Проектирование инструмента для машиностроительного производства
Определим наружный диаметр фрезы, используемый в составе исходных данных:. Определим остальные конструктивные размеры фрез: диаметр отверстия,; диаметр буртика,; длина фрезы,; длина буртика,; число стружечных канавок,. Точность изготовления зубчатых колес и передач определяется степенью точности колес, требования к боковому зазору — видом сопряжения по нормам бокового зазора по ГОСТ 1643–81 и… Читать ещё >
Проектирование инструмента для машиностроительного производства (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Инструментальное обеспечение машиностроительных производств»
Тема курсовой работы: Проектирование инструмента для машиностроительного производства
Содержание
I. Расчет круглой протяжки прогрессивного резания
1. Исходные данные
2. Расчет черновых и переходных зубьев
3. Расчет чистовых и калибрующих зубьев
II. Расчет червячной зуборезной фрезы
III. Проектирование зуборезного долбяка
3.1 Определение дополнительных технологических параметров зубчатых колес
3.2 Проектный расчет долбяка
3.3 Определение параметров долбяка в исходном сечении
3.4 Определение исходных расстояний
3.5 Определение чертежных размеров долбяка по передней поверхности
3.6 Проверочный расчет Заключение Список использованной литературы
Развитие машиностроения должно осуществляться за счет комплексной механизации и автоматизации, использования прогрессивной технологии, направленной на сокращение рабочих мест. В целях постоянного ускорения и снижения затрат производства предусматривается развивать его в основном за счет использования станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, автоматических линий и т. д.
Основной эффект от использования станков с ЧПУ состоит в значительном снижении вспомогательного времени и увеличении доли машинного времени до 60−80% в составе штучного времени, в то время как при использовании обычных универсальных станков доля машинного времени составляет всего 15−20%. Но одновременно это оборудование в комплекте с автоматическими системами управления от ЭВМ является сложным и дорогостоящим. Поэтому необходимым условием его эффективного использования является высокая надежность работы всех элементов, в том числе и режущего инструмента, с учетом автоматической его замены при износе режущих элементов.
Кроме того, широкое применение в отраслях машиностроения высокопрочных материалов, таких, как коррозионно-стойкие и жаропрочные стали, жаропрочные и титановые сплавы, высокопрочные стали, значительно превышает надежность и долговечность деталей машин, но, как правило, снижает технологичность при обработке резанием.
Проблема износа и стойкости режущего инструмента при обработке этих материалов остается наиболее важной и актуальной проблемой технологии машиностроения, не утратившей свое значение и до сегодняшнего времени. Это объясняется еще и тем, что за последние 10−15 лет затраты труда на обработку резанием по отношению к другим видам обработки почти не изменились и не изменятся в ближайшем будущем. Это связано с резким повышением требований к точности и качеству обработки, а также со значительным усложнением конструктивных форм деталей машин. Точность и качество изготовления деталей зависят от точности и качества самого инструмента, его прочностных характеристик и геометрических параметров режущего лезвия. Металлорежущие инструменты имеют большое разнообразие типов и конструктивных разновидностей, у каждого инструмента имеются свои особенности, определяемые условиями формообразования детали. Эти особенности, которые должны быть учтены на стадии проектирования, в ряде случаев имеют принципиальное значение.
Основные отличительные особенности конструкций современных инструментов, которые необходимо учитывать при их проектировании, можно свести к следующим направлениям:
использованию в качестве режущих элементов механически закрепляемых сменных многогранных пластин (СМП) из твердых сплавов, режущей керамики и синтетических сверхтвердых материалов;
применению мелкоразмерных твердосплавных инструментов в монолитном исполнении;
использованию при изготовлении инструментов новых инструментальных материалов, а именно: порошковых быстрорежущих сталей, мелкозернистых твердых сплавов и сплавов, легированных хромом, синтетических сверхтвердых материалов и режущей керамики;
применению однои многослойных износостойких покрытий, наносимых на режущие лезвия твердосплавного и быстрорежущего инструмента;
применению инструмента с конструктивными элементами, обеспечивающими подвод СОЖ под высоким давлением непосредственно в зону резания и использования СОЖ для транспортирования стружки из зоны резания на операциях сверления, зенкерования, развертывания, резьбонарезания и др.; разработке различных модульных систем инструментов, представляющих собой сочетание определенных групп режущих и вспомогательных инструментов;
применению средств и методов улучшения обрабатываемости материалов — нагрева, резкого охлаждения, вибрации, ультразвука, что предполагает разработку специальных конструкций режущего инструмента;
конструктивному исполнению присоединительных мест инструментов, используемых на обрабатывающих центрах, станках с ЧПУ, а также инструментов, режущая профильная часть которых получена по новым технологическим процессам, а именно: горячим гидродинамическим выдавливанием (ГГДВ), профильным прокатом, радиальным обжатием, использованием биметаллических заготовок и т. д. [3, c.6−7].
I. Расчет круглой протяжки прогрессивного резания
1. Исходные Деталь: материал заготовки — сталь 20, твердость 155 HB [2, с. 314, табл.13.14]. Диаметр отверстия под протягивание мм [3, c.334, табл.7.2], получено сверлением. Диаметр отверстия после протягивания мм, шероховатость обработанной поверхности мкм. Длина протягиваемого отверстия мм.
Станок: вертикальный протяжной полуавтомат для внутреннего протягивания 7Б64. Тяговое усилие Максимальный ход штока Диапазон рабочих скоростей Состояние станка удовлетворительное. Протяжка закрепляется в быстросменном автоматическом патроне [4, c.63, табл.47].
Тип производства — массовый.
Длина протяжки, определяемая возможностями инструментального цеха, должна быть не более 800 мм.
2. Расчет черновых и переходных зубьев Устанавливаем группу обрабатываемости — I группа обрабатываемости.
Устанавливаем группу качества. По шероховатости обработанной поверхности — II группа качества.
Принимаем материал рабочей части — быстрорежущая сталь Р6АМ5.
Конструктивно протяжку оформляем как составную, т. е. с приваренными хвостовиками из стали 40Х, размер переднего хвостовика принимаем по типу 2, исполнения 1. Диаметр хвостовика выбирается ближайший меньший к диаметру отверстия до протягивания. Диаметр переднего хвостовика мм с площадью сечения по, временное сопротивление на разрыв стали 40Х принимаем Допустимая величина главной составляющей силы протягивания для принятых размеров хвостовика
где — допускаемое напряжение при растяжении,
— площадь опасного сечения хвостовика,
Выбираем значения передних и задних углов [1, c.134, табл. А5]. Передние углы: черновые и переходные зубья —; чистовые и калибрующие зубья —. Задние углы: черновые и переходные зубья,; чистовые зубья,; калибрующие зубья, .
Устанавливаем скорость резания:, технологические возможности станка обеспечивают такую скорость протягивания.
Подъем на черновых зубьях определяем из условия равной стойкости черновой и чистовой частей для I группы обрабатываемости. Для принятой скорости резания и максимальной подаче чистовых зубьев, устанавливаем наработку чистовой части м. Для принятой скорости резания и стойкости черновых зубьев м, находим подъем черновых зубьев мм/зуб на сторону. Для I группы обрабатываемости и II группы качества при принятой скорости резания ограничиваем подъем черновых зубьев до мм/зуб [1, с. 141, табл. А17].
Поправочные коэффициенты на наружную обработку [1, с. 141, табл. А18]:; ;; ;. Технологическая среда: СОЖ — сульфофрезол по ГОСТ 122–54.
Наработка: м.
Для сливной стружки при коэффициенте заполнения стружечной канавки ее глубина определяется по формуле
мм, где: — суммарная длина протягиваемых участков, в нашем случаи мм.
Выбираем глубину стружечной канавки: мм.
Т.к. диаметр сечения протяжки по дну стружечной канавки меньше 40 мм, необходимо, чтобы глубина стружечной канавки
мм.
Т.к., то для размещения стружки подача должна быть уменьшена:
мм, где: мм (принято ближайшее меньшее от).
Шаг черновых зубьев как самый наименьший мм; мм. Профиль стружечной канавки: Профиль и шаг переходных зубьев принимаем таким же, как у черновых. Число одновременно режущих зубьев:
.
Дробная часть не учитывается.
Максимальную допустимую главную составляющую силы резания выбираем как минимальную из трех: из тяговой силы станка; из силы, допускаемой прочностью хвостовика, впадины первого зуба. Выбираем где: — паспортная тяговая сила станка.
Определяем число черновых зубьев в группе
где: — осевая сила резания, проходящая на 1 мм длины режущей кромки, ;
— поправочные коэффициенты,, ,, .
Принимаем .
Расчетное значение главной составляющей силы протягивания:
Н.
Размер полного припуска
где: — максимальный диаметр отверстия после протягивания;
— минимальный диаметр отверстия, подготовленного под протягивание.
Припуск на черновые зубья:
где — припуск на переходные зубья, ;
— припуск на чистовые зубья, .
Число групп черновых зубьев:
Принимаем Остаточная часть припуска Т.к., () и, то добавляем к припуску на переходную часть.
Следовательно .
Число черновых зубьев:
где — окончательно принятое число групп черновых зубьев после разделения остаточной части припуска.
Определяем число групп переходных зубьев:. Добавляем группу переходных зубьев за счет добавленного припуска на переходную часть. Следовательно .
червячный зуборезный фреза резание
3. Расчет чистовых и калибрующих зубьев Число чистовых зубьев .
Число калибрующих зубьев .
Общее число зубьев в протяжке
Коэффициент заполнения стружечной канавки для чистовых зубьев должен быть больше в 3−5 раз, чем для черновых, т.к. по мере переточек протяжек чистовые зубья становятся переходными и будут срезать более толстые стружки
Площадь сечения стружки:
где: — длина протягиваемого отверстия; - максимальный подъем на зуб переходных зубьев. Площадь активной части канавки
По подбираем канавку с минимальной глубиной и минимальным шагом чистовых и калибрующих зубьев, стремясь к уменьшению длины протяжки:
Выбираем переменные шаги чистовых и калибрующих зубьев для .
Длина режущей части где: и — суммы переменных шагов чистовых и калибрующих зубьев.
Значение главной составляющей силы резания, допустимое по прочности протяжки по впадине первого чистового зуба
где — сила протягивания;
— допустимое напряжение при растяжении, — для хвостовиков из быстрорежущей стали;
.
125 417<25 634.96.
Диаметр калибрующих зубьев
Определим число выкружек и их ширину на черновых зубьях:
Определяем радиус выкружки и шлифовального круга:
Определяем число выкружек на переходных и чистовых зубьях:
Округляем до ближайшего четного числа. Ширина выкружек
Выбираем ширину выкружки .
Радиус выкружки
Задний угол на выкружках
Радиус шлифовального круга
Определяем диаметр и длину передней направляющей
— принимаем равным наименьшему диаметру отверстия после сверления перед протягиванием с полем допуска Н7. Длину передней направляющей выбираем с учетом .
Выбираем длину переходного конуса .
Расстояние от переднего торца протяжки до первого зуба.
где — размеры станка 7Б64;
— длина протягиваемого отверстия.
Диаметр задней направляющей принимается равным наименьшему предельному размеру протягиваемого отверстия с полем допуска .
Тяжелые протяжки закрепляются дополнительно за задний хвостовик в поддерживающем станочном устройстве. Диаметр заднего хвостовика выбирается несколько меньшего размера, чем диаметр переднего хвостовика Длина заднего хвостовика Общая длина протяжки где: — длина от переднего торца до переднего зуба, мм;
— длина режущей части, мм;
— длина задней направляющей, мм;
— длина заднего хвостовика, мм.
Общая длина L<800 мм, поэтому достаточно одной протяжки, комплект не требуется.
Результаты расчета сводим в табл. 1.
Таблица 1 Геометрические параметры круглой протяжки
Исходный параметр | Расчетное значение | Искомый параметр | Расчетное значение | |
7.0 | ||||
3.0 | в группах на сторону | |||
2.3 | Первой | 0.05 | ||
0.0785 | Второй | 0.04 | ||
(число двухзубых групп) | 0.02(2) | |||
25 634.96 | 0.01(2) | |||
0.952 | 0.005 | |||
0.252 | () | 13, 12, 11 | ||
0.10 | () | 13, 12, 11 | ||
0.692 | 4.5 | |||
0.092 | 4.0 | |||
По результатам расчета оформляется чертеж протяжки. Необходимо выявить форму каждого зуба в секции, размеры каждого зуба и протяжки в целом, допуски на изготовление, шероховатость обработанной поверхности, инструментальный материал, его твердость после термообработки. На поле чертежа записываются все технические требования на протяжку.
II. Расчет червячной зуборезной фрезы
Исходные данные расчета: модуль нарезаемого колеса; коэффициент высоты головки и ножки зуба; число зубьев нарезаемого колеса,; припуск на толщину зуба,; угол наклона зубьев по делительной окружности,; направление наклона зубьев — правое; степень точности и вид сопрягаемых колес — AA; материал зубчатого колеса — Сталь40Х.
Определим наружный диаметр фрезы, используемый в составе исходных данных:. Определим остальные конструктивные размеры фрез: диаметр отверстия,; диаметр буртика,; длина фрезы,; длина буртика,; число стружечных канавок,. Точность изготовления зубчатых колес и передач определяется степенью точности колес, требования к боковому зазору — видом сопряжения по нормам бокового зазора по ГОСТ 1643–81 и ГОСТ 9178–81. Толщина зуба по делительной окружности нарезаемого зубчатого колеса определяется с учетом степени точности и вида сопряжения.
Последовательность расчета цельной червячной зуборезной фрезы:
1. Расчетный профильный угол исходного контура рейки в нормальном сечении .
2. Модуль нормальный .
3. Высота головки зуба фрезы
где с — размер радиального зазора, принимаем с=0.25 мм.
4. Высота ножки зуба фрезы
.
5. Полная высота зуба фрезы
.
По параметрам нарезаемого колеса выбираем цельную червячную фрезу типа 2, для которой расчет будет продолжаться следующим образом:
6. Шаг между зубьями фрезы по нормали
где n — число заходов фрезы (для чистовой).
7. Расчетная толщина зуба по нормали
где — толщина зуба по нормали на делительной окружности.
8. Принимаем размер переднего угла на вершине зуба фрезы, величину заднего угла на вершине зуба фрезы .
9. Размер затылования
где — задний угол на вершине фрезы.
10. Размер дополнительного затылования для фрез со шлифовальным профилем зуба
.
11. Средний расчетный диаметр фрезы
.
Принимаем .
12. Глубина винтовой канавки, формирующей переднюю поверхность фрез со шлифовальным профилем зуба
.
Обычно, принимаем .
13. Угол профиля стружечной канавки Принимаем
Нарезаемое колесо с правым направлением зубьев. Направление стружечных канавок будут выполняться винтовыми, т.к.
14. Угол подъема винтовых канавок, где
.
15. Шаг по оси между двумя винтами
.
16. Осевой шаг винтовой стружечной канавки
.
17. Угол установки фрезы на станке
.
Выбираем знак плюс, т.к. разноименные направления витков фрезы.
Результаты расчета заносим в таблицу, которая используется при построении червячной зуборезной фрезы и оформлении чертежа (табл. 2).
Таблица 2 Геометрические параметры червячной зуборезной фрезы
Величина, единица измерения | Обозначение | Расчетное значение | |
Модуль червячной фрезы, мм | 1.5 | ||
Угол профиля зуба фрезы, градус | |||
Высота головки зуба фрезы, мм | 1.875 | ||
Высота ножки зуба фрезы, мм | 1.875 | ||
Высота зуба фрезы, мм | 3.75 | ||
Расчетная толщина зуба по нормали фрезы, мм | 2.355 | ||
Размер падения затылка, мм | 3.34 | ||
Размер дополнительного падения затылка фрезы, мм | 4.676 | ||
Средний расчетный диаметр фрезы, мм | 75.58 | ||
Глубина стружечной винтовой канавки фрезы, мм | 5.51 | ||
Угол профиля стружечной винтовой канавки фрезы, градус | |||
Угол подъема винтовой линии фрезы, градус | 1.14 | ||
Угол наклона стружечной винтовой канавки фрезы, градус | 1.14 | ||
Осевой шаг между витками, мм | 7.7 | ||
Осевой шаг винтовой стружечной канавки, мм | |||
Угол установки фрезы на станке, градус | 8.5 | ||
Передний угол, градус | |||
Задний угол, градус | |||
III. Проектирование зуборезного долбяка
Исходные данные. Профильный угол нарезаемых колес б=20ъ. Модуль зубьев нарезаемых колес m=1,5 мм. Число зубьев колес z1=20; z2=60. вД=0ъ; f=1,0. Степень точности нарезаемых колес 7 — Д, ГОСТ 1643– — 72. Материал — сталь 35. Метод нарезания — на проход.
3.1 Определение дополнительных технологических параметров зубчатых колес
Диаметры делительных окружностей.
;
;
Шаг в нормальном сечении.
;
Шаг в торцовом сечении.
Модуль торцовый.
;
Толщина зуба по делительной окружности в нормальном сечении.
;
Принимаем с учетом допусков
Для расчета принимаем:
Диаметры окружностей вершин.
;
;
Межосевое расстояние.
;
Торцовый профильный угол.
; бds=20ъ .
Действительный угол зацепления в передаче.
; бs12=20ъ .
Диаметры основных окружностей.
;
;
Наибольший радиус кривизны профиля зуба нарезаемого колеса.
;
Радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба нарезаемого колеса.
3.2 Проектный расчет долбяка
Число зубьев долбяка.
где dДИ — номинальный диаметр делительной окружности.
Диаметр делительной окружности.
;
Теоретический диаметр основной окружности.
;
Боковой задний угол в плоскости, параллельной оси долбяка.
; дбок=3ъ 11ґ,
где дН принимается равным 2ъ 30ґ - 3ъ [1, стр. 115]
3.3 Определение параметров долбяка в исходном сечении
Диаметр наружной окружности долбяка в исходном сечении.
где d1 — диаметр окружности впадин нарезаемого колеса, мм
;
Толщина зуба на делительной окружности в исходном сечении по нормали.
;
Угол давления на головке зуба.
; бeus=26ъ 30ґ.
Толщина зуба на вершине и в исходном сечении.
;
;
3.4 Определение исходных расстояний
Станочный угол зацепления переточенного долбяка, гарантирующий отсутствие среза и неполной обработки вершины зубьев колеса неэвольвентной частью профиля зуба долбяка.
;
б'С=16ъ, где сu — наименьший допустимый радиус кривизны профиля зуба долбяка, сu=3 мм
Станочный угол зацепления переточенного долбяка, определяющий начало подреза ножки зуба колеса.
;
б''С=18ъ 21ґ. Вспомогательная величина.
;
Максимальное отрицательное исходное расстояние предельно сточенного долбяка.
где бС=б'С, Станочный угол зацепления нового долбяка, определяющий полную обработку рабочей части профиля зуба колеса.
; б'Н=22ъ 56ґ.
Положительное исходное расстояние, определяющее полную обработку рабочей части профиля зуба колеса.
;
Расчетный задний угол по верху долбяка.
;
д'=8ъ 51ґ. Исходное расстояние, лимитируемое заострением зуба долбяка.
;
где Seu=0,7 — задаваемая толщина зуба долбяка на вершине.
Максимально возможный размер стачивания долбяка вдоль его оси.
где аН — меньшая из величин аґН и аґґН .
Принимаем положительное исходное расстояние ;
3.5 Определение чертежных размеров долбяка по передней поверхности
Станочный угол зацепления нового долбяка.
; бН=21? 14'.
Наружный диаметр нового долбяка.
;
Станочный угол зацепления предельно сточенного долбяка.
; бН16?,
где ВР=Н — принимаемый размер стачивания.
Уточненный (чертежный) задний угол по верху.
;д=9?15'.
Принимаемая высота долбяка.
;
Толщина зуба на делительной окружности по нормали
;
Высота головки зуба по передней поверхности.
где г'=5? — для чистовых долбяков.
Полная высота зуба долбяка.
где h — высота зуба колеса
;
Корректированный торцовый профильный угол долбяка для уменьшения искажения профиля колеса от наличия переднего и заднего углов:
А) для «острой» (позитивной) стороны зуба
бост=20? 15'.
Б) для «тупой» (негативной) стороны зуба
бтуп=20?15'.
Диаметры основных окружностей долбяка при шлифовании его профиля:
А) для «острой» (позитивной) стороны зуба
;
Б) для «тупой» (негативной) стороны зуба
.
3.6 Проверочный расчет
Станочный угол зацепления долбяка и колеса
б1,и=21?02'.
Межцентровое расстояние долбяка и колеса.
;
Диаметр окружности впадин зубьев колеса после нарезания долбяком
;
Угол зацепления нарезаемого и сопряженного с ним колес зубчатой передачи.
б1,2=20?.
Диаметр теоретической основной окружности долбяка.
;
Радиус кривизны профиля зубьев колеса в точке активной части.
Радиус кривизны профиля зубьев колеса после нарезания в точке начала обработки долбяком.
;
Должно быть при наружном зацеплении.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы был выполнен подбор и расчет зуборезного инструмента — червячной фрезы, выбраны режимы резания; для обработки внутреннего отверстия был спроектирована протяжка; для токарной обработки поверхности в ходе анализа существующих инструментов был отобран наиболее оптимальный вариант, имеющий преимущества в случае обработки на станке с ЧПУ, произведен расчет режимов резания токарной обработки.
Расчет и проектирование режущего инструмента является подсистемой более общей системы подготовки машиностроительного производства и представляет довольно сложную многовариантную техническую задачу. Развитие гибких производственных систем (ГПС), включающих систему инструментального обеспечения, делают необходимым автоматизированное проектирование РИ.
В ходе проектирования разработаны чертежи режущего и вспомогательного инструмента, а также параметрическая твердотельная 3D-модель резца и всех входящих в него деталей, которые могут быть использованы для наглядного представления на экране компьютера на стадии проектирования.
Спроектированные инструменты полностью удовлетворяют заданным параметрам обработки и обеспечивают выполнение заданных технических требований.
Использованная литература
1. Сенюков В. А. Практика по проектированию режущих инструментов: Учебное пособие. — Ярославль: Изд-во ЯГТУ. — 2002. — 155 с.
2. Гжиров Р. И. Краткий справочник конструктора: Справочник — Л: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1984. — 464 с., ил.
3. Справочник конструктора инструментальщика: Под общ. ред. В. И. Баранчикова. — М.: Машиностроение, 1994. — 560 с., ил. — (Библиотека конструктора)
4. Справочник технолога — машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерикова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.