Проектирование режущего инструмента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТАНациональный аэрокосмический университет им. М.Е. Жуковского"Харьковский авиационный институт"

Расчетно-пояснительная записка к домашнему заданию по дисциплине «Инструментальное обеспечение производства»

ХАІ.204.255.12 В.6 051 102.07002165 ПЗ

• Введение
• 1.Расчет и конструирование круглого фасонного резца
• 2.Расчет спирального сверла с коническим хвостовиком
• 3.Расчет насадного цельного зенкера
• 4.Расчет машинной цельной развертки
• 5.Расчет цельной червячной фрезы

6. Расчет чашечого зуборезного долбяка

• Список использованной литературы

Производство инструментов чаще всего отличается большой номенклатурой и большим количеством типоразмера изготавливаемого инструмента. Оно развивается по двум направлениям:

1)Стандартный инструмент в основном изготавливается в условиях массового и крупносерийного производства на специальных инструментальных заводах;

2)Инструмент специальной конструкции производится чаще всего небольшими партиями в инструментальных цехах машиностроительных и приборостроительных заводов.

Значительный рост выпуска стандартного инструмента и снижение его стоимости можно обеспечить за счет увеличения концентрации изготовления инструмента на специализированных заводах.

Концентрации производства инструмента на специализированных заводах должна предшествовать большая работа, связанная с унификацией инструмента и уменьшением его типажа.

Все виды режущих инструментов состоят из двух основных частей — рабочей части, содержащей лезвия и выглаживатели (при их наличии), и крепежной части, предназначенной для установки и закрепления режущего инструмента на технологическом оборудовании или приспособлении (различного вида хвостовики, посадочные отверстия).

Оптимизация процесса резания предполагает назначение величины углов заточки инструмента в зависимости от конкретных свойств обрабатываемого материала и специфики относительных рабочих движений заготовки и режущего инструмента.

Большинство конструкций металлорежущих инструментов является составными. Рабочую часть инструмента изготавливают из инструментальных сталей, а крепежную из обычных конструкторских (сталь 45, 50, 40Х и т. п.). Исключение составляют мелкоразмерные и слесарные инструменты, изготавливаемые из углеродистых инструментальных сталей (ГОСТ 14 358−73) и легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950−73). Рабочая часть инструмента в виде пластин или стержней из быстрорежущей стали (ГОСТ 19 265−73) присоединяют к крепежной части с помощью сварки.

1. Расчет и конструирование круглого фасонного резца

Круглый фасонный резец является телом вращения, у которого вырезан угловой паз, для создания передней плоскости и пространства для схода стружки. Ось резца устанавливается выше оси детали, поэтому на фасонной режущей кромке создаются положительные задние углы

Круглые резцы более технологичны в изготовлении и допускают большее число заточек. Эти резцы имеют кольцевые и винтовые образующие. Материалом для круглых резцов служит преимущественно быстрорежущая сталь. Для закрепления круглых фасонных резцов в державку у торцовых поверхностей этих резцов предусматривают рифления, отверстия под штифт или пазы на торце. Конструктивные и габаритные размеры фасонных резцов можно выбирать в зависимости от наибольшей глубины профиля изготовляемой детали по таблицам.

Задание:

Рассчитать и сконструировать круглый фасонный резец для обработки заготовки из прутка диаметром D₃, представленном на рисунке 1.1. Перед обработкой заготовки из стали подготавливают канавку под последующее отрезание, таблица 1.1. Материал заготовки сталь 45Х (МПа).

Профиль резца определить графическим способом.

Рисунок 1.1. Эскиз детали

Исходные данные приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Исходные данные

Аналитический (коррекционный) расчет профиля резца Пусть контур фасонной детали задан узловыми точками 1, 2, 3, 4, 5, 6 осевые расстояния между ними l₁, l₂, l₃, l₄.

По рекомендациям [2, с. 79 т.36] назначаем задний угол, передний угол .

Примечание: для расчетов обозначим:

Задача при аналитическом расчете формы и размеров профиля рабочей части дискового фасонного резца сводится к нахождению радиусов R₁, R_2-3, R₄₋₅ и R₆

где R₁=25мм, из пособия [2, с. 77 т.34].

1);

2)

А₁=13cos20^o=12,214 мм;

А₂₋₃=16cos20^o=15,033 мм;

А₄₋₅=12,5cos20^o=11,745 мм;

А₆=10,725cos20^o=10,077 мм

3)

4);

мм;

мм;

мм;

мм

5)

мм;

мм;

мм

6)мм;

мм;

мм;

мм

7)мм;

8), где ;

; мм;

; мм;

; мм По размерам детали и найденным R₁, R_2-3, R₄₋₅ производим построение нормального профиля резца, геометрические размеры которого представлены в таблице 1.2. На рисунке 1.2. представлено графическое построение профиля круглого фасонного резца.

Таблица 1.2 — Геометрические размеры нормального профиля резца

Результаты расчетов приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Результаты расчетов

Рисунок 1.2 — Графическое построение профиля круглого фасонного резца

Графический способ определения профиля резца

1) Передний и задний углы резца:, .

2) Строим профиль детали (рис. 1.2). Из точки 1 под углом проводим след передней поверхности резца (1М).

3) Соединим центр резца с точками 1, 6, 4−5, 2−3. Получим ряд прямоугольных треугольников, имеющих общий катет и .

4) Проводим дополнительные построения аналогично призматическому резцу.

5) Обозначим точки пересечения соответствующих окружностей со следом передней поверхности резца через

6) Из этих точек проводим линии, параллельные задней поверхности резца.

7) Строим профиль резца в нормальном сечении, т. е. в сечении перпендикулярном к его задней поверхности (сечение А-А):

а) проводим линию ММ;

б) откладываем осевые размеры l₁, l₂, l₃, l₄, которые соответствуют осевым размерам обрабатываемой заготовки;

в) откладываем на горизонтальных линиях, параллельных линии ММ, отрезки, равные расстояниям между линиями, параллельными задней поверхности резца, находим точки 1'', 2'', 3'', и, соединяя их прямыми, получаем профиль резца в нормальном сечении.

8) Габаритные и конструктивные размеры дискового резца для наибольшей глубины профиля заготовки выбираем из табл. 34. Из рисунка 1.1 видно, что мм.

9) Твердотельная модель резца представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 — Дисковый фасонный резец

10)На основе проведенных расчетов выполняем рабочий чертеж фасонного круглого резца [2012.Продеу.255.04.01].

2. Расчет спирального сверла с коническим хвостовиком

резец сверло развертка фреза

Задание:

Рассчитать и сконструировать спиральное сверло из быстрорежущей стали для обработки сквозного отверстия диаметром D=35мм и глубиной сверления l=70 мм

1)Диаметр рабочей части по ГОСТ 10 903–77 D=35 мм; указанный диаметр имеется.

2)Определяем режимы резания по нормативам:

а)находим подачу по [1, с. 277 т.25] S=0,85мм/об.

б)находим скорость резания

С_v=17,1; q=0,25; у=0,4; m=0,125; Т=170 мин.

К_мv=(190/HB) ^nv=(190/229)^1,3=0,78

К_иv=1, К_lv=1

м/мин

3)Осевая сила

С_р=42,7; q=1; у=0,8

4)Момент сил сопротивления резанию (крутящий момент)

C_m=0,021; q=2; у=0,8

5)По ГОСТ 10 903–77 [1 с. 150, табл.42] выбираем Конус Морзе № 4_.

6)Определяем длину сверла. Общая длина сверла; длины рабочей части принимаем по ГОСТ 10 903–77 [1, с. 149 т.42]: .

7)Определяем значение геометрических и конструктивных параметров режущей части сверла.

— Угол наклона винтовых канавок: щ=30⁰ [2,с. 130, т.49].

— Угол при вершине [2, с. 130, табл.49]: 2ц=118⁰.

— Задний угол б = 8є.

— Угол наклона перемычки ш = 55є [2,с. 129].

— Размеры поперечной кромки а=6 мм, l=10 мм, l₁=4 мм.

— Шаг винтовых канавок:

мм.

8)Диаметр сердцевины у режущей части сверла в зависимости от диаметра сверла [2,с. 133]

d_c=D (0,14.0,25)

— принимаем толщину сердцевины у переднего конца сверла равной:

d_c=D0,14=350,14=4,9 мм;

— утолщение сердцевины по направлению к хвостовику составляет 1,4.1,8 мм на 100 мм длины рабочей части сверла, принимаем 3,3 мм.

9)Обратная конусность 0,06 мм на 100 мм рабочей части. Принимаем 0,12.

10)Ширина ленточки f₀=3,0 мм, высота затылка по спинке К=1,5 мм [2, с. 134,т.51].

11)Определяем ширину пера В=0,58D=0,5835=20,3 мм [2, с. 134,т.51].

12)Геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла определяют графическим и аналитическим способом.

Большой радиус профиля:, где

— коэффициент, учитывающий влияние углов;

— коэффициент, учитывающий влияние диаметра перемычки;

где D_Ф — диаметр фрезы, С_Ф — коэффициент, учитывающий влияние канавочной фрезы, D — диаметр сверла. При диаметре фрезы величина .

Следовательно

мм,

Меньший радиус профиля:

где

где

мм

Ширина профиля:

мм

Рис. 2.1. Профиль канавочной фрезы.

13)Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла по ГОСТ 885–77. Допуск на общую длину сверла равен удвоенному допуску по 14-му квалитету с симметричным расположением предельных отклонений по ГОСТ 25 347–82.

14)Твердотельная модель сверла представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Сверло спиральное

15)На основе проведенных расчетов выполняем рабочий чертеж спирального сверла с коническим хвостовиком [2012.ПРОДЕУ.255.04.02].

3. Расчет насадного цельного зенкера

Задание:

Рассчитать и сконструировать насадной цельный зенкер из быстрорежущей стали Р6М5 для обработки отверстия из стали 20 с =900 МПа (90 кгс/мм²). Глубина резания l=3d. Основные размеры зенкера выбрать по ГОСТу 12 489−71. Начертить оправку для зенкера, использовав ГОСТ 9472–83.

Диаметр зенкера d=25 мм, d¹=21 мм — диаметр предварительно просверленного отверстия.

1)Диаметр зенкера D принимают равным диаметру обрабатываемого отверстия с учетом допуска [5, с. 588 т.7]. По ГОСТ 1677–67 принимаем для «зенкера № 2» отклонения .

2)Определяем геометрические и конструктивные параметры режущей части зенкера по [1, с 155, т.48]

— Задний угол на главной режущей кромке 10?, на калибрующей — 8⁰.

— Передний угол =0?.

— Угол наклона винтовой канавки =10?.

— Шаг винтовой канавки =3,14· 25·ctg10є=1425 мм.

— Главный угол в плане =60?, угол в плане переходной кромки .

3)Конструктивные элементы зенкера [1,с.153, табл.47] и по ГОСТ 12 489–71.

4)Число зубьев Z=4.

5)Размеры профиля винтовой канавки выбираем по табл.55 [2,с.140].

Рис. 3.1. Сечение зенкера.

6)Твердотельная модель зенкера представлена на рисунке 3.2.

Рис. 3.2. Зенкер насадной.

7)На основе проведенных расчетов выполняем рабочий чертеж насадного цельного зенкера [2012.ПРОДЕУ.255.04.03].

4. Расчет машинной цельной развертки

Задание:

Рассчитать и сконструировать машинную цельную развертку из быстрорежущей стали Р6М5 для обработки сквозного отверстия диаметром D=27С. Обработка производится после чернового развертывания (диаметр предварительного отверстия — d=26,94 мм). Размеры выбрать по ГОСТ 1672–80.

Обрабатываемый материал: сталь 50ХН, у_в=1100 МПа.

1)Определяем исполнительные размеры рабочей части развертки для отверстия с D₀=27;

— максимальный диаметр развертки D_max=D_omax-0,15IT;

— минимальный диаметр развертки D_min = D_omin -0,35IT;

где 0,15IT = 0,150,009=0,135 мм;

0,35IТ = 0,350,009=0,315 мм;

откуда D_mах=27,018−0,135=27,1 665 мм;(?27,017)

D_min=27,009−0,315=27,585 мм.(?27,006).

2)Геометрические и конструктивные параметры режущей части развертки по [1, с. 160, т.53]

— передний угол г =0⁰

— задний угол б =8⁰

— главный угол в плане ц=60⁰

— канавка прямая

Основные размеры канавки: [2, с. 152 т. 64].

Тип канавки — Б.

f=0,3 мм, f₁=1,3 мм, R=20 мм, r=1 мм.

На калибрующей части развертки цилиндрическая фаска, величиной 0,1 мм.

Рис. 4.1. Эскиз стружечной канавки.

3)Обратную конусность принимаем равной 0,05 мм.

4)Длина заборной части развертки:

где — диаметр заборной части

m =2 мм — длина направляющего конуса,

мм.

5)Число зубьев развертки принимаем Z=8.

6)Выбираем угловой шаг зубьев по [2, с. 151 т. 63]

W₁=33⁰15^/, W₂=34⁰32^/, W₃=36⁰00^/, W₄=37⁰28^/, W₅=38⁰45^/

7) Габаритные размеры:

L=210 мм — длина развертки, l=45 мм — длина рабочей части.

Конус Морзе № 5.

8)Твердотельная модель развертки представлена на рисунке 4.2.

Рис. 4.2. Развертка машинная цельная.

9)На основе проведенных расчетов выполняем рабочий чертеж развертки [2012.ПРОДЕУ.255.04.04].

5. Расчет цельной червячной фрезы

Задание:

Рассчитать и сконструировать цельную червячную фрезу для обработки цилиндрических зубчатых колес модуля m=4 мм с углом зацепления. Материал заготовки колеса — сталь 40ХН с =950 МПа. Обработка производится на зуборезном станке модели 5К32П. Степень точности обрабатываемых колес — 6^-я, тип конструкции фрезы — 1. Основные размеры принять по ГОСТ 9324–80.

1) Основные размеры фрезы выбираем по ГОСТ 9324–80 тип 2510−4194.

L = 180 мм — длина фрезы,

l₁ = 6 мм — длина буртика,

d₁ = 95 мм — диаметр буртика,

d = 60 мм — диаметр посадочного отверстия,

180 мм — наружный диаметр.

Число зубьев (стружечных канавок) Z = 20.

2) Размеры профиля зубьев в нормальном сечении:

— шаг профиля зуба в нормальном сечении:

р_n0 = mk₁=3,1441 = 12,56 мм;

где k₁ = 1 — число заходов фрезы.

— толщина зуба в нормальном сечении:

S _n = m/2 = 3,144/2 = 6,28 мм.

— высота головки зуба:

h_a = m = 4 мм.

— высота ножки зуба:

h_f = 1,25m = 1,25 4= 5 мм.

— высота зуба фрезы:

h = h_a + h_f = 4 + 5 = 9 мм.

— радиус закругления на ножке фрезы:

r₂ = 0,25m = 0,254 = 2,5 мм.

— толщина зуба на вершине:

S_a = S_n — 2h_ftg 20 = 6,28 — 2 5tg20 = 6,6 мм.

3) Геометрические параметры режущей части фрезы:

Задний угол в нормальном сечении находим по формуле:

tg_б = tg_бsin = tg10sin20 = 0,06, откуда _б = 3,4.

Величина затылования рассчитывается по формуле:

K = d_a0tg_a0/Z₀ = 3,14180tg10/12 = 8,31 мм.

Угол подъема винтовой линии червяка на делительном цилиндре определяется из соотношения:

sin = m/d_t = 4/157,92 = 0,0633 откуда = 3,63,

где d_t = d_a0 — 2m — 0,25K = 180−24−0,258,31 = 157,92 мм — делительный диаметр.

Шаг винтовой канавки:

S_k = d_t/tg = 3,14 157,92/tg3,63 = 7820 мм.

Шаг витков по оси t_oc = р_n0/cos = 31,4/cos3,63 = 31,46 мм.

4) Элементы стружечных канавок фрезы:

Глубина канавки для фрез с нешлифованным профилем:

H = h + K + r = 9 + 8,31 + 2 = 19,31 мм,

где r — радиус закругления дна канавок.

Угол профиля канавки = 18.

5) Для облегчения шлифования зуба на дне канавки делают паз шириной 0,75S_a=4,95 мм и глубиной 0,5 мм. Радиус скругления острых кромок 0,6.

6) Размеры посадочного отверстия и шпоночного паз выполняются по ГОСТ 9472–60 (см. [2, с. 158 т.79]).

7) Твердотельная модель фрезы представлена на рисунке 5.1.

Рис. 5. Фреза червячная.

8) Чертеж фрезы представлен на листе [2012.ПРОДЕУ.255.04.05].

6. Расчет чашечого зуборезного долбяка

Задание. Рассчитать и сконструировать чашечного зуборезный долбяк для нарезания зубчатых колес с модулем. Угол зацепления. Номинальный делительный диаметр долбяка. Диаметр посадочного отверстия. Материал заготовки сталь 45 175 НВ. Степень точности нарезаемых колес — 6. Основные размеры принять по ГОСТ 9323–79.

1. Число зубьев долбяка

2. Геометрические параметры режущей части для чистового долбяка бв=60; бос=203'; гв=50.

3. Допустимое смещение передней поверхности от исходного сечения, где жmax — коэффициент смещения на долбяке, мм.

Sе'=0,35*m=0,35*4=1,4 мм.

Sе' - минимально допустимая толщина зуба, мм

По [2, рис 71. стр.209] принимаем жmax=0,9 мм, мм

4. Размеры зуба долбяка в расчетном сечении:

высота головки зуба h'=1,25*m=5 мм;

высота ножки зуба h''=1,25*m=5 мм;

общая высота зуба h=h'+h''=5+5=10 мм.

5. Диаметр окружности впадин долбяка

Dt=De-2*h=84,29−2*10=64,29 мм.

Диаметр окружности долбяка

De=Dt+2*h'+2*a*tgбв=80+2*5+2*8,56*tg60=84,29 мм.

6. Толщина зуба по дуге делительной окружности на расстоянии, а от расчетного сечения мм

7. Основные и конструктивные размеры долбяка, а также технические требования к нему принимаем по ГОСТ 9323–60.

По результатам проведенных расчетов выполняем чертеж чашечного долбяка с указанием технических требований (2012.ПРОДЕУ.255−06). На рисунке 6 показана 3D модель чашечного долбяка.

Рисунок 6 — 3D модель чашечного долбяка

1. Справочник технолога-машиностроителя. Под редакцией А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова, т.2, Москва, «Машиностроение», 1986 г. — 496 с.

2. Нефедов Н. А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. Изд. 2-е, перераб. и доп., М., «Машиностроение», 1969 г. — 336 с.

3. Конспект лекций по дисциплине «Инструментальное обеспечение производства».

4. Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. Справочник. — М.:Машиностроение, 1971, — 380 с.

5. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Под ред. Панова А. А. — М.: Машиностроение, 1988, — 735 с.

6. Фрезы червячные чистовые однозаходные для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Технические условия. ГОСТ 9324–80 (СЭВ 1795−79).