Расчет и проектирование фасонного резца. Проектирование шаблона и контршаблона. Проектирование протяжки и патрона для крепления ее на станке. Расчет фасочной части протяжки. Аналитический расчет профиля фасонного резца. Углы режущих зубьев протяжки.
При низкой оригинальности работы "Проектирование и технология изготовления формообразующих инструментов", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Фасонные резцы работают в трудных условиях, так как все режущие кромки одновременно вступают в резание и создают большие усилия резания. Их применение не требует высокой квалификации рабочего, а точность обрабатываемых деталей обеспечивается конструкцией самого резца. Геометрические параметры режущей части - углы ? и ? - задают в базовой точке (или на базовой линии) режущей кромки в плоскости n, перпендикулярной базе крепления резца. Характерные точки 1, 2, 3... горизонтальной проекции детали переносят на горизонтальную ось вертикальной проекции детали, а затем радиусами, описанными из центра вертикальной проекции детали, переносят на след передней поверхности резца. 4 кроме профилирования, даны дополнительные режущие кромки резца, размеры которых могут быть учтены при оформлении его конструкции: S1-режущая кромка, подготавливающая отрезку детали от заготовки (как правило - прутка); вершина ее не должна выступать за пределы рабочего профиля резца, т. е. t - должно быть меньше (или равно) тмах.В результате выполнения курсового проекта были проведены расчеты и проектирование режущих инструментов. При выполнении курсового проекта были определены размеры и форма профиля ведущих кромок с целью получения заданного чертежом профиля детали, т. е. выполнение коррекционных расчетов.
Введение
Фасонные резцы - это инструмент, режущие кромки которого имеют форму, зависящую от формы профиля обрабатываемой детали.
Фасонные резцы работают в трудных условиях, так как все режущие кромки одновременно вступают в резание и создают большие усилия резания. Их применение не требует высокой квалификации рабочего, а точность обрабатываемых деталей обеспечивается конструкцией самого резца. Тщательно рассчитанные и точно изготовленные фасонные резцы при правильной установке их на станках обеспечивают высокую производительность, точную форму и размеры обрабатываемых деталей.
Точность изготовления деталей фасонными резцами может быть достигнута до 9-12 квалитетов точности.
Круглые фасонные резцы используют для точения наружных и внутренних поверхностей, а призматические только для наружных. Основными преимуществами круглых фасонных резцов является простота их изготовления, большое количество переточек по сравнению с призматическими резцами. Резцы закрепляются на оправке и фиксируются от поворота с помощью рифлений, сделанных на одном из торцов.
Чаще рифления делаются на специальном кольце со штифтом, которое является частью державки для крепления резца на станке. В этом случае у резца сверлится отверстие под штифт.
Длина профиля фасонного резца берется несколько больше длины обрабатываемой детали. Допустимая длина профиля резца Lp при креплении обрабатываемой детали в патроне ограничена.
Часть I. Проектирование круглого фасонного резца
Фасонные резцы это дорогой и сложный инструмент. У круглого резца только сам резец изготовлен из быстрорежущей стали, а державка, на которой он крепиться изготовлена из конструкционной стали. Для того чтобы резец не поворачивался на державке, делается зубчатая рифленая поверхность.
Для изготовления круглых резцов целесообразно применять многоцелевые станки с ЧПУ.
При обработке на данных станках отмечается простота изготовления даже самых сложных фасонных профилей.
Основными конструктивными элементами фасонного круглого резца, которые необходимо определить, являются: наружный диаметр резца;
диаметр отверстия;
профиль фасонного резца;
длина резца.
Наружный диаметр резца задается с учетом: высоты профиля изделия, расстояния необходимого для отвода стружки L, минимальное значение величины стенки резца М.
Длину резца берем увеличенную по сравнению с длиной детали на 4 мм для компенсации неточности установки прутка относительно резца.
На поверхности, соприкасающейся с прутком делаем угол поднутрения для исключения затирания боковой поверхности резца об пруток.
Для облегчения точной установки резца на высоте центра изделия на теле резца должны быть сделаны насечки. Для удобства заточки рекомендуется на резце дать контрольную круговую риску, радиус которой равен hp.
Допуски на точность изготовления всех линейных размеров резца непосредственно не задаются. Задаются обычно допуски на изготовления всех размеров шаблона для данного резца, и профиль резца измеряется шаблоном. Допуски на изготовление шаблона принимаются в пределах 0,01-0,02мм.
Выбор материала режущий части.
Выбираем быстрорежущую сталь Р6М5.
Характеристика Р6М5.
Сталь Р6М5 в основном вытеснила стали Р18, Р12ИР9и нашла применение при обработке цветных сплавов, чугунов, углеродистых и легированных сталей, а также некоторых теплоустойчивых и коррозионно-стойких сталей.
Прочность данного материала удовлетворительная. Износостойкость при малых и средних скоростях резания повышенная. Данный материал обладает широким интервалом закалочных температур.
Шлифуемость удовлетворительная.
Сталь Р6М5 используется для производства всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей; предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками.
Химический состав стали Р6М5: С 0.82 - 0.9
Si до 0.5
Mn до 0.5
Ni до 0.4
S до 0.025
P до 0.03
Cr 3.8 -4.4
Mo 4.8 -5.3
W 5.5 -6.5
V 1.7 -2.1
Co до 0.5
Твердость материала Р6М5 после отжига - НВ 10 -1 = 255 МПА.
Геометрия фасонного резца.
Фасонный резец, так же как и любой другой резец, должен быть снабжен соответствующими задними и передними углами с тем, чтобы процесс снятия стружки проходил при достаточно выгодных условиях.
Геометрические параметры режущей части - углы ? и ? - задают в базовой точке (или на базовой линии) режущей кромки в плоскости n, перпендикулярной базе крепления резца. За базовую принимают точку А, наиболее удаленную от базы крепления.
Рисунок 2. Геометрические параметры режущей части
Передний угол радиального круглого резца выполняют при его изготовлении, располагая переднюю поверхность на расстоянии h от оси резца, а задний угол получают за счет установки оси резца выше оси детали на величину hp.: hp= R?sin(?) где R = D/2 - радиус резца в базовой точке (D - максимальный диаметр резца).
Значение передних углов радиальных резцов назначают по табл. 5 [3] в зависимости от обрабатываемого материала и материала резца.
Задний угол режущей кромки резца зависит от формы фасонного резца и от его типа, для круглых фасонных резцов задний угол выбирают в пределах 100-150. Для расчетов примем 150.
Приведенные величины заднего и переднего углов относится только к наружным точкам профиля резца. С приближением рассматриваемых точек к центру круглого резца задний угол непрерывно возрастает, а передний угол уменьшается.
Расчет фасонного резца
Профиль фасонного резца, как правило, не совпадает с профилем обрабатываемой детали, что требует корректирования профиля резца.
Для этого определяют размеры нормального сечения для призматических и осевого сечения - для круглых резцов.
Корректирование профиля фасонного резца производится двумя способами: графическим;
аналитическим;
Графические методы обеспечивают наибольшую точность, вместе с тем просты и приемлемы при корректировании профиля несложных по конфигурации резцов, при низких точностных требованиях и для ориентировочного определения профиля сложных и точных фасонных резцов. Все они основаны на нахождении натуральной величины плоской фигуры, определяемой нормальным или осевым сечением фасонного резца. В практике корректирование профиля фасонного резца производят аналитическим методом, обеспечивающим высокую точность.
При заднем и переднем угле равным 0 профиль резца будет в точности совпадать с профилем детали.
В нашем же случае углы не равняются 0, в этом случае можно заметить, что профиль резца по сравнению с профилем детали изменяться, все размеры профиля, измеряемые перпендикулярно оси детали, на резце изменяться.
Определим для нашего резца профиль режущей кромки двумя способами и сравним их.
Первый способ: Графический, Второй способ: Аналитический.
Графический расчет профиля резца
Профилирование сводится к следующему. Характерные точки 1, 2, 3... горизонтальной проекции детали переносят на горизонтальную ось вертикальной проекции детали, а затем радиусами, описанными из центра вертикальной проекции детали, переносят на след передней поверхности резца. Этим достигают коррекции от наличия переднего угла. Полученные точки переносят со следа передней поверхности радиусами, описанными из центра резца, на горизонтальную ось его вертикальной проекции. В результате этого переноса вносится коррекция от наличия заднего угла. Полученные точки опускают вниз до пересечения с горизонтальными линиями, проведенными из характерных точек горизонтальной проекции детали.
На рис. 4 кроме профилирования, даны дополнительные режущие кромки резца, размеры которых могут быть учтены при оформлении его конструкции: S1- режущая кромка, подготавливающая отрезку детали от заготовки (как правило - прутка); вершина ее не должна выступать за пределы рабочего профиля резца, т. е. t - должно быть меньше (или равно) тмах. При этом ширина канавки под отрезку должна быть на 0,5... 1 мм шире длины главной режущей кромки отрезного резца. Угол ? должен быть не менее 15°.
Дополнительная режущая кромка S2 необходима для обработки фаски или подрезки детали; S5 = 1...2 мм - перекрытие; S4 = 2...3 мм - упрочняющая часть.
Таким образом, длина резца
LP = lд S2 S4
где lд - длина детали.
Lp = 40 15 2 = 57 мм
Рисунок 4. Графический метод профилирования резца с заточкой под углом ?
По наибольшей глубине обрабатываемого профиля по табл. 3[3] находим
D = 60 мм, R1 = 17 мм. мм где, R= D/2- радиус резца в базовой точке (D - максимальный диаметр резца).
Для получения заднего угла круглого фасонного резца вершина его в работе устанавливается ниже оси резца на расстоянии h.
Рисунок 5. Определение задних углов фасонного резца
Рассчитываем высоту заточки фасонного резца с базовой точкой относительно оси детали: hp=R1*sin? hp=17*sin25=7,1 мм
Фасонный контур разбивается на отдельные участки, базовые точки, характеризующие концы участков, обозначаются цифрами и определяются координаты всех базовых точек, т.е. составляется таблица 1 (см. рисунок 5).
Базовые точки желательно расположить так, чтобы они попарно имели одни и те же радиусы r, что сокращает объем коррекционных расчетов. Неизвестные координаты точек определяются путем решения прямоугольных треугольников. Например: задается размер li , после этого определяется радиус точки r1 , а затем, имея радиус, аналогичным способом получают размер li” . Точность расчета координат точек детали 0,01 мм.
Так как фасонный резец обычно должен быть рассчитан по целому ряду узловых точек, то для удобства расчеты можно представить в виде таблицы
Таблица 1
N точки 1 2 3 4 5 6 7 8 l, мм 0 0,5 7 14 22 30 37 40 r, мм 14 14,7 14,7 19,2 21 19,2 14,7 14,7
R, мм 30 29,5 29,5 26 24,8 26 29,5 29,5
С, мм 0,4 0,4 5,2 7,1 5,2 5,2 0,4 0,4
Аналитический расчет профиля фасонного резца
Решая элементарные геометрические задачи, Количество характерных точек по которым определим радиусы точек профиля детали, как и в геометрическом методе - 8.
Обозначим цифрами 1,2,...., i условно точки заданного профиля, радиусы r1,r2.... узловых точек и расстояния вдоль оси между ними l21.......li1 определены из чертежа детали и сведены в таблицу 1. Пусть точка 1 расположена на высоте центра вращения детали (базовая точка). Через точку 1 проведем переднюю поверхность резца под углом ?1 . Вследствие наклона передней поверхности остальные узловые точки (2, 3, ..., i) располагаются ниже центра вращения детали.
Для расчета профиля круглых и призматических фасонных резцов необходимо определить расстояния Ci1 по передней грани от i точки до точки 1.
Где r1, ri - радиусы базовой и i- ой узловой точки соответственно.
Следовательно, величина Ci1 не связана с конструктивной формой резцов, т. е. формула справедлива как для призматических, так и круглых резцов.
Определяем радиус Ri резцов для наружной обработки:
где ?1, ?1 - передний и задний углы для базовой точки 1;
Определяем расстояние глубины профиля в осевом сечении круглого фасонного резца: ti1-R1-Ri t1=0 мм t2=30-29,5=0,5 мм t3=30-29,5=0,5 мм t4=30-26=4 мм t5=30-24,8=5,2 мм t6=30-26=4 мм t7=30-29,5=0,5 мм t8=30-29,5=0,5 мм
Сравним размеры резца, полученные двумя методами : Таблица 2.
Графический метод Аналитический метод Погрешность,%
R1 30 30 0
R2 29,5 29,8 -0,3
R3 29,5 29,8 -0,3
R4 26 25,964 0,036
R5 24,8 26,4332 -1,163
R6 26 25,964 0,036
R7 29,5 29,8 -0,3
R8 29,5 29,8 -0,3
Таким образом, максимальное расхождение между двумя методами составило 1,163 % .Сопоставляя эти два метода расчета профиля фасонного резца, определяем, что наиболее точным является аналитический метод.
Погрешность не большая, поэтому для мелкосерийного производства можно использовать графический метод.
Проектирование шаблона и контршаблона
По результатам коррекционного расчета строится профиль шаблона для контроля точности профиля фасонной поверхности резца после шлифования, и контршаблон для контроля профилей шлифовального круга для обработки профиля резца. Для этого через базовую точку параллельно оси проводят координатную прямую, от которой откладывают вычисленные значения высоты профиля резца в характерных точках ?RI . Осевые размеры профиля резцов с осью, параллельной оси детали, равны осевым размерам детали.
Криволинейные участки профиля заданы в виде дуги радиуса r, величина которого определяется с использованием координат трех характерных точек, расположенных на криволинейном участке, либо координатами ряда точек, через которые проходит кривая.
Точность изготовления профиля ±0,01. Для облегчения шлифования по профилю выполняется фаска под углом 30°. Материал шаблона - сталь 20ХГ, твердость HRC 58...62.
Часть II. Проектирование протяжки и патрона для крепления ее на станке
Рисунок 7. Исходные данные. d-8?42H7?46H12?8F9
Внутренний диаметр шлицевого отверстия: Наружный диаметр шлицевого отверстия: Число шлицев: Ширина шлицев: Длина протягивания L=35мм, Материал изделия: сталь 20, Наружный диаметр шлицев=46мм, Внутренний диаметр шлицев=42мм, Ширина шлица = 8мм, Число шлицев=8, Размер фаски по внутреннему диаметру ?=0,4 0.2 мм2, Радиус скругления r не более 0,3 мм
Станок модели 7А520
Тяговая сила станка 204000H
1.Углы режущих зубьев протяжки.
Передний угол должен обеспечить хорошие резания и стружкообразования, при обработке заготовки из стали.
Принимаем передний угол =150
Задний угол принимаю = 30 это связано с необходимостью небольшого изменения положения режущих кромок при переточках протяжек(переточка производиться по передней поверхности).
2.Конструкция протяжки.
Протяжка цельная выполнена из углеродистой конструкционной качественной стали 20. Материал рабочей части - быстрорежущая сталь Р6М5.
Проектируемая протяжка ведет нарезание прямобочных шлицевых пазов в круглом отверстии заранее протянутом на внутренний диаметр.
Длина протягивания больше 30 мм, центрирование шлицевого соединения, в котором будет работать обрабатываемая деталь, осуществляется по внутреннему диаметру, поэтому назначаем следующий порядок расположения зубьев протяжки по ее длине: фасочные, шлицевые зубья.
Центрование протяжки происходит по внутреннему диаметру =42мм.
По этому диаметру подбираем хвостовик, Диаметр хвостовика по ГОСТ4043-70 принимаем равным 40мм.
Площадь хвостовика: Fx= 804.2мм2. (табл.1 [2])
3. Припуск под протягивание внутреннего диаметра мм
Принимаем мм
4. Диаметры отверстия в заготовке D01, переднего НАПРАВЛЕНИЯDN и первого режущего зуба D1 равны
D01= Dn= D1= 42-1=41мм
5. Расстояние до первого зуба протяжки:
6.Шаг режущих зубьев где, L-длина обрабатываемой поверхности, Согласно стандартного ряда шаг режущих зубьев принимаем tp= 8мм и hk=2,5 мм (табл.2 [2])
7. Наибольшее число одновременно работающих зубьев: зубьев, где
L-длина обрабатываемого отверстия, --- шаг зубьев
9.Коэффициент заполнения канавки(табл.3 [2]) К = 4
10.Подача допустимая по размещению стружки в канавке: =0,04
11. Наибольшее усилие, допустимое прочностью хвостовика: , где - площадь поперечного сечения хвостовика;
- допускаемое напряжение на растяжение материала хвостовика
(табл.5 [2])
12. Наибольшее усилие, допускаемое прочностью протяжки в сечении перед первым зубом: , фасонный резец станок протяжка где - допускаемое напряжение на растяжение материала режущей части протяжки (табл.5 [2])
- глубина стружечной канавки
13. В качестве расчетной силы резания принимаем минимальное значение из сил , и Расчетная сила резания, развиваемая станком
Таким образом, принимаем
Расчет фасочной части протяжки
Рисунок 8. Фасочные зубья шлицевой протяжки одинарной схемы действия.
14. Наибольшая ширина слоя, срезаемого фасочными зубьями протяжки структуры ФШК, равна: , где - ширина шлицев;
- фаска по внутреннему диаметру;
- число шлицев
15. Подача, допустимая по расчетной силе резания: , где - постоянный коэффициент, характеризующий условия обработки (табл.4 [2]);
- показатель степени
Поскольку , для фасочных зубьев принимаем одинарную схему резания. Расчетное значение
41. Уточняем диаметральный припуск на переходные зубья:
42. Определяем подъемы на переходные зубья: Принимаем 3 переходных зуба.
Суммарный подъем 0,13/2=0,065
Первый получистовой зуб: Sz=0,03 мм/зуб
Второй чистовой зуб: Sz=0,02 мм/зуб
Третий чистовой зуб: Sz=0,065-0,03-0,02=0,015 мм/зуб
43. Диаметры переходных круглых зубьев: мм мм мм
44. В зависимости от квалитета точности принимаем количество калибрующих шлицевых зубьев(табл.7 [2]):
45. Диаметры калибрующих круглых зубьев:
Шаг между ними tk=0,75tp=6мм; hk=2мм.
46. Длина шлицевой режущей части протяжки:
47. Необходимость стружкоразделительных канавок на зубьях: По (табл.8 [2]), при Sz=0,05мм/зуб hk=3мм, близким к нашим значениям
48. Ширина режущей кромки круглого зуба равна расстоянию между шлицами
Поскольку bk <b, стружкоразделительные канавки не нужны
49. Длина заднего направления протяжки
Lкн=0,75L=0,75*35=26,25 мм.
50. Общая длина протяжки: =1075,25 мм принимаем Lпр=1080мм, длина Lкн=30 мм.
51. Необходимая длина рабочего хода при протягивании:
что меньше наибольшего рабочего хода ползуна.
Следовательно, нет необходимости в изготовление комплекта протяжек.
Вывод
В результате выполнения курсового проекта были проведены расчеты и проектирование режущих инструментов.
Был разработан круглый фасонный резец, спроектирована шлицевая протяжка.
При выполнении курсового проекта были определены размеры и форма профиля ведущих кромок с целью получения заданного чертежом профиля детали, т. е. выполнение коррекционных расчетов. При сравнении графического и аналитического метода максимальное расхождение между двумя методами составило 1,163%.
В ходе проделанной работы был произведен также расчет шлицевой протяжки: фасочной, шлицевой и круглой части.
Были определены следующие параметры: схемы расположения зубьев на протяжке, группы обрабатываемости и группы качества.
Принята схема расположения зубьев ФШК. Протяжку выполняем одинарную.
Список литературы
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. 5-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1979. - 559 с, ил.
2. Проектирование шлицевых протяжек. Учебное пособие. Пименова И.Ф., Казань, 2001г.
3. Машинное проектирование фасонных резцов. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. Великовский И.Е., Казань, 1985
4. Резание металлов и режущие инструменты: Учеб. Пособие для вузов/В.Г. Солоненко, А.А. Рыжкин. -М.: Высш. шк., 2007.
6. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для вузов по специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”. М.: Машиностроение, 1984.
7. Ординарцев И.А., Филиппов Г.В., Шевченко А.Н. и др. Справочник инструментальщика. - Л.: Машиностроение, 1987. - 846с: ил.
8. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов. Под общей редакцией Кирсанова Г.Н., Москва, Машиностроение, 1986г.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
