Содержание
Введение. 4
1 Проектирование фасонного резца. 8
1.1 Исходные данные на проектирование:8
1.2 Определение размеров конструктивных элементов фасонного резца. 8
1.3 Определение углов режущей части резца. 10
1.4 Аналитический расчет профиля фасонного резца.11
1.5 Графический расчет профилей фасонных резцов. 14
2 Проектирование червячной модульной фрезы.. 16
2.1 Исходные данные на проектирование:16
2.2 Расчет червячной модульной фрезы.. 16
Заключение. 21
Литература. 22
Введение
Цель данного курсового проекта является расчет и конструирование инструмента для обработки деталей заданного профиля.
По форме и конструкции фасонные резцы делят на круглые (дисковые) призматические и стержневые. Призматические резцы отличаются от стержневых лучшими режущими свойствами и более высокой точностью обработки. Круглые резцы более технологичны в изготовлении и допускают большее число заточек. Эти резцы имеют кольцевые и винтовые образующие. Материалом для круглых фасонных резцов служит преимущественно быстрорежущая сталь. Для экономии быстрорежущей стали призматические резцы могут быть выполнены сварными. Резцы с пластинами из твердых сплавов применяют реже, чем резцы из быстрорежущей стали, вследствие значительной трудности шлифования их профиля и меньшего допустимого числа заточек.
Для закрепления круглых фасонных резцов в державку у торцовых поверхностей этих резцов предусматривают рифления, отверстия под штифт или пазы на торце. Круглые фасонные резцы закрепляют также затяжкой (благодаря силе трения).
Конструктивные и габаритные размеры фасонных резцов можно выбирать в зависимости от наибольшей глубины профиля изготовляемой фасонной детали.
Геометрические элементы лезвия фасонных резцов зависят от материала заготовки и подачи.
Круглые резцы для внутреннего фасонного растачивания, вследствие малых габаритных размеров, могут быть выполнены с хвостовиком, цельными или сварными. Для облегчения ввода резца в отверстие верхнюю часть резца срезают под углом 50°. Максимально допустимый диаметр резца не должен превышать 0,8d отверстия.
Для крепления фасонных резцов на станках могут быть применены державки и приспособления разнообразных конструкций, в зависимости от того, возможно ли их размещение на суппортах станков и каковы размеры посадочных мест, допустимые силы резания, а также погрешности, допущенные при установке и регулировании режущей кромки, относительно высоты центра заготовки.
Профиль фасонного резца, как правило, не совпадает с профилем исходной заготовки. Поэтому эти профили необходимо скорректировать. Профиль фасонного резца можно рассчитать двумя основными способами: аналитическим (расчетным) или графическим.
Червячная фреза представляет собой червяк, профиль витка которого соответствует профилю обрабатываемой детали, обрезанный в режущий инструмент прорезанием стружечных канавок и затылованием зубьев.
Фрезы, для получения одинаковых условий резания на обоих боковых сторонах зубьев, обычно проектируются с винтовыми стружечными канавками, угол наклона которых на делительном цилиндре берется равным углу подъема резьбы исходного червяка. При обработке осуществляется как бы зацепление исходного червяка и детали. Приближенно зацепление червячной фрезы и детали рассматривается как зацепление плоской рейки с деталью.
Процесс обработки червячными фрезами сводится к процессу нарезания зубчатых деталей гребенками и профиль червячной фрезы определяется в нормальном сечении, как профиль рейки, сопряженной с обрабатываемой деталью.
Червячные фрезы могут быть трех типов: архимедовы (с прямолинейным профилем в осевом сечении), эвольвентные и фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении (по витку или впадине). Архимедовы и эвольвентные червячные фрезы изготавливают, в основном, для фрезерования червячных колес, причем первые из них – архимедовы червячные фрезы – получили большее распространение, так как их проще изготавлять, чем эвольвентные фрезы.
Червячные фрезы с прямолинейным профилем в нормальном сечении получили широкое распространение для фрезерования цилиндрических колес с прямыми и винтовыми зубьями, и до настоящего времени они являются основным типом фрез для данного фрезерования. Наряду с этим для фрезерования цилиндрических колес находят применение архимедовы червячные фрезы с прямолинейным профилем в осевом сечении и даже с прямой канавкой. Кроме указанных типов червячных фрез, применяются конические червячные фрезы и глобоидальные фрезы.
Черновые червячные фрезы делают пониженной точности, часто с нешлифованным профилем зуба. Для повышения производительности черновые фрезы иногда делают двухзаходными. При увеличении числа заходов фрезы в определенное число раз, во столько же раз должна увеличиваться частота вращения нарезаемого колеса. Однако повышение производительности при применении двухзаходных фрез сравнительно невелико (до 20%), так как с увеличением угла наклона канавок резко ухудшаются условия резания на боковых сторонах профиля, и приходится снижать подачу. Применение трехзаходных фрез совершенно не оправдывается.
Чистовые червячные фрезы, как правило, изготовляют однозаходными, с прямолинейным профилем в нормальном или осевом сечениях. Чистовые фрезы изготовляют трех типов и четырех классов точности:
- тип I — цельные прецизионные класса точности АА;
- тип II — цельные общего назначения классов точности А, В и С;
- тип III — сборные классов точности А, В и С.
Фрезы класса АА используют для нарезания колес 7-й степени точности, класса А — 8-й степени, класса B – 9-й степени и класса С – 10-й степени точности.
Особо точные (прецизионные) червячные фрезы отличаются от чистовых тщательностью выполнения, жесткими допусками и увеличенным диаметром (увеличение диаметра приводит к повышению точности профиля фрезы).
Сборные червячные фрезы со вставными гребенчатыми ножами изготавливают для экономии инструментального материала. Корпус этих фрез из конструкционной стали, а гребенчатые ножи – из быстрорежущей стали или твердого сплава. Имеется много конструкций сборных червячных фрез.
Различные зубчатые детали фасонного профиля обрабатываются червячными фрезами на специальных зубофрезерных станках, широко распространенных в промышленности. Зубофрезерование червячными фрезами представляет непрерывный процесс, чем и объясняется его высокая производительность.
1 Проектирование фасонного резца
1.1 Исходные данные на проектирование:
материал заготовки – Сталь 38ХС;
форма фасонного резца – круглая;
размеры детали приведены на рисунке 1.
Рисунок 1. Эскиз детали
1.2 Определение размеров конструктивных элементов фасонного резца
Основные конструктивные элементы фасонных призматических резцов показаны на рисунке 2:
Рисунок 2. Основные конструктивные элементы
фасонного дискового резца с торцовыми рифлениями
Размеры конструктивных элементов фасонных дисковых резцов с торцовыми рифлениями определяются по таблице [1], в зависимости от наибольшей глубины профиля заготовки tmax
, который определяется по формуле:
,
где Dmax
, Dmin
– соответственно максимальный и минимальный диаметры детали.
Определенные размеры конструктивных элементов резца сведены в таблицу 1.
Таблица 1– Размеры конструктивных элементов резца
в, миллиметрах
| tmax
|
D
|
d
(H 8) |
d
1 |
b
max |
K
|
r
|
d
2 |
l
2 |
| 17 | 80 | 22 | 34 | 20 | 5 | 2 | 40 | 4 |
1.3 Определение углов режущей части резца
Фасонный резец должен иметь соответствующие задний α0
и передний γ0
углы, чтобы процесс снятия стружки проходил нормально. Значение переднего угла зависит от обрабатываемого материала, и выбирается по таблице [2].
Для стали 38ХС, имеющую предел прочности σв
=930 МПа принимают γ0
=5° .
Задний угол для дисковых резцов принимается равным 10 – 12° [2], принимаем α0
=10°.
При расчете и изготовлении фасонных резцов так же используется угол заострения β0
. Передний, задний углы и угол заострения связанны соотношением [1]:
α0
+ γ0
+ β0
= 90.
Из этого соотношения находим угол заострения:
β0
= 90° – α0
– γ0
β0
= 90° – 10 – 5 = 75°
1.4 Аналитический расчет профиля фасонного резца.
Для проведения расчета на чертеже детали, прежде всего, указываем базовые точки (рисунок 3), и выражаем все диаметральные размеры через радиусы, а линейные проставим от правого торца детали:
r
1
=12 мм;
r
2
=16 мм;
r
3
=29 мм;
l
1
=12 мм;
l
2
=40 мм;
l
3
=56 мм;
Рисунок 3. Эскиз детали с базовыми точками
Определяем сумму углов в базовой точке
S0
= a0
+ g0
,
где a0
– задний угол;
g0
– передний угол.
S0
= 10˚+ 5˚=15˚
Определяем расстояние от центра детали до плоскости передней поверхности
A
0
= r
баз
sing0
,
где r
баз
– наименьшем диаметре детали.
A
0
= 12sin5˚=1,045 мм
Определяем передний угол в текущей плоскости
,
где ri
– радиус детали в конкретной точке.
Определяем расстояние от текущей точки до оси
Bi
= ri
cos (g0
+ gi
)
B1,2
= 12 cos (5˚ + 5˚) = 11,817 мм
B3,4
= 16 cos (5˚ + 3,747˚) = 15,813 мм
B5,6
= 29 cos (5˚ + 2,065˚) = 28,779 мм
Определяем промежуточную величину
Ki
= ±( Bi
-
r
баз
)
K1,2
= ±( 11,817 -
12) = -
0,183 мм
K3,4
= ±( 15,813 -
12) = 3,813 мм
K5,6
= ±( 28,779 -
12) = 16,779 мм
Определяем глубину профиля в i
-ой точке
Определяем постоянную величину
C
0
= R
баз
cosS0
,
где R
баз
– наибольший радиус резца.
C
0
= 40 cos15˚ = 38,637 мм
Определяем расстояние от резца до передней плоскости
H
0
= R
баз
sin S0
H
0
= 40 sin 15˚ = 10,352 мм
Определяем вспомогательную величину
Ci
= C
0
- ti
C1,2
= 38,637 – (-0,183) = 38,454 мм
C3,4
= 38,637 – 3,827 = 34,81 мм
C5,6
= 38,637 – 16,843 = 21,794 мм
Определяем суммарный угол в текущей точке
Определяем радиус резца в текущей точке
Определяем глубину резца в радиальном сечении
Ti
= R
баз
+ Ri
T1,2
= 40 + 39,823 = 79,823 мм
T3,4
= 40 + 36,318 = 76,318 мм
T5,6
= 40 + 24,127 = 64,127 мм
Определяем задний угол в текущей точке
ai
= Si
- g0
a1,2
= 15,067˚ - 5˚ = 10,067˚
a3,4
= 16,561˚ - 5˚ = 11,561˚
a5,6
= 25,407˚ - 5˚ = 20,407˚
1.5 Графический расчет профилей фасонных резцов
Строим в левом углу чертежа профиль детали. Проектируем точки профиля на ось I - I, перпендикулярную к оси детали; получаем точки 1¢, 2', 3' и т. д. Из точки О
1
проводим окружности соответствующими радиусами r
1
, r
2
, r
3
. Задавшись определенными углами g и a, а также наружным диаметром резца, определяем центр резца О
2
, расположенный на линии II - II, построенный выше центра детали на величину Hu
= R
1
sina. Для этого раствором циркуля, равным наружному радиусу R1
фасонного резца, делаем засечку из точки 1, находящейся на пересечении горизонтальной оси I - I с окружностью радиуса r
1
. Точка О
2
пересечения линии II - II с засечкой, сделанной из точки 1, будет искомым центром окружности круглого резца.
Теперь проведем линию аМ
передней поверхности фасонного резца. Для этой цели из точки 1 проводим линию под углом g к линии I - I. Соединив точки пересечения 1, 2, 3, линии передней поверхности с соответствующими окружностями радиусов r
1
, r
2
, r
3
с центром О
2
фасонного резца, получим соответствующие радиусы фасонного резца R
1
, R
2
, R
3
.
Чтобы построить профиль фасонного резца в радиальном сечении, необходимо провести радиальную линию NN
, отложить вправо на линии, нормальной к NN
, размеры l1
и 12
(и т. д.), равные соответствующим осевым размерам детали (если ось круглого резца параллельна оси обрабатываемой детали). Из крайней точки 1' осевых размеров отложим параллельно линии NN
размеры Р
2
и Р
3
и равные разности соответствующих радиусов фасонного круглого резца (R
1
- R
2
и R
1
-R
3
). На пересечении линий, соответствующих размерам Р
2
и Р
3
, и линий, определяющих размеры l1
и 12
, получим точки 2"
и 3¢¢. Соединяя точки 1¢, 2¢¢ и 3¢¢ получим профиль фасонного резца в радиальном сечении.
После проведения расчетов и определения размеров профиля фасонного резца проектируют шаблоны и контршаблоны для контроля профиля резцов.
2 Проектирование червячно-модульной фрезы
2.1 Исходные данные на проектирование:
Модуль фрезы m = 3,5 мм;
Угол зацепления α = 20º;
Тип фрезы - фреза общего назначения.
2.2 Расчет червячной модульной фрезы
Расчет червячной модульной фрезы осуществляется в следующем порядке:
Выбор предварительно наружного диаметра фрезы dао
по ГОСТ 9324-80Е.
Наружный диаметр червячной фрезы можно выбрать по таблице [1]
Выбираем dао
=
80 мм.
Выбираем размеры профиля нарезки в нормальном сечении
Определяем шаг зубьев
Р
no
= π· m
Р
no
= 3,14 · 3,5=10,99 мм
Определяем ход зубьев фрезы
Pnz
=Pno
·
z
,
где z
– число заходов фрезы
Pnz
=10,99 · 1=10,99 мм
Определяем толщину зуба в нормальном сечении по делительной окружности
- для чистовых фрез,
где Sn
= π · m
/ 2 – толщина зуба колеса по делительной окружности
Определяем высоту головки зуба фрезы
,
где hf
1
– высота ножки зуба колеса, мм;
f
– коэффициент высоты;
Определяем высоту ножки зуба фрезы
Определяем высоту зуба фрезы
Определяем радиус закруглений головки и ножки зуба
Выбор геометрических параметров фрезы αв
, γ, αбо
Задний угол при вершине зуба αв
обычно αв
= 9…15°. Передний угол γ для чистовых фрез обычно принимается γ = 0.
Задний угол на боковых сторонах зубьев в нормальном сечении
,
где α – угол профиля исходного контура.
4 Определение диаметра посадочного отверстия фрезы
- для фрез общего назначения;
где do
– высота зуба фрезы, мм
Полученное значение do
округляется до ближайшего большего значения из нормального ряда, принимаем do
=32 мм.
Определяем диаметр окружности впадин
d
в
n
= 1,75 do
,
где do
– диаметр посадочного отверстия, мм
d
в
n
= 1,75 · 32=56 мм
Определяем число зубьев фрезы
Число зубьев фрезы принимается в зависимости от модуля и типа фрезы, принимаем zo
=10 [1].
Определяем величину затылования зуба фрезы
,
где dao
– наружный диаметр фрезы, мм;
zo
– число зубьев фрезы, мм;
αв
– задний угол при вершине зуба.
Полученное значение K
округляется до ближайшей большей величины, кратной 0,5 мм, принимаем K=
4 мм.
Определяем глубину стружечной канавки
Размеры стружечной канавки должны выбираться из условия свободного выхода затыловочного резца и шлифовального круга при изготовлении фрезы, размещения срезаемой стружки.
- для фрезы с не шлифованным профилем,
где ro
= 0,5 мм – радиус закругления дна стружечной канавки.
Округляем до целого числа Hk
= 13 мм.
Уточняем наружный диаметра фрезы dao
Принимаем dао
=
80 мм.
Выбираем угол стружечной канавки θ в зависимости от zo
Принимаем θ = 220
, т.к. zo
= 10.
Определяем диаметр начального цилиндра в начальном сечении
,
где hao
– высота головки зуба фрезы, мм;
K
– величина затылования, мм.
Определяем угол подъема витков фрезы на начальном цилиндре в расчетном сечении
,
где Pno
– шаг зубьев фрезы, мм;
dmo
– диаметр начального цилиндра фрезы в исходном сечении.
Выбираем угол наклона стружечной канавки λmo
Фрезы с углом подъема витка γmo
≤ 6° могут быть изготовлены с прямыми осевыми стружечными канавками.
γmo
= 2˚52΄ , следовательно λmo
= 0°
Определяем шаг стружечных канавок
Определяем ход витков фрезы
Определяем шаг витков фрезы
Определяем диаметр выточки в отверстии
Определяем диаметр буртиков фрезы
Определяем рабочую длину фрезы
,
где
- высота зуба колеса, мм;
Pxo
– осевой шаг витков фрезы, мм.
Определяем общую длину фрезы
,
где l
1
– длина буртиков l
1
= 4…6 мм, принимаем l
1
= 5 мм
Длина поясков на посадочном диаметре отверстия l
= (0,25…0,3)L
l
= 0,28 · 60,347=16,897 мм
Определяем размеры продольной шпоночной канавки используя литературу [3].
Диаметр посадочного отверстия do
= 32 мм;
Ширина шпоночного пазаb= 10 мм;
Расстояние t2
=3,8 мм.
Заключение
Произведен расчет фасонного дискового резца и червячной модульной фрезы.
Расчет профиля резца произведен двумя способами: расчетно-аналитическим, и графическим методами. Выполнен расчет профиля графическим методом с соответствующим оформлением на листе формата А3, а так же чертеж резца, на формате А3. Для контроля профиля данного резца представлен чертеж шаблона и контршаблона на листе формата А4.
Произведен расчет червячной модульной фрезы расчетно-аналитическим методом, и выполнен чертеж данной фрезы на листе формата А2.
Литература
1. Денисов В.Н. Проектирование инструмента. Метод. указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование инструментов» / В.Н. Денисов, Ю.В. Матвеев, П.Г. Павловский. – Пенза: Издательство Пензенский государственный университет, 2008 – 88 с.
2. Кирсанов Г.Н. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты»/ Под общ. Ред. Г.Н. Кирсанова – М.: Машиностроение, 1986 – 288 с.
3. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3-х т.: Т. 2 / 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992 – 784 с.
4. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. Учебник для машиностроительных техникумов. – М.: Машиностроение, 1976 – 530 с.
5. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. пособие для техникумов по предмету «Основы учения о резании металлов и режущий инструмент» / 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990 – 400 с.