевого вала червячной фрезой у основания шлица образуются так называемые переходные кривые, т.е. боковая поверхность шлица  сопрягается с малой цилиндрической поверхностью обрабатываемого шлицевого  вала по плавной кривой (галтели)

Шаг витков по нормали:

 

 

Толщина зуба фрезы по начальной прямой:

 

 

Высота кривого  участка профиля:

 

 

Общая высота профиля:

h₀ = h₁ + h_y+C + 2 = 2,255 + 0,503 + 0,7+2 = 5,458 мм

 

Критический укол α_к:

 

 

Угол профиля  шлица у его основания:

 

Высота усика:

hy=RH  sinαk (sinαk-sin)-h=28,946   sin20.97   (sin20.97-sin0.19)-1.916=1.71

Ширина канавки  по дну впадины:

V = P – S – 2C = 22,723 – 12,475 - 2·0,7 = 8,5 мм

 

Угол усика β=45⁰

2.5. Определение остальных размеров фрезы

 

 

Диаметр расточки:

d₁ = d₀ + 1 = 33 мм

Длина фрезы:

 

 

L =1,2 110=130 мм

 

Длина расточки:

l = L/3 = 132/3 = 44 мм

 

Число винтовых стружечных канавок Z = 14

 

Величина  затылования шлифованной части зуба:

 

где α = 10⁰ – задний угол на вершине зуба

 

Величина  дополнительного затылования:

К₁ = 1,3К = 1,3·4 = 5,2 мм

 

Длина шлифованной  части зуба:

С_ш = Р_окр/3 = 4/3 = 1,33 мм

 

Окружной  шаг зубьев:

 

Угол профиля  стружечной канавки δ = 22⁰

Радиус дна  стружечной канавки r = 2 мм

Глубина стружечной канавки:

 

 

Средний расчетный  диаметр:

D_ср = D_ЕИ - 2·(h+h_y) – 0,25К =110 – 2(1.916+1.71) – 0,25·4 = 102.75 мм

Угол подъема витков профиля τ на среднем расчетном диаметре:

 

 

Шаг витков по оси фрезы:

 

 

Шаг винтовых стружечных канавок:

Т = Р_о  ctg²τ = 22,79·ctg²(4,04) =4569 мм

 

Угол наклона  винтовых стружечных канавок на среднем расчетном диаметре:

 

 

Размеры шпоночного паза:

B × H = 10 × 8  

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАСОННОГО  РЕЗЦА

3.1. Исходные данные

Спроектировать  фасонный резец для обработки  заданной детали (рис. 3)

Тип резца  – призматический

Материал  обрабатываемой детали – сталь σ=580 Н/мм²

 

Рис. 3. Размеры  детали

 

3.2. Расчетная схема

Приводим  расчетную схему для определения  размеров профиля резца на рис.4. Для этого обозначаем все точки  профиля детали, причем ближайшую  к оси точку обозначим цифрой 0.От базового торца (правого) откладываем  все линейные размеры, находя их как  среднее арифметическое между наибольшим и наименьшим значением. Проставляем  для каждой точки расчетные радиусы, находя их по формуле:

 

где d_max и d_min – соответственно наибольший и наименьший предельные диаметры i-й точки

 

 

Рис. 4. Профиль  детали 

Найдем размеры  детали:

r₀ = 13,97 мм

r₁ = 18,12 мм

r₂ = 20,37 мм

r₃ = 21,57 мм

r₄ = 21,97 мм

r₅=21.76 мм

r₆=21,16мм

r₇=20,26 мм

r₈=18,96 мм

Определим длины l:

l₀ = 2,96 мм