Проектирование фасонного резца, долбяка, протяжки для обработки отверстий

1. Проектирование фасонного резца

1.1 Общие положения о фасонном резце

1.2 Расчет профиля фасонного резца

1.3 Расчет круглого фасонного резца

2. Проектирование долбяка

2.1 Расчет долбяков для нарезания прямозубых колес внешнего зацепления:

2.1.1 Определить конструктивные размеры элементов долбяка

2.1.2 Определение величины смещения выходного перереза

2.1.3 Определение размеров зубца долбяка

2.1.4 Определение габаритных размеров и размеров посадочных мест долбяка. Диаметр круга выступов долбяка в выходном сечении

2.1.5 Выбор геометрических параметров режущей части

3. Проектирование протяжки для обработки отверстий

3.1 Общая схема расчета протяжки для отверстия Литература

1. Проектирование фасонного резца

Дано: d1=100 мм, d2= 115e8 мм, d3=110 мм, d4= 105 мм, d5= 98 мм, l1= 10 мм,

l2=20 мм, l3= 55 мм, Материал, механические свойства — ЛС 59−1Т, НВ 110

1.1 Общие положения о фасонном резце

Фасонные резцы применяются для обработки поверхностей сложного профиля на станках токарной группы и реже па строгальных (долбежных) станках в условиях серийного и массового производства. Как правило, они являются специальными инструментами, предназначенными для обработки одной детали. Преимущества фасонных резцов — строгая идентичность обработанных деталей, большой срок службы, высокая общая и размерная стойкость, совмещение предварительной и окончательной обработки, простота установки и наладки на станке — делают их незаменимыми в автоматизированном производстве, особенно на токарных автоматах.

Фасонные резцы классифицируют по нескольким признакам:

— по типу станка — токарные, автоматные, строгальные (долбежные);

— по форме тела резца — круглые (дисковые), призматические, стержневые. Реже применяются винтовые и улиточные резцы;

— по положению передней плоскости резца — с обычной заточкой и с боковой заточкой;

— по положению базовой поверхности резца (оси посадочного отверстия у круглых или опорной плоскости у призматических) относительно оси детали — резцы обычной установки и резцы особой установки. Последние, в свою очередь, могут быть с базой, развернутой в горизонтальной плоскости на угол ш, и с боковым наклоном корпуса (обычно призматические резцы) — рис.3;

— по виду обрабатываемой поверхности — наружные, внутренние, торцовые. Последние могут бить как наружные с базой, развернутой на угол ш = 90°;

— по направлению подачи — с радиальной и тангенциальной подачей (соответственно радиальные и тангенциальные резцы) — тангенциальные резцы;

— по конструкции, способу соединения режущей части и корпуса, материалу режущей части: насадные и хвостовые (круглые); цельные, сварные, паяные; быстрорежущие и твердосплавные.

Рис. 1 Схема расположения координатных аразмеров круглого фасонного резца

1.2 Расчет профиля фасонного резца

1) hu= r1*sin г1= 50*0.2= 10;

2) A1= r1*cos г1= 50*0.98= 49;

3) е1= г1+б1=12+0=12;

4) Hp= R1*sin е1= 50*0.2= 25;

5) b1= R1*cos е1= 50*0.98=49

6) sin г1= hu/ri;

sin г1=10.19/50=0.2038

sin г2=10.19/57.3=0.177

sin г3=10.19/55=0.185

sin г4=10.19/52.5=0.194

sin г5=10.19/49=0.208

7) Ai=ri*cos гi;

A1=r1*cos г1=50*0.98=49

A2=r2*cos г2=57.5*0.98=56.35

A3=r3*cos г3=55*0.98=53.9

A4=r4*cos г4=52.5−0.98=51.45

A5=r5*cos г5=49*0.98=48.02

8) Ci==Ai-A1;

C1==A1-A1=49−49=0;

C2==A2-A1=56.35−49=7.35

C3==A3-A1=53.9−49=4.9

C4==A4-A1=51.45−49=2.45

C5==A5-A1=48.02−49=1.02

9) Bi=B1-Ci;

B1=B1-C1=49−0=49

B2=B1-C2=49−7.35=41.65

B3=B1-C2=49−4.9=44.1

B4=B1-C2=49−2.45=46.55

B5=B1-C2=49−1.02=47.98

10) tg еi=Hp/Bi;

tg е1=Hp/B1=25/49=0.51

tg е2=Hp/B2=25/41.65=0.6

tg е3=Hp/B3=25/44.1=0.57

tg е4=Hp/B4=25/46.55=0.54

tg е5=Hp/B5=25/47.98=0.521

11) Ri=Hp/sin еi;

R1=Hp/sin е1=25/0.2=50

R2=Hp/sin е2=25/0.217=46.1

R3=Hp/sin е3=25/0.21=47.62

R4=Hp/sin е4=25/0.206=48.54

R5=Hp/sin е5=25/0.202=49.5

12) ti=R1-Ri;

t1=R1-R1=50−50=0

t2=R1-R2=50−46.1=3.9

t3=R1-R3=50−47.62=2.38

t4=R1-R4=50−48.54=1.46

t5=R1-R5=50−49.5=0.5

1.3 Расчет круглого фасонного резца

2. Проектирование долбяка

Долбяк — металлорежущий инструмент для нарезания зубьев прямозубых и косозубых зубчатых колёс наружного и внутреннего зацепления, зубчатых венцов шевронных колёс с канавкой и без неё, зубчатых колёс блоков, зубчатых колёс с выступающими фланцами, ограничивающими свободный выход инструмента и зубчатых реек. Д. имеет вид зубчатого колеса, снабжённого режущими элементами с соответствующей заточкой; изготовляется из быстрорежущей стали. Д. бывают 5 типов (рис.).

Д. делятся на три класса: АА предназначается для обработки зубчатых колёс 6-й степени точности, А — 7-й и Б — 8-й. При нарезании зубьев Д. и обрабатываемая заготовка обкатываются по начальным окружностям без скольжения. Кроме вращения, Д. движется возвратно-поступательно вдоль оси заготовки, а также поступательно в радиальном направлении на величину высоты зуба (или её части) нарезаемого колеса. Срезание стружки происходит при движении Д. вниз (рабочий ход); обратный ход холостой.

Рис. 2 Долбяки: а — тип I (дисковые прямозубые с диаметрами 75, 100, 125, 160 и 220 мм); б — тип II (дисковые косозубые с диаметром 100 мм); в — тип III (чашечные прямозубые с диаметрами 50, 75, 100 и 125 мм); г — тип IV (хвостовые прямозубые с диаметрами 25, 38 мм); д — тип V (хвостовые косозубые с диаметром 38 мм и углами наклона 15° и 23°).

2.1 Расчет долбяков для нарезания прямозубых колес внешнего зацепления

Данные для расчета долбяков: число зубьев малого и соответственно большого колес z1=34 и z2=48, модуль m=2,25, угол зацепления б, коэффициент головки зубца, степень точности и вид сопряжения колес /ГОСТ 1643−72/.

При расчете долбяка необходимо найти конструктивные меры элементов долбяка, углы резания, размеры зубцов на выходном и торцевом перерезах и выполнить проверочные расчеты.

2.1.1 Определить конструктивные размеры элементов долбяка Определение числа зубьев долбяка:

Zu=dдном/m= 100/2.25=40

где dдномноминальный диаметр делительного круга долбяка.

2.1.2 Определение величины смещения выходного перереза При нарезании зубцов колеса долбяком имитируется зацепление двух колес. В следствии этого в плоскости делительного круга сечения зубцов долбяка должен иметь размеры, соответственно размерам зубцов изготовляемого колеса.

В результате смещения, а выходного сечения а=оumax*m/tgбb= 0.5*2.25/0.1051=10.7

2.1.3 Определение размеров зубца долбяка Размер зубца долбяка определяется в выходном и торцевом сечении/для контроля размеров зубца после изготовления долбяка/.

В выходном перерезе:

m?2.5 высота головки зубца h`u=1.25m=1.25*2.25=2.8125,

высота ножки зубца h``u=1.25m=1.25*2.25=2.8125;

толщина зубца Sgu=рm-Sg1=3,14*2,25−3,83=3,235,

где Sg1-толщина зубца нарезания колеса,

Sg1= рm/2−2Ане* tgб +2×1*m* tgб= 3,14*2−2*0,13*0,364=3,83,

где Ане-наименьшее положительное смещение выходного контура

x1-коэффициент смещения выходного контура малого колеса.

На чертеже долбяка обозначают размеры зубцов долбяка в торцевом сечении. Они являются проекцией передней поверхности зубца на торцевую площадь. Высота головки зубца:

h`u1= h`u+x= h`u+a* tgбb=2.8125+10.7*0.1051=3.9371

В торцевой плоскости, шаг зубцов долбяка больше нормального, а за выходной плоскостью — немного меньше. При средних значениях величина б/приблизительно 5 мм/ смена в шаге зубцов от 0,01 до 0,05, еще не приводит до ощутимого перекручения точности колес. При изготовлении больше точных колес величину б уменьшают.

Толщина зубца по дуге делительного круга в торцевой плоскости определяется из уравнения:

Sguт= Sgu+2а*tgбb* tgбg=3,235+21,4*0,1051*0,364=4,054 мм

2.1.4 Определение габаритных размеров и размеров посадочных мест долбяка. Диаметр круга выступов долбяка в выходном сечении

d`ao=dgu+ 2h`u= 100+2*2.8125=105.625

Диаметр круга выступов нового долбяка в торчевом сечении

dao= dgu- 2h``u=100+3,9371=103,9371

Диаметр круга впадин

d`f0= dgu-2h``u=100−2*2,8125=94,375

Высота долбяка

H=21.4+4.6=26 мм

2.1.5 Выбор геометрических параметров режущей части У долбяков необходимо различать задние и передние углы на вершине зубца и на боковых участках. Эти углы рассматриваются в резных сечениях.

Принимаем передний угол г=5є, задний бb=6 є

Боковой задний угол определяется с выражения

tgбб= tgбb*sinбN=0.1050*0.345=0.3 625

На делительном цилиндре

tg`бб= tgбb* tgбN=2.076

Подсчет ведется с точностью до 0,1, а полученые величины tgбб и tg`бб округляют до 1``. На величину бб поворачивается шлифовальная головка станка. Значение бб заносится в чертеж долбяка.

В наведенных формулах бN — фактический угол профиля долбяка с учетом искривления от наличия переднего угла г и заднего угла бb.

tgбN=tgб/1- tgбb*tgг=0.364/1−0.1051*0.09=0.367 476

бN=20,177 є

Подсчет ведется с точностью до 0,1, а полученые величины tgбN округляют до 1``. Передний угол г для чистовых долбяков у вершины зубцов, как правило, берется 5є, для черновых — г = 10 є

Боковой задний угол на делительном

tg`бб= tgбb* tgбN=0,1051*0,3674=0,3 861

tg`бб=2є12`40``

Увеличение боковых передних углов возможно из-за изменения угла профиля /от теоретического/ на ножке и головке. При этом профиль будет больше опуклый.

фасонный резец долбяк протяжка

3. Проектирование протяжки для обработки отверстий

Протяжка — многолезвийный инструмент с рядом последовательно выступающих одно над другим лезвий в направлении, перпендикулярном к направлению скорости главного движения, предназначенный для обработки при поступательном или вращательном главном движении лезвия и отсутствии движения подачи.

В зависимости от вида протягиваниянаружного или внутреннего — различают, соответственно, наружные и внутренние протяжки.

Протяжки позволяют обрабатывать фасонные поверхности. Форма поверхностей, на практике протягиваемых чаще других, является одним из критериев классификации протяжек, то есть принято протяжки разделять на шпоночные, круглые, шлицевые, квадратные и т. д. Если же за один рабочий ход протягивается ряд типовых поверхностей, то осуществляющая его протяжка является комбинированной.

В соответствии со схемами резания при протягивании различают протяжки профильной (обычной), генераторной (ступенчатой) и групповой (прогрессивной) схем резания.

Разновидностью протяжного инструмента являются прошивки, применяемые для обработки отверстий, пазов и других поверхностей. В отличие от протяжки, работающей на растяжение, прошивка работает на сжатие и продольный изгиб. Для прошивания отверстий применяют механические и гидравлические прессы.

Существуют и другие виды протяжек. Так, в силу того, что протяжка является режущим инструментом, некоторые классификационные признаки режущего инструмента вообще могут быть в частности положены и в основу классификации протяжек. Например, как многие виды режущего инструмента, протяжки бывают цельными и сборными.

3.1 Общая схема расчета протяжки для отверстия

Дано: диаметр отверстия D=50 мм, квалитет 8, длинна протяжки протяжки l=75мм, материал чугун СЧ 25.

Расчет ведется по следующей схеме Устанавливается припуск под протягивание. При протягивании отверстий приходится иметь дело с собственным припуском и тем избыточным слоем металла, который остается на участках профиля, обычно не подвергаемых предварительно обработке.

Примером собственно припуска на обработку может являться слой металла, который остается после предварительной обработке сверлом или другим соответствующим инструментом цилиндрического отверстия, протягиваемого в дальнейшем круглой протяжкой. Толщина этого слоя является более или менее равномерной по своему профилю отверстия, как это показано на рисунке 3, а.

Рис. 3 Припуски на протягивание отверстий Примером избыточного слоя, или как его иногда называют «избытком», является та часть металла, которая остается после сверления в канавках шлицевого (рис. 3, б) и квадратного (рис. 3, в) отверстий.

Поскольку как собственно припуск так избыточный слой металла удаляется при протягивании, то в дальнейшем будет применятся только один термин — припуск на протягивание.

При обработке отверстий вообще и при протягивании их, в частности, наряду с припуском на обрабатываемую поверхность или припуском «на сторону», который будет в дальнейшем обозначать буквой, А (рис. 3), пользуются также термином «припуск на диаметр», обозначаемый буквой Ао. Очевидно, что Ао=2А=1,2.

Наименьший диаметр предварительного отверстия

Do=D-Ao=50−1.2=48.8 мм, где D — диаметр окончательного отверстия в детали (принимается по своему минимуму для отверстия 7 и 8-го квалитета точности и по максимальному значению для отверстий II-го и более грубых квалитетов).

Номинальный диаметр сверла или зенкера подсчитывается по формуле:

dин= Do+ак=48.8+0.2=49 мм где dин — номинальный диаметр сверла или зенкера;

Do — наименьший диаметр предварительного отверстия;

ак — допуск, учитывающий уменьшение диаметра сверла или зенкера при переточках в следствии наличия обратного конуса по наружному диаметру;

Диаметр последнего режущего зуба, равный диаметру калибрующих зубьев, определяется по формуле:

dn=Dk=Dмакс±д=50.012−0.016=49.996 мм, где Dk — диаметр калибрующих зубьев;

д — остаточная деформация отверстия (при протягивании толстостенных деталей отверстия «разбиваются», в этом случае д = 0.005+0.01 мм берется со знаком минусом, протягивание тонкостенных деталей сопровождаются «усадкой» отверстия, где перед д ставится знак плюс).

Суммарный подъем зубьев протяжки:

?¦d=dn-Do=49.996−48.8=1.196 мм Подача на зуб Sz выбирается по табл.

Sz=0.03−0.08

Предварительный шаг режущих зубьев устанавливается в зависимости от схемы резания, по формуле:

T = (1.25−1.5)vl=10.75 для одинарной, где l — длинна протягиваемого отверстия.

Полученное значение t необходимо округлить до кратного 0.5.

Наибольшее количество одновременно работающих зубьев

Zi=l/t+1=74/10.75+1?8

Zi — должно быть не менее 3. Берется целая часть результата, т. е. если результат получится 5.65, то необходимо принимать 5.

Наименьший шаг при выбранном Zi:

t`=l/ Zi-0.1=74/8−0.1=9.4

Полученное значение t` необходимо округлить до ближайшего числа, кратного 0.5, это будет окончательно принятый шаг t.

Форма стружечной канавки выбирается по табл. 2 для принятого окончательного шага Рис. 4. Профиль зубьев протяжки Коэффициент заполнения стружечной канавки

K?Fa/Fc=12.6/5.18=2.24

где Fa — активная часть площади канавки протяжки

Fc=Szl=0.07*74=5.18 — площадь продольного сечения срезаемого слоя.

Величина переднего угла выбирается в зависимости от обрабатываемого материала:

Чугун св. НВ>150; бронза, свинцовая латунь — передний угол г=5є

Задний угол б на черновых зубьях принимается равный 3є

Выбираем размеры хвостовика Тип хвостовика принимается по ГОСТ 4044–81. Dx — диаметр хвостовика принимается по ближайшему меньшему значению, предварительно обработанному отверстию Do. Протяжка может быть изготовлена с двумя хвостовиками.

Наибольшая величина силы протягивания определяется по следующей формуле:

Рмакс=Ср*Sz*D*Zi*Kг*Ku*Kc= 300*0.08*50*8*1.1*1*1=10 560

где D — диаметр протягиваемого отверстия;

Ср — постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и формы протяжки;

Sz — подача на зуб или подъем зубцов на сторону в мм;

Zi — наибольшее количество одновременно работающих зубцов;

Kг, Ku, Kc — поправочные коэффициенты, характеризующие влияние переднего угла, состава смазочно-охлаждающей жидкости и степени износа зубцов протяжки, посредством которых корректируется значение Рмакс в тех случаях, когда условия протягивания отличны от условий, при которых были определены значения Ср.

Определяется площадь поперечного сечения по первой стружечной канавке F1, по формуле:

F1=р (d1−2ho)2/4=3.13(49.996−8)2/4=3.13*41.96/4=1384.5,

где d1 — диаметр первого зуба.

Проверка протяжки на прочность производится по наименьшему сечению протяжки (желательно, что бы наименьшее поперечное сечение приходилось на хвостовик Fx) по уравнению:

у = Рмакс/Fмин?[ у ]

у = 10 560/1384,5=7.63?[ у ]

где Рмакс — наибольшее усилие резания при протягивании, которое не должно превышать тягового усилия протяжного станка;

[у] - допустимое напряжение в материале протяжки хвостовика 25 кгс/мм2 (250 МН/м2), а на режущей части 300 — 350 МН/м2.

Количество режущих зубьев:

Zp = ?¦d/2Sz+(2−3)=1.196/2*0.03+2=22

где 2+3 — учитывает первый и переходные зубья;

?¦d — суммарный подъем протяжки, определяемый зависимостью Полученное значение округляется до ближайшего целого числа.

Длина режущей части:

l5=tp*Zp=9.4*22=206 мм Количество и размеры стружко-делительных канавок (рис. 5.) принимаются по табл.

Рис. 5 Стружко-делительные канавки

hk=24,

Sk=1−1.2,

hk=0.7−0.8,

Z=0.3−0.4

Шаг калибрующих зубьев:

tk=(0.6−0.7)tp=0.6*9.4=5.64

У протяжек, предназначенных для обработки отверстий II квалитетов и более грубых квалитетов, а также в том случае, когда Zi< 3 принимается шаг калибрующих зубьев равным шагу режущих, тогда: tk= tp.

Передний угол на калибрующей части гк выбирается такой же, как и у режущих зубьев, а задний угол -1є-30`.

Цилиндрическая ленточка на вершинах калибрующих зубьев: fk=0.2мм.

Длина калибрующей части :

lk=tk*Zk=5.64*8=45 мм Допуск на калибрующие зубья принимаются равным 1/3−1/5 допуска на протягиваемое отверстие (со знаком минус).

Диаметр передней направляющей части D4=Dk отклонением посадки е8.

Длина передней направляющей части l (но не менее 40 мм)

l4=l1=40 мм, где l — длинна детали.

Диаметр заднего направления D7=Dk с отклонением посадки 8е

l7=(0.5−0.7)*l=0.5*40=20 мм Диаметр переходного конуса (меньший)

D3=Dx,

где Dx — диаметр хвостовика Длина переходного конуса l3=10−25 мм.

Рис. 6. Исходное положение протяжки Длина протяжки до переднего зуба ln (рис. 2.5) рассчитывается по формуле:

ln=l1+l2+lc+lk+lg=40+10+90+40=180,

где l1 — длинна хвостовика в мм;

l2 — зазор между патроном и стенкой стола протяжного станка принимается 10−15 мм;

lc — толщина стола протяжного станка в мм;

lk — толщина фланцапланшайбы в мм;

lg — длина детали в мм;

lc и lk — принимаются по паспорту станка.

Сумма lc и lk приблизительно равна:

— для горизонтально-протяжных станков 90−120 мм;

— для вертикально-протяжных станков 140−150 мм;

Общая длинна протяжки

Ln=ln+l5+lk+l7=180+206+45+20=491 мм

Ln — не должна превышать допустимой длинны.

1. Нефедов Н. А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. — М.: Машиностроение, 1990.

2. Cправочник технолога-машиностроителя Т.2 / под ред. А.Н. Малова

3. Аршинов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. М.: Машиностроение, 1968. — 500с.

4. Гапонкин В. А., Лукашев Л. К., Суворова Т. Г. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки. М.: Машиностроение, 1990. — 448 с.

5. Родин П. Р. Проектирование и производство режущего инструментаКиев.: Техника, 1968.-358с.

6. Палей М. М. «Технология и автоматизация инструментального производства». — Волгоград, 1995. — 488с.

7. Алексеев Г. А., Аршинов В. А., Кричевская P.M. «Конструирование инструментов» 1979.

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3х томах. Издание 8-е переработанное и дополненное. Под редакцией Жестковой И.Е.- М.: Машиностроение, 2001

9. Баранчиков В. П., Боровский Г. В. и др. «Справочник конструктора-инструментальщика». 1994 .

10. Баранчиков В. И. и др. «Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов». Справочник. — М.: Машиностроение, 1990.

11. Иноземцев Г. Г. «Проектирование металлорежущих инструментов». — М.: Машиностроение, 1984.

12. Кирсанов Г. Н. и др. «Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов». — М.: Машиностроение, 1986.

13. Косилова А. Г., Р. К. Мещерякова. «Справочник технолога машиностроителя», том 1, 2. -М.: Машиностроение, 1985.