Проектирование металлорежущего инструмента

Міністерство освіти і науки України Донецький національний технічний університет Механічний факультет Кафедра: «Металорізальні верстати та інструмент»

Курсовий проект З дисципліни: «Ріжучий інструмент»

На тему: «Проектування ріжучого інструменту»

ПК 04.28.97.000.00

Виконавець студент гр. МС-02б Ожегов Д.Б.

Консультант-асистент Кисельова І.В.

Нормоконтролер Малишко І.О.

Донецьк 2005

Задание Обрабатываемый материал сталь 40ХН.

1. Спроектировать долбяк для обработки зубчатых колес m=5 мм, z₁=40, z₂=80, Степень 7-D.

2. Спроектировать комбинированную развертку для обработки отверстий

d₁=25Н7 мм, d₂=30Н8мм, l₁=32мм, l₂=45мм, R_a=1,25мкм.

3. Спроектировать протяжку для обработки шлицевой втулки

D-10?72?78H7?12H9, l=120мм, R_a=2,5 мкм.

Реферат Курсовой проект: стр., рис., табл., приложений 4, источников 4.

Объект исследования: протяжка шлицевая, развертка комбинированная, долбяк для обработки зубчатых колес.

Цель работы: спроектировать режущие и вспомогательные инструменты.

В курсовом проекте приведены расчеты всех параметров и размеров указанных инструментов, выбраны материалы для изготовления инструмента.

Разработаны рабочие чертежи рассчитываемых инструментов.

ДОЛБЯК, ДОПУСК, ЗАГОТОВКА, ЗУБ, КАНАВКА, МОДУЛЬ, ПРОТЯЖКА, РАЗВЕРТКА, ХВОСТОВИК.

• Раздел 1. Расчет комбинированной развертки
• 1. Исходные данные для расчета комбинированной развертки
• 2. Диаметр развертки
• 3. Геометрические параметры развертки
• 4. Распределения зубьев развертки
• 5. Глубина стружечной канавки
• 6. Хвостовик развертки
• Раздел 2. Расчет шлицевой протяжки
• 1. Шаг черновых зубьев
• 2. Максимально допустимая сила резания
• 3. Максимальная глубина стружечной канавки по допустимому усилию
• 4. Подача черновых секций
• 5. Количество зубьев в черновых секциях
• 6. Сила протягивания на черновых зубьях
• 7. Распределения припуска
• 8. Определение общей длины протяжки
• 9. Геометрия зубьев
• Раздел 3. Расчет долбяка
• Исходные данные
• 1. Определяем дополнительные данные, необходимые для расчета долбяка
• 2. Проектный расчет долбяка
• 3. Проверочный расчет долбяка
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Целью курсового проекта является расчет и проектирование металлорежущих инструментов: протяжка шлицевая, развертка комбинированная и долбяк для обработки зубчатых колес.
• Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием. Высокая производительность процесса протягивания объясняется тем, что одновременно находится в работе несколько зубьев инструмента с большой суммарной длиной режущих кромок. Протягивание позволяет получать поверхности высокой точности (6-го — 8-го квалитетов точности) и низкой шероховатости (Ra=0.63−0.25 мкм).
• Долбяки применяют для изготовления прямозубых и косозубых цилиндрических зубчатых колес внутреннего и внешнего зацепления. Зацепление долбяка с зубчатым колесом в процессе нарезания аналогично зацеплению корригированной зубчатой передачи.

Комбинированные развертки используют при обработке ступенчатых отверстий высокой точности, небольших и средних диаметров, в крупносерийном и массовом производстве.

Раздел 1. Расчет комбинированной развертки

1. Исходные данные для расчета комбинированной развертки:

— номинальный диаметр меньшего отверстия D₁=25Н7мм;

— номинальный диаметр большего отверстия D₂=30H8мм;

— длина развёртывания первой ступени l₁=32 мм;

— длина развёртывания второй ступени l₂=45 мм;

В зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия развертку выполним цельной

2. Диаметр развертки

где D_imin — минимальный диаметр соответствующей ступени отверстия;

В_i — верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

р — допуск на разбивание отверстия, р=0,01 мм

Рисунок 2.1 Схема расположения полей допусков отверстий.

Геометрические параметры развертки

Передний угол для чистовой развертки примем =0, а задний угол ?=6. Величина заднего угла выберется одинаковой на режущей и калибрующей частях. На калибрующей части выполняется ленточка f=0.1 мм. Угол наклона зубьев целесообразно выполнить равным нулю, что упрощает технологию изготовления развертки. Главный угол в плане? на заборной части зависит от свойств обработанного материала, поэтому ?=15 (для чугуна). Длина калибрующей части развертки определяется зависимости

где мм — величина калибрующей части стачивания при одной переточке; - число переточек;

мм

мм

длина заборной части ступени

где — минимальный диаметр заборной части;

t — глубина резания принимаем 0,1 мм

m₂ =2 мм

мм

мм

мм

мм

Длина рабочей части ступени

где Lф =1 мм — длина фаски.

мм;

мм.

Чтобы исключить повреждение обработанной поверхности при выводе развертки из отверстия, конец калибрующей части необходимо выполнить по радиусу равному 3−5 мм. Число зубьев развертки определяется зависимостью:

принимаем для всех ступеней развертки число зубьев 8

3. Распределения зубьев развертки

Для устранения огранки отверстия, распределения зубьев развертки должно быть неравномерным, разность между соседними угловыми шагами определяется зависимостью:

Принимаем 6

Определим значения угловых шагов

Рисунок 2.2 Распределения зубьев развертки.

;

;

;

.

4. Глубина стружечной канавки

Глубина стружечной канавки целесообразно выполнять переменой, что позволяет использовать для всех стружечных канавок фрезу с постоянным углом. Тогда глубину канавка можно определить по зависимостью

Где — угол, соответствующий ширине спинки;

? — угол профиля фрезы принимаем 90^? ;

с — ширина спинки зуба, приведена в таблицы

Таблица Размер стружечной канавки

Рисунок 2.3 Размеры стружечной канавки.

Тогда глубина стружечной канавки для O25:

мм;

мм;

мм;

мм.

Тогда глубина стружечной канавки для O30:

мм;

мм;

мм

мм.

5. Хвостовик развертки

Хвостовик комбинированной развертки принимаем цилиндрический диаметром 20 мм. Это делается с целью закрепления инструмента в плавающем патроне, так как у отверстия есть погрешность изготовления, а инструмент надо установить по центру. С помощью конического хвостовика, который закрепляет инструмент жестко, это осуществить невозможно.

Раздел 2. Расчет шлицевой протяжки

При выборе заготовки для последующего протягивания определяют диаметр и точность предварительно изготовленного отверстия. При центрировании шлицев по внешнему диаметру, предварительно обработанное отверстие в дальнейшем не обрабатывается.

Исходные данные для расчета:

— диаметр отверстия до протягивания D₀=72 мм;

— наружный диаметр шлицев D=78H7 мм;

— внутренний диаметр шлицев d=72 мм;

— число шлицев n=10;

— ширина шлица b=12Н9 мм;

— обрабатываемый материал сталь 40ХН;

— длина протягивания l=120 мм;

— шероховатость отверстия Ra=2.5 мкм.

Материал рабочей части протяжки принимаем сталь Р6М5 [3,табл.3 стор.11

1. Шаг черновых зубьев

Шаг черновых зубьев определяется по формуле

t = 1.9, принимаем t=21 мм.

где L — длина протягивания (l=120 мм);

Выписываем размеры профиля зубьев протяжки: t=21 мм; b=7,0 мм;

h=9,0 мм; r=4,5 мм; F_окт =68,58 мм²; F_пол =98 мм². Значение углов резания? и? принимаем по таблице [3,табл.8 стор.16]:

Передние углы для всех зубьев? = 20?, значение задних углов для черновых и переходных зубьев? = 3?, чистовых? = 2?, калибрующих? = 1?.

Рисунок 1.1 Размер профиля зубьев протяжки

2. Максимально допустимая сила резания

Конструкцию протяжки принимаем с приваренным хвостовиком, материал хвостовика — сталь 40ХН. Сила резания, допускаемая прочностью хвостовика в опасном сечении, принимаем [3,табл.6 стор.14]. Диаметр хвостовика D_хв принимается равным ближайшему меньшему значению по отношению к D₀.

D_хв=50 мм; D₁=38 мм; D₂=49 мм; l₁=90 мм; l₂=20 мм; l₃=32 мм; c=8 мм;

[?_р]=400 МПа.

Рисунок 1.2 Основные размеры хвостовика

Сила резания допускаемая прочностью опасного сечения по впадине первого зуба определяется из выражения:

P_оп =Н,

где D_оп — диаметр опасного сечения (D_оп =D₀-2h=72−2?9=54 мм);

— допускаемое напряжение на растяжение.

Расчетное тяговое усилие станка 7Б510 [3,табл.7 ст.15]:

P_ст =?Q=0,9?10⁵=9?10⁴ Н,

где — КПД станка (=0.9);

Q — тяговое усилие станка (Q= 10⁵ Н);

За величину максимально допустимой силы резания P_доп принимаем наименьшее из полученных значений.

P_доп = P_ст =9?10⁴ Н.

3. Максимальная глубина стружечной канавки по допустимому усилию

h_[?]= ;

Величина h принятая по таблице меньше h_[?]. Коэффициент заполнения стружечных канавок для стали K=3.

4. Подача черновых секций

S_zч =;

Фактический коэффициент заполнения стружечной канавки:

K_min =

5. Количество зубьев в черновых секциях

В случае срезания стружки по групповой схеме резания фасочные зубья группируются в двузубые секции, аналогично шлицевым зубьям, причем первые зубья в каждой секции имеют на боковых сторонах выкружки для разделения стружки по ширине, а вторые выполняются без выкружек, заниженные по диаметру на 0.02 — 0.04 мм.

Таким образом, количество зубьев в черновых секциях принимаем для фасочной части Z_чсф =2, шлицевой Z_чсш =2.

6. Сила протягивания на черновых зубьях

На фасочной части:

;

Значение коэффициентов выбираем по таблице 9,10

C_p =298; x = 0.85; K_? =0,85; K_и =1,15; K_с =1.

Z_max =; Z_max ==5,71, принимаю Z_max=6.

На шлицевой части:

;

7. Распределения припуска

— припуск на фасочную часть А_ф=1,3 мм;

— подъём фасочных секций S_ф=0,5 мм;

— припуск на черновую шлицевую часть А_ш=5,38 мм;

— подъём черновых секций S_ш=0,5 мм;

— припуск на переходную часть А_п=0,6 мм

— подъём переходных секций S_п=0,15 мм;

— припуск на чистовую часть А_п=0,08 мм

— подъём чистових зубьев S_п=0,03 мм;

8. Определение общей длины протяжки

общая длина фасочной, шлицевой, переходной частей:

;

общая длина чистовой и калибрующей частей:

где

длина задней направляющей:

общая длина:

.

9. Геометрия зубьев

На вершинах калибрующих зубьев выполняется цилиндрическая ленточка f =0.2−0.3 мм. Вспомогательный угол в плане на шлицевых зубьях? = 1.5?с лентой по боковой поверхности f_б =0.8−1.0 мм выполняется на тех зубьях, высота шлицевых выступов которых не менее 1.2−1.3 мм. На первых зубьях черновых и переходных секций выполняются выкружки. Радиус выкружек определяется графически, при этом их глубина должна быть не менее 3S_zч.

Раздел 3. Расчет долбяка

Исходные данные:

Модуль колеса m=5 мм; Профильный угол ?=20?

Шестерни Z₁=40; Колеса Z₂=80

Степень точности нарезаемых колес 7-D

Угол наклона зубьев по делительной окружности ?=0

Материал детали Сталь 40ХН

Диаметры делительных окружностей

d_д1=200 мм

d_д2=400 мм

Диаметры окружностей выступов

D_а1=210 мм

D_а2=410 мм

Диаметры окружностей впадин

D_f1=187,5 мм

D_f2=387,5 мм

Диаметры основных окружностей

D_o1=187,93 мм

D_o2=375,88 мм

Толщина зуба по делительной окружности

S₁=S₂=7,8 мм

Межцентровое расстояния передачи A=300 мм

1. Определяем дополнительные данные, необходимые для расчета долбяка

1.1 Действительный угол зацепления в передаче

Отсюда ?_1,2=20?

1.2 Диаметр основных окружностей колес

мм;

мм.

1.3 Наибольший радиус кривизны нарезаемого колеса

мм

1.4 Радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба нарезаемого колеса

мм

2. Проектный расчет долбяка

2.1 число зубьев долбяка

Где d'_ди — номинальный диаметр делительной окружности, принимаем O100 мм [4 ст. 32 таб. 2]

2.2 Уточняем делительный диаметр

мм

2.3 Теоретический диаметр основной окружности

мм

2.4 Боковой задний угол в плоскости, параллельной оси долбяка

Где ?_н — берем равным 3?

?_бок = 3.19=3?11?

2.5 Диаметр наружной окружности долбяка в исходном сечении

мм

2.6 Толщина зуба на делительной окружности по нормали в исходном сечении

мм

Где _?S — боковой зазор в передаче _?S=0.200

2.7 Угол давления на головке зуба

?_aus=33,36

2.8 Толщина зуба на вершине в исходном сечении

Где inv?=0.14 904

Inv?_aus=0.75 987

мм

2.9 Станочный угол зацепления переточенного долбяка, гарантирующий отсутствие среза и неполной обработки вершины зубьев колеса неэвольвентной частью профиля зуба долбяка

Где р_u=5 мм — наименьший допустимый радиус кривизны профиля зуба долбяка ?_с=20,19

2.10 Вспомогательная величина

2.11 Максимальное отрицательное исходное расстояние придельно сточенного долбяка

2.12 Станочный угол зацепления нового долбяка, определяющий полную обработку рабочей части профиля зуба колеса

?_Н=25,5

2.13 Положительное расстояние, определяющее полною обработку рабочей части профиля зуба колеса

2.14 Расчетный задний угол по верху долбяка

?=8,94

2.15 Максимально возможная величина стачивания долбяка вдоль его оси

2.16 Принимаем положительное исходное расстояние если и. Где В_р =29,5 мм

мм

2.17 Станочный угол зацепления нового долбяка

?_н=24?27

2.18 Наружный диаметр нового долбяка

мм

2.19 Станочный угол зацепления предельно сточенного долбяка

?_с=20,86

2.20 Уточненный задний угол по верху

?= 7,71

2.21 Принимаем высоту долбяка

мм

Где b = 7,5 мм

2.22 Толщина зуба на делительной окружности по нормали

мм

2.23 Высота головки зуба долбяка по передней поверхности

мм

?=5?

2.24 Полная высота зуба долбяка

мм

2.25 Корректированный торцовый профильный угол долбяка для уменьшения искажения профиля колеса от наличия переднего и заднего углов

?=20,24

2.26 Диаметры основных окружностей долбяка при шлифовании его профиля

мм

3. Проверочный расчет долбяка

1.Станочный угол зацепления долбяка и нарезаемого колецса

?_1,u=25,12

2.Межцентровое расстояние долбяка и нарезаемого колеса

мм

3.Диаметр окружности впадин зубьев колеса после нарезания долбяком

мм

4. Угол зацепления нарезаемого и сопряжённого с ним колес в зубчатой передаче

?=20

5. Диаметр теоретической основной окружности долбяка

мм

6.Радиус кривизны профиля зубьев колеса в точке начала активной части

7.Радиус кривизны профиля зубьев колеса после нарезания в точке начала обработки долбяком

Заключение

В ходе проделанной работы был произведён расчёт и проектирование заданных режущих инструментов, разработаны их рабочие чертежи, приведенные в приложении с указанием предельных отклонений размеров деталей и шероховатостей на поверхности инструмента.

1. Протяжки для обработки отверстий/ Д. К. Маргулис, М. М. Тверской, В. Н. Ашихмин и др. — М.: Машиностроение, 1986. — 232 с.

2. Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Проектирование и производство металлорежущих инструментов» / Сост.: И. А. Малышко, С. Л. Толстов. -Донецк: ДПИ, 1991.-39с.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

4. Расчет зуборезных инструментов. Романов В. Ф. М.: Машиностроение, 1969, стр. 251.