Проектирование режущих инструментов

1. Проектирование фасонного резца

1.1 Исходные данные

Чертёж детали с указанием размеров и допусков на них, материал заготовки сталь 45.

Таблица 1 — Численные значения диаметров детали с допускаемыми отклонениями

1.2 Выбор геометрии

Задний угол б для круглых резцов выбирается в пределах 10 — 12?. У призматических он может быть несколько больше, 12 -15? (в данном случае принимаем б = 12?). Эти значения заднего угла выбираются по отношению к характерной точке. В других точках режущей кромки, по мере удаления от центра детали, задний угол непрерывно возрастает.

Передний угол выбирается в зависимости от обрабатываемого материала. При обработке стали г = 5 — 20? (в данном случае принимаем г = 5?). Значение переднего угла задаётся в характерной точке. При удалении от центра детали он уменьшается. Поэтому в характерной точке назначают его максимальное рекомендуемое значение.

1.3 Графическое построение профиля

Построение профиля производим в следующей последовательности:

Производим построение видов спереди и сверху обрабатываемой детали.

продлеваем образующую конической поверхности вверх, поводим прямую, проходящую через точки 1 и 2.

на эту образующую проецируем образующие других поверхностей. Таким образом получаем точки 3', 4', 5'.

спроецированые точки переносим на горизонтальный диаметр.

Соединяем точки 1₁ и 2_1.

Из точки 3' проводим луч под углом г к горизонтальному диаметру до пересечения с окружностью, на которой лежит точка 3. Получаем точку 3₁

Соединяем точки 2₁ и 3_1.

Из точки 4' проводим луч под углом г к горизонтальному диаметру до пересечения с окружностью, на которой лежит точка 4. Получаем точку 4₁

Соединяем точки 3₁ и 4₁

Аналогичным методом строим точку 5_1.

— Из характерной точки под углом б к горизонтальному диаметру проводим луч. От этой точки на луче откладываем радиус резца. Наружный радиус резца выбираем по таблице в зависимости от глубины профиля детали. Для данной детали глубина профиля t = 13 мм. Определяем D=80мм, d=22мм, d₂=40мм, l₂=4мм. Определяем центр круглого фасонного резца. Проводим из точек на режущей кромке резца окружности радиусами, равными расстояниям от этих точек до центра резца.

— Проводим плоскость нормальную к задней поверхности.

— Разворачиваем сечение нормальной плоскостью в горизонтальное положение.

— Строим профиль фасонного резца: для этого сносим точки, находящиеся на режущей кромке, до пересечения с соответствующими точками, располагающимися на образующих детали. Получаем точки 1″, 2″, 3″, 4″, 5″. Соединяя эти точки в соответствующей последовательности получаем профиль режущей кромки резца в нормальной плоскости к задней поверхности.

1.4 Аналитический расчёт профиля

Графическое построение профиля наглядно показывает, на каких участках режущей кромки резца образуются кривые линии. При разработке рабочего чертежа эти участки заменяются дугами окружностей или прямыми линиями. Для этого необходимо рассчитать параметры заменяющих окружностей. Поэтому в процессе аналитического расчёта определяются координаты не только узловых точек, а и дополнительных промежуточных точек на криволинейных участках.

Осевые размеры детали и резца не изменяются. У резца (по сравнению с деталью) изменяются форма и глубина профиля. Поэтому, фактически, необходимо рассчитать одну координату каждой точки профиля резца.

Определяются расчётные диаметры поверхности d_д детали с таким расчётом, чтобы поле допуска на размер профиля инструмента располагалось посредине поля допуска на соответствующий размер детали, а отклонения на профиль инструмента отсчитывались «в металл». Тогда:

d_д = d_и + es (0,5 + 0,5k) + ei (0,5 + 0,5k), (1)

где: k = 0,25…0,33, коэффициент, учитывающий соотношение поля допуска размера инструмента и образованного рассматриваемым участком кромки размера детали.

Определяются расчётные радиусы:

r_i = d_дi / 2. (2)

Находят угол между образующей участка профиля с характерной точкой и осью детали:

tgи = (r_max — r_min) / ?_и, (3)

где: r_max, r_min — предельные радиусы на рассматриваемом участке профиля детали;

?_и — длина этого участка.

Угол л определяют по формуле:

tgл = tgи · Sinг. (4)

Далее находят промежуточные параметры:

А_i = r_i + ?_i · tgи, (5)

и координаты точек режущей кромки резца в системе координат с началом в характерной точке

(6)

(7)

По координатам x_i y_i рассчитывается профиль призматического резца по формуле:

X_N = x_ki · Cosб + y_ki · Sinб (8)

Аналитический расчёт профиля производим на ЭВМ с помощью программы Re. exe (составитель С. В. Швец, Сумы 1993 г. «Расчёт профиля фасонных резцов»).

Исходными данными для пользования программой являются:

1. Количество узловых точек — 5

2. Геометрия в характерной точке: б = 12?, г = 5?

3. Радиус детали в 1 точке = 11

4. Расстояние от базы точки 1 = 0

5. Радиус детали в 2 точке = 17,5

6. Расстояние от базы точки 2 = 30

7. Радиус детали в 3 точке = 17,5

8. Расстояние от базы точки 3 = 72

9. Радиус детали в 4 точке = 14

10. Расстояние от базы точки 4 = 72

11. Радиус детали в 5 точке = 14

12. Расстояние от базы точки 5 = 95

13. Тип резца — круглый

14. Лямбда не равна нулю

15. Номер характерной точки — 1

16. Номер точки, расположенной на торце конического участка, противоположном торцу с характерной точкой резца — 2

Полученные результаты показаны на рисунке 1. Далее с помощью этой же программы производим уточнение профиля резца на участках: 2−3, 4−5 (при этом формы образующих рассматриваемых участков поверхностей являются прямолинейными). Полученные результаты показываем для всех участков профиля на рисунке 2, соответственно а, б.

Рисунок 1 — Аналитический расчёт профиля режущей кромки на ЭВМ а) б) Рисунок 2 — Уточнение профиля резца с помощью программы, для участков режущей кромки: а) 2 — 3; б) 4 — 5

Таблица 2 — Сравнение результатов графического и аналитического методов профилирования

1.5 Конструкторская доработка инструмента

При удалении от центра детали, на некоторых участках режущей кромки передний угол может несколько уменьшиться, что его значение будет меньше нижнего придела. В этом случае рекомендуется на передней поверхности делать лунку радиусом 5 — 6 мм с ленточкой, шириной 0,2 — 0,3 мм у режущей кромки.

Величина переднего угла в любой точке режущей кромки определяется по формуле:

(9)

Для устранения трения по задней поверхности на участках перпендикулярных к оси детали, на этих участках делают небольшое поднутрение (? 2?) или оставляют ленточку 0,2…0,3 мм.

Общая длина резца устанавливается следующим образом. Со стороны открытого конца заготовки расчётный профиль резца увеличивают с учётом допуска на заготовку и погрешности её установки. Для избежания острых углов эта сторона резца может снабжаться цилиндрическим пояском длиной 2 — 3 мм. С противоположной стороны делают выступающий поясок, шириной 3 — 6 мм, для подготовки поверхности под отрезной резец. Боковые стороны выступа срезают под углом 15?.

Участки режущей кромки между некоторыми точками m и n, которые должны соответствовать части эллипса, параболы или гиперболы, заменяют дугой окружности.

Заменяющая окружность проходит через точки n (0;0), а (x_а; y_а), m (x_m; y_m).

Координаты центра заменяющей окружности и ёе радиус определяются по формулам:

(10)

(11)

(12)

Координаты точек a и m:

(13)

(14)

(15)

(16)

Радиус заменяющей окружности может оказаться настолько большим, что погрешность формы детали от замены криволинейного участка режущей кромки на прямолинейный будет в пределах допуска. Максимальное отклонение криволинейной кромки от прямолинейной определяется по формуле:

(17)

где: ?_{n, m} — длина участка детали между точками n и m.

Если максимальное отклонение окажется меньшим одной трети допуска, то соответствующую режущую кромку можно делать прямолинейной.

Производим расчёт необходимости замены прямолинейных участков режущей кромки — дугами окружностей.

Рассматриваем участок 2 — 3 (см. рисунок 3). Допуск на соответствующий размер обрабатываемой поверхности ш30j_s9 составляет: Td = 52 мкм. Согласно формул (13) — (16), определяем координаты точек, принадлежащие заменяющей окружности, т. е.:

x_m = 42; x_a = 21; y_m = 6.5012 — 6.3308 = 0,1704 (см. таблицу 2); y_a = 0.0918.

Подставляя полученные данные в формулы (10) — (12), получаем координаты центра заменяющей окружности и её радиус:

x₀ = 156.547 мм, y₀ = 33 409,552 мм, мм.

Определяем максимальное отклонение криволинейной кромки от прямолинейной по формуле (17):

мм, где: =42/sin (0.23 245) = =0,17 039 мм (при и = 0,23 245?).

Получаем Д? 0 < 17 (где 17 = 52/3) мкм. Следовательно, можно сделать вывод, что для получения необходимой точности выполняемого размера не обязательно заменять прямолинейный участок режущей кромки дугой окружности (см. рисунок 1).

Рисунок 3 — Эскиз к расчёту необходимости замены прямолинейного участка режущей кромки — дугой окружности Аналогично определяем необходимость замены прямолинейного участка режущей кромки — дугой окружности для участка 3 — 4 режущей кромки. Допуск на соответствующий размер обрабатываемой поверхности ш50h14 составляет: Td = 620 мкм. Определяем координаты точек, принадлежащие заменяющей окружности, т. е.:

x_m = 23; x_a = 11,5; y_m = 0,0423 (см. таблицу 2); y_a = 0,0235.

Подставляя полученные данные в формулы (10) — (12), получаем координаты центра заменяющей окружности и её радиус:

x₀ = 63,25 мм, y₀ = 28 138,37 мм,

мм.

Определяем максимальное отклонение криволинейной кромки от прямолинейной:

мм, где:

=23/sin (0.10 537) = 0,42 298 мм (при и = 0.10 537?).

Получаем Д? 0 < 17 (где 17 = 52/3) мкм. Следовательно, можно сделать вывод, что для получения необходимой точности выполняемого размера нет необходимости заменять прямолинейный участок режущей кромки дугой окружности.

Допуски на размеры инструмента составляют 0,33…0,25 допуска на соответствующий размер детали (т.е. Tx_i = k · Td_i). Принимаем k = 0,25. Результаты расчётов записываем в таблицу 3.

Таблица 3 — Допуски на размеры профиля резца

2. Проектирование шпоночной протяжки

Задание: Требуется обработать шпоночной протяжкой шпоночный паз 45×25 в отверстии диаметром 200 мм, и длиной 60 мм, соединение свободное.

Материал обрабатываемой детали — Сталь 45 с твердостью НВ260.

Материал протяжки — Р6М5, протяжка с приваренным хвостовиком.

Принимаю протяжку с утолщенным телом и хвостовиком по ГОСТ 4043-*

Рисунок 4 — Геометрические параметры шпоночной протяжки в поперечном сечении Суммарный подъем протяжки:

Где УДhрасстояние от края отверстия до дна канавки, D — диаметр отверстия, f₀ — величина стрелки [1, стр 241]

где b — ширина шпоночного паза Ширина тела B:

Ширина зубчатой части:

Где b_в — наибольшая допустимая ширина шпоночного паза на изделии,

д_в — наибольшее разбивание по ширине шпоночного паза.

Подача на зуб [1 стр 65]: S_z=0,13 мм/зуб

Шаг зубцов [1 стр.75]: t=12

Число одновременно работающих зубцов: z_i=5

Размер стружечной канавки [12 стр.68]:

h₀=4,5; g=5; r=2,5; F_a=15,9 мм²

Коэффициент заполнения впадины:

Передние и задние углы: [12 стр.83]

г=15°, б=4 — 7°

Высота режущего выступа:

Где h₀ — глубина стружечных канавок Сила протягивания [12 стр. 127]

C_p=250, S_z^x=0,13^0,85=0,176, k_г=0,93; k_c=1; k_u=1.

k_г, k_c, k_u — поправочные коэффициенты, характеризующие влияние переднего угла, состав смазочно-охлаждающей жидкости и степени износа зубъев протяжки

Cp — постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и формы протяжки

Высота сечения по первому зубцу при [у]=20 кг/мм² для протяжек из стали Р6М5

;

Из конструктивних соображений принимаю h₁=100 мм

Высота сечения по последнему режущему зубцу

Количество режущих зубцов

;

Принимаю z_р=102 зубъев

Длина режущей части

L_p=t*z_p; L_p=12*102=1224 мм.

Угол бокового поднутрения ц=1°30', переходные кромки высотой 0,6 мм и углом 45°

Хвостовик плоский по ГОСТ 4043-*.

Рисунок 5 — Хвостовик шпоночной протяжки.

а = 22, l_x = 25, F = 10, b₁ = 18, l₁ = 80.

F_x=18×100=500 мм²;

Напряжение в материале хвостовика

;

Калибрующая часть

Высота зубцов h_p=112,97 мм

Количество зубцов [12 стр.94] z_k=4

Шаг t_k=0,6*t=0,6*12 мм= 7,2 мм

Длина

Стружечная канавка такая же как и у режущих зубцов, фаска f_k=0,2 мм

Длина гладкой части с учетом, что протяжка будет работать с отключением от станка:

L_n=L+L_p+L_k

Для станка 7Б510 L=280+60=340мм

L_n=340+1224+32,4=1596,4

Длинна протягивания меньше максимального хода поршня для станка 7Б520

Высота сечения по последнему режущему зубцу

Калибрующая часть

Высота зубцов h_p=115,83 мм

Количество зубцов [12 стр.94] z_k=4

Шаг t_k=0,6*t=0,6*12 мм= 7,2 мм

Глубина паза в направляющей оправке

H=h₁+f₀;

H=2,57+100=102,57 мм.

3. Проектирование машинного метчика

Задание: Рассчитать и сконструировать машинный метчик для нарезания сквозных отверстий с метрической резьбой М16−6G

1. Основные конструктивные и габаритные размеры машинных метчиков выбираем по ГОСТ 17 933–72: длина метчика L=102мм, длина режущей части l=32 мм, диаметр хвостовика d₁=12.5 количество перьев z=3; размеры квадрата хвостовика: a=10h12, l₂=20.

2. Исполнительные размеры резьбы и допуски размеров метчика определяем по формулам:

Наружный диаметр:

Наибольший

Наименьший

Средний диаметр:

Наибольший

Наименьший

3. Допускаемое отклонение для половины угла профиля резьбы 20' (ГОСТ 16 925−71).

4. Допустимое отклонение шага на длине до 10 мм — 30 мкм, на длине до 25 мм — 50 мкм.

5. Определяем угол ц режущей части по формуле:

(33)

Подставляя значения, получаем: tgц = (16 -13,835) / 2 ?12? 0,090.

Arctg (0.09) =5⁰10'

6. Коэффициент затылования определяется формулой:

(34)

Следовательно: К = 3,14? 16? tg (4) / 3 = 1,74 мм.

7. Профиль и размеры канавки метчика выбираем по приложению 1 к ГОСТ 17 933– — 72. По найденным размерам строим профиль канавочной фрезы.

8. Технические требования даны в ГОСТ 14 034– — 74.

9. Выполняем рабочий чертёж метчика (КР РИ 00.00.44.02) с указанием основных технических требований.

Рисунок 6 — Схема расположения допусков на элементы резьбы гайки и метчика

4. Проектирование червячной фрезы

Задание: Спроектировать червячную фрезу для фрезерования шлицев:

d — 6×23g5x26x6d8.

Расчет профиля червячной фрезы производим на ЭВМ с помощью программы: «Расчет червячной фрезы для обработки шлицевого вала», составил Швец С.В.

По ГОСТ 1139–80, ГОСТ 25 346–82 выбираем исходные данные для программы.

а).

б).

в).

г).

д).

е).

ж).

з).

Рисунок 7 — Работа программы FR. exe

конструирование резец шпоночный метчик фреза

Согласно [5, табл.2] выбираем конструктивные параметры фрезы.

Таблица 4 — Конструктивные параметры червячной фрезы