Проектирование инструментальной наладки

1 Проектирование  инструментальной наладки

 

1.1 Выбор режущего и вспомогательного

      инструментов.

 

Для обработки поверхностей указанных  на рисунке 1 выбираем токарный с ЧПУ станок 1П757ДФ3.

Рисунок 1 – Эскиз обрабатываемой детали.

 

Обработку поверхностей произведём за четыре перехода с использование трёх режущих инструментов: резца проходного, резца канавочного и резца резьбового.

Первый переход: обработку торцовой поверхности диаметром 20 мм будем производить проходным резцом с механическим креплением твёрдосплавной пластины. Резец MWLNR2525М08 Оршанского инструментального завода. Материал режущей части: твёрдосплавная пластина Т15К6. Вспомогательный инструмент: резцедержатель- 291.341.121 ТУ РБ 200.167.257.035-2001

Второй переход: обработку поверхности диаметром 18 мм будем производить проходным резцом с механическим креплением твёрдосплавной пластины. Резец MWLNR2525М08 Оршанского инструментального завода. Материал режущей части: твёрдосплавная пластина Т15К6. Вспомогательный инструмент: резцедержатель - 291.341.121 ТУ РБ 200.167.257.035-2001

Третий переход: обработку канавки шириной 4 мм будем производить канавочным резцом. Резец 2130-0005 ГОСТ 18884-73. Резец оснащен твердосплавной пластиной Т15К6. Вспомогательный инструмент:  резцедержатель  - 291.341.121 ТУ РБ 200.167.257.035-2001.

   Четвёртый переход: нарезку резьбы М18х2 будем производить резьбовым резцом. Резец 2660-0003 ГОСТ 18885-73. Вспомогательный инструмент:  резцедержатель  - 291.341.121 ТУ РБ 200.167.257.035-2001.

1.2 Описание настройки на размер

 

Настройку режущего инструмента  на размер проводят для уменьшения погрешности обработки. Погрешность  обработки деталей зависит от размерного износа инструмента, рассеяния размеров партии обработанных деталей и погрешности настройки инструмента. Суммарная погрешность не должна превышать допуска на размер обработанной детали. Такое регулирование проводят в короткое время, чтобы уменьшить простои оборудования. Это можно выполнить двумя способами: вне станка в специальных наладочных приспособлениях и на станке автоматически или вручную.

Первый способ широко применяют для резцов, торцовых фрез, регулируемых развёрток, свёрл. Резцы снабжают винтом в торце державки. С помощью которого устанавливают необходимый размер. Это позволяет резцу работать в прямом и перевёрнутом положениях.

Способ регулирования  винтом или гайкой применяют и  для концевых инструментов. Инструменты  с цилиндрическим хвостовиком регулируют в осевом направлении винтом с торца. Инструменты с коническим хвостовиком закрепляют в патроне, имеющем втулку с коническим отверстием. Положение втулки с инструментом регулируют винтом с торца патрона. Настройку на размер в осевом направлении проводят вне станка.

Регулирование инструмента  на автоматических станках вручную  встречается сравнительно часто. При этом, как правило, станок останавливают, так как при наличии большого числа инструментов доступ к ним затруднён во время работы. Для уменьшения простоя оборудования конструкция инструментов должна позволить выполнить эту операцию быстро. Этому условию отвечает инструмент с резьбовой регулировкой размера.

Наиболее эффективным  является способ автоматического регулирования  инструмента на станке во время рабочего цикла. При этом применяют различные  устройства в зависимости от точности и стабильности размеров обрабатываемых деталей.

 

1.3 Описание компоновки инструментальных блоков.

 

Многооперационные станки имеют инструментальные магазины с автоматической сменой инструментов и установкой их в шпинделе или патроне станка манипулятором. Инструмент для таких станков представляет собой комплект, состоящий их собственного инструмента и оправки для его закрепления в шпинделе станка. Оправки, как правило, имеют конических хвостовик с конусностью 7-24 или с конусам Морзе. Все оправки для данного станка имеют одинаковые элементы для базирования, зажима и передачи крутящего момента.

В шпинделе оправки затягивают штоком с помощью резьбового соединения или захватываются кулачковыми или цанговыми механизмами. Для автоматической смены и установки инструментов их кодируют. Существует два способа кодирования инструментов: кодируют либо инструментальные оправки, либо гнёзда в инструментальном магазине. Инструментальные оправки кодируют кольцами, насаженными на их цилиндрическую часть. Преимущество этого способа заключается в том, что инструмент можно помещать в магазин в произвольной последовательности, т.е. в любое свободное гнездо. Но в этом случае удлиняются оправки, что снижает их жёсткость. В настоящее время широко применяют кодирование инструментальных гнёзд. В каждое гнездо устанавливают кулачки или штифты в соответствии с номерами инструмента. В этом случае каждый инструмент должен быть установлен в своё гнездо, на поиск которого затрачивается дополнительное время. Инструментальные магазины представляют собой барабанные устройства с вертикальной, горизонтальной или наклонной осью вращения. Инструменты в них располагают радиально, параллельно или наклонно к оси барабана.

 

1.4 Рекомендации по эксплуатации режущих инструментов

 

Инструмент должен эксплуатироваться на станках соответствующих для них норм точности и жёсткости. Режимы резания устанавливаются в соответствии со стандартами, техническими условиями или общемашиностроительными нормативами режимов резания на инструмент.

При установке инструмента на станок следует обеспечить наибольшую жёсткость системы СПИД за счёт сокращения его вылета, увеличения диаметра опорного торца.

При назначении режимов  обработки следует учитывать  наличие или отсутствие подвода  СОЖ в зону резания, а также  принимать меры для обеспечения требований производственной санитарии на рабочих местах за счёт создания эффективных средств отвода паров и эмульсии. При использовании инструмента, оснащённого инструментальными материалами (твёрдыми сплавами, минералокерамикой, СТМ), работать следует без охлаждения или применять способы охлаждения, исключающие или уменьшающие тепловые удары.

Инструмент, оснащённый хрупкими инструментальными материалами, должен эксплуатироваться в условиях, исключающих возможность травмирования  рабочего при поломках и выкрашиваниях; при установке и снятии его со станка не следует применять молотки и тому подобное. При работе инструментом на высоких и сверхвысоких скоростях (минералокерамика, СТМ) должна быть обеспечена  надёжная защита зоны обслуживания от стружки.

В процессе работы инструмента  должны быть проверены критерии затупления инструмента, гарантированное время  его работы, стойкости и периодичности  снятия инструмента для переточки. Нельзя доводить инструмент до катастрофического  износа, так как восстановить его работоспособность после этого весьма трудно. Восстановление режущих свойств, переточку или переналадку инструмента с заменой изношенных элементов производят централизованно.

Транспортировку инструмента  во избежание порчи его режущих  свойств производить в специальной таре.

Для длительного хранения инструмент должен быть подвергнут специальным методам консервации химико – технологической обработки и упаковке.

 

1.5 Расчёт точности позицирования режущих инструментов и оценка её достаточности

 

Инструментальные блоки, устанавливаемые в шпиндель должны обеспечить статическую точность, приведённую к вылету режущих кромок.

Статическую точность можно  получить правильным выбором конструкции  и точности изготовления вспомогательного инструмента при соответствующей точности изготовления режущего инструмента.

 

Таблица 1.1 – Допустимое биение режущих кромок.

 

Инструмент

Допустимое биение режущих кромок после установки инструментальных блоков в шпиндель, мм.

Сверла с цилиндрическим хвостовиком

0,056

Свёрла с коническим хвостовиком

0,071

Зенковки

0,062


 

Биение режущих кромок инструмента в системе координат  станка рассматривается как замыкающее звено в размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых  размеров элементов вспомогательного инструмента.

Радиальное биение сверла обуславливается следующими погрешностями:

  1. биением конического отверстия в шпинделе [ погрешность векторная, равная 0,004 мм, внутренний конус, Кj=1,17, передаточное отношение Аj=1].
  2. перекосом оси шпинделя при вылете l=220 мм, равным 0,001/220   [ погрешность угловая, поверхность шпинделя – цилиндрическая, Кj=1,09, передаточное отношение Аj=110/220=0,5, действительный вылет шпинделя 110 мм].
  3. перекосом оси переходной втулки от погрешности изготовления конуса Морзе [ погрешность угловая 0,0025/100, конус наружный, Кj=1,17, вылет втулки относительно конуса 110 мм, передаточное отношение Аj=1].
  4. биением конуса Морзе (наружный конус) относительно оси             [ биение не более 0,01 мм, погрешность векторная 0,05, Кj=1,17, передаточное отношение Аj=1].
  5. перекосом оси сверла от погрешности изготовления конуса Морзе [ погрешность 0,0025/100, конус наружный, Кj=1,17, передаточное отношение Аj=1].
  6. биением оси сверла при установке его во втулку переходную          [ погрешность векторная 0,005 мм, Кj=1,17, передаточное отношение Аj=1].

Данные для расчёта  сводим в таблицу.

Половина допустимого  биения режущей части инструмента  как замыкающего звена:

где n – число элементов инструментального блока, влияющих на

              точность позицирования, включая погрешность шпинделя;

        КΣ – коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена;

        Kj – приведённый коэффициент относительного рассеяния присоединительных поверхностей вспомогательного рассеяния:

Таблица 1.2 – Таблица данных для расчёта точности позицирования

 

Погрешность

lj

Kj

Aj

Векторная

4

1,17

1

Угловая

1

1,09

0,5

Угловая

2,5

1,17

1,1

Векторная

5

1,17

1

Угловая

2,5

1,17

1

Векторная

5

1,17

1


 

Подставляем данные из таблицы, получаем:

КΣ=1,104,    

Биение режущей части  сверла как замыкающего звена:   2е = 23,6

Вывод: данный инструментальный блок, установленный в шпиндель, обеспечит  необходимую статическую точность.

 

 

2 Проектирование круглой протяжки

 

2.1 Постановка задачи

Спроектировать протяжку для обработки цилиндрического  отверстия Æ26+0,3 из материала сталь 45, длина отверстия l = 50 мм.

 

2.2 Назначение и области применения протяжек

Протягивание  является высокопроизводительным и  сравнительно точным способом обработки материалов резанием, обычно для окончательного получения отверстий различной формы, а также для обработки плоскостей и наружных поверхностей сложного контура.

Протягивание в настоящее  время широко используется не только в массовом и крупносерийном производствах, но его применение является рентабельным даже при малых сериях, насчитывающих 200 деталей в год с круглым или 50 деталей с фасонным отверстием.

При протягивании срезание заданного припуска производится большим  числом зубьев, имеющих значительную длину лезвий. Протяжка является как бы инструментальной накладкой, за один ход которой осуществляется комбинированная обработка черновыми, чистовыми и выглаживающими зубьями.

Протяжки, принимаемые  в современном машиностроении, разделяются в основном на два вида: внутренние, которыми обрабатываются замкнутые контуры, или отверстия самой различной формы, и наружные, используемые для обработки незамкнутых, или открытых, наружных поверхностей.

Окончательное формирование протянутой поверхности может производиться путём срезания стружки или методом пластической деформации, то есть протяжки могут иметь режущие или выглаживающие зубья. Режущими протяжками срезается слой металла, а уплотняющими, или деформирующими. Заглаживается и уплотняется поверхностный слой металла с целью получения высоких классов чистоты обработанной поверхности.

Протяжки по форме  обрабатываемых отверстий можно  разделить на следующие виды: круглые, шлицевые прямобочные, шлицевые эвольвентные, ёлочные, многогранные и так далее. В свою очередь наружные протяжки подразделяются по типу обрабатываемых поверхностей на плоские, полукруглые, фасонные и другие. Кроме этого, внутренние и наружные протяжки классифицируются по схеме или принципу протягивания – профильные, или одинарные; групповые, или прогрессивные, и генераторные, или смешанные.

 

2.3 Последовательность расчета круглой протяжки

Расчет производим в  следующей последовательности:

1. Выбираем материал  режущей части протяжки - сталь  Р6М5, хвостовика - сталь 40Х.

  1. Припуск на диаметр для цилиндрических отверстий А0 = 0,6 мм.

Наименьший диаметр  предварительного отверстия D0 = D – A0, где D –диаметр окончательного отверстия в детали (принимается по своему минимуму для отверстий 7 и 8-ого квалитетов точности и по максимальному значению для отверстий 11-го и более грубых квалитетов точности).

D0 = D – A0 = 26– 0,6 = 25,4 мм.

3. Для протяжек групповой схемы резания различают черновые и обдирочные зубья, срезающие основную часть припуска, переходные или зачищающие и чистовые зубья, обеспечивающие требуемые шероховатость и размеры протянутой поверхности. Черновые зубья работают с подачей от 0,1 до 0,3 мм и больше, зачищающие  постоянно снижающейся подачей и чистовые с наименьшей допускаемой подачей (0,01 – 0,005 мм).

4. Диаметр первого зуба d1 принимаем равным диаметру D0 предварительно обработанного отверстия d1= D0=44,4 мм.

5. Диаметр последнего режущего и калибрующего зубьев

 мм.

 Значение  мм выбрано согласно п. 14 разд. 5.1 [4].

6. Шаги режущих и калибрующих зубьев и число одновременно работающих зубьев выбираем по табл. 5.6: t = 15 мм; zi = 7.

7. Углы зубьев и для обработки КЧ 37-12 выбираем по табл. 5.9, 5.10 [4]:

;
.

8. Поскольку протягиваем заготовку из стали 45, принимаем канавку с плоской спинкой и радиусной передней поверхностью зуба, применяемые при обработке хрупких материалов с образованием стружки надлома. Размеры стружечной канавки выбираем по табл. 5.5 [4]:

q = 2,5 мм; h0= 2 мм; r= 1 мм; R= 4,5 мм; Fa= 3,14 мм2.

Рисунок 4.1 - Канавка с  плоской спинкой и радиусной 

передней поверхностью зуба

 

9. Подъем на черновых секциях по условиям размещаемости стружки в канавках при коэффициенте kmin (табл. 5.7 [4])

 

 мм.

Фактический коэффициент  заполнения стружечной канавки 

(табл. 5.7 [4]).

10. Сила протягивания , где Cp=3000; x=0,73 (табл. 5.13); ; ; (табл. 5.14):

 Н.

Таким образом, Н.

11. Поперечное сечение протяжки по первой стружечной канавке

 мм2;

по хвостовой части  под быстросменный патрон (ГОСТ 4044-70) с диаметром D1=22 мм.

12. Напряжение в протяжке по первой стружечной канавке

 

для инструментальной стали.

13. Определяем усилие, допускаемое прочностью приваренного хвостовика

,

где Fx – минимальная площадь поперечного сечения хвостовика, Fx = мм2; - допустимое напряжение в материале хвостовика. Для хвостовиков из конструкционных сталей, например 40Х, = 250 МПа.

 Н,

а также усилие, допускаемое  тяговой силой станка тяговой  силой станка с учетом кпд = 0,9, то есть Q = 0,9·60000 = 54000 Н. В дальнейших расчетах принимаем из значений и Q наименьшее, которое обозначим Н.

Количество зубьев в  первой черновой секции zчс1 = 2, в остальных

.

Принимаем zчс = 3.

Припуск на черновые секции

.

Количество секций в  черновой части 

.

Принимаем .

14. Определяем максимальную глубину стружечной канавки по допускаемому усилию

,

 мм.

15. Производим распределение припуска. Припуск на переходные зубья Аоп и число секций переходных зубьев iп принимаем по табл. 5.19 [4], а  на чистовые Аочис – по рекомендациям п.17 [4]: Аоп = 0,06 мм; iп = 1; Аочис = 0,03 мм.

16. Количество зубьев в черновой секции – . Длина черновой секции

 мм.

17. Принимаем одну переходную секцию по табл. 5.19 [4], подъем на переходную секцию согласно п. 17 [4] мм/зуб.

Длина переходной части 

 мм.

18. Количество чистовых зубьев и их укороченный шаг определяем

 мм;

;

Задний угол на чистовых зубьях .

Длина чистовой части  мм.

19. Длина режущей части мм.

20. Диаметр калибрующих зубьев D6 = 26,02 мм.

Количество калибрующих зубьев принимаем по табл. 5.15 [4] – 8.

Длина калибрующей части 

 мм.

Задний угол этой части (с ленточкой 0,2 мм) .

21. Определяем тип и размер хвостовика (ГОСТ 4044-70). В нашем случае для хвостовика под быстросменный патрон с автоматическим управлением D1=22 мм (табл.5.16). Диаметр шейки хвостовика D2=D1-(0,3...1,5)=22-1=21 мм.

Рисунок 4.2 - Быстродействующий  патрон для закрепления протяжки

22. Длина протяжки до 1-ого зуба

,

где ; .

Значения Р, , lпл берутся из паспорта станка. Принимаем Р=95, , lпл= 60 мм.

 мм;
мм.

Значение lб=30 мм (см. п. 15, разд. 5.1 [4]).

Таким образом, мм.

23. Размеры и форма направляющих частей:

а) передняя направляющая D4=d1 с посадкой b7, то есть    D4=24b7;

длина l4=lиз= 100 мм;

б) задняя направляющая D7=D0 с посадкой f7, то есть D7=24f7;

длина l7=0,7lиз=0,7·100 70мм.

24. Общая длина протяжки Ln = l + l5 + l6 + l7 = 239 + 217 + 88 + 70 = 614 мм.

25. Размеры зубьев протяжек приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 - Размеры зубьев протяжки

№ зуба

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Размер зуба, мм

25,4

25,46

25,52

25,58

25,64

25,7

25,76

25,82

25,88

25,94

№ зуба

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Размер зуба, мм

25,97

26,00

26,01

26,02

26,02

26,02

26,02

26,02

26,02

26,02

№ зуба

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Размер зуба, мм

26,02

26,02

                

 

 

Технические требования

 

  1. Центровые отверстия по ГОСТ 14034-74.
  2. Хвостовики протяжек по ГОСТ 4044-70.
  3. Материал : режущей части - сталь Р6М5 ГОСТ 19265-73,

хвостовой части - сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

  1. 63...66 HRC режущей части и задней направляющей

61...66 HRC передней направляющей

43...51 HRC переднего хвостовика.

  1. Выкружки на зубьях №№9,11,13,15,17,19,21 относительно зубьев

№№10,12,14,16,18,20,22 расположить  в шахматном порядке.

  1. Остальные технические требования по ГОСТ 9126-76.

 

3 Проектирование червячной фрезы

 

3.1 Постановка задачи

Спроектировать червячную фрезу  для нарезания прямозубых колес  с углом зацепления n0=200, m=7 мм, число заходов n0=3, наибольший диаметр фрезы da=200 мм.

 

3.2 Общие сведения

Червячные фрезы применяют  для черновой и чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес наружного зацепления с прямым, винтовым и шевронным зубьями, червячных колес и колес внутреннего зацепления. Червячные фрезы для цилиндрических колес согласно ГОСТ 9324-80Е изготовляют трех типов и четырех классов точности: тип 1 – фрезы цельные прецизионные класса точности АА модулей m = 1…10 мм; тип 2 – фрезы цельные общего назначения классов точности A, B, C и D m = 1…12 мм; тип 3 – фрезы сборные общего назначения классов точности A, B, C и D m=8…25 мм.

Этими фрезами обрабатываются колеса 7-11 степеней точности (ГОСТ 1643-81). Размеры фрез m=0,1…1 мм классов точности АА, А и В регламентируются ГОСТ 10331-81.

Червячные фрезы могут  работать с осевой, радиальной, диагональной и тангенциальной подачами. В последнем случае конструкция фрезы снабжается режущей частью длиной, равной двум осевым шагам фрезы, и с углом конуса 20…300. по способу крепления фрезы делаются насадными и хвостовыми. Проектирование фрез заключается в назначении размеров конструктивных элементов, расчете размеров профиля их зубьев и выборе геометрических параметров и производится в следующей последовательности.

Зуборезные  червячные фрезы для цилиндрических колёс изготавливаются четырёх  классов точности: АА, А, В и С  соответственно  для колёс  7, 8, 9 и 10-й степеней точности.

Произведём  расчёт червячной фрезы для нарезания  прямозубых колёс под шевингование с углом зацепления a=20°, m=4,5 К’ заходов 2 и Æ£150 мм по следующему порядку расчёта:

  1. Основные размеры цельных фрез определяем по ГОСТ 9324-80.
  2. Рассчитываем профиль зуба фрезы.
    • Шаг по нормали:

tп=p×m×K’=3,14×4,5×2=28,26 мм,

где К’ =2 – число заходов фрезы

  • Толщина зуба в нормальном сечении на диаметре делительного цилиндра червяка:

Sн=p×m/2=3,14×4,5/2=7,065 мм,

  • Высота головки зуба:

h’= 1.25m = 1.25×4,5 = 5,625 мм,

  • Высота ножки зуба:

h’’= 1,25m = 1,25×4,5 = 5,625 мм,

  • Полная высота зуба:

h = 2,5m = 2,5×4.5 = 11,25 мм,

  • Радиус закругления головки зуба:

r1 = 0.25m = 0.25×4.5 = 1,1 мм,

  • Радиус закругления ножки зуба:

r2 = 0.3m = 0,3×4,5 = 1,35 мм,

  • Толщина зуба на вершине:

Sa = SH – 2h’tgaп = 7,065 - 2×5,625×tg20°=2,97 мм,

  • Размеры канавок облегчения шлифования профиля:

Ширина канавки:

b1 = 0,75SH = 0,75×5,625 = 4,22 мм,

Глубина канавки:

h3 = 0,5…2,0 мм,

Радиус канавки:

R3 = 0,6…1,3 мм.

  1. Находим геометрические параметры режущей части фрезы.
    • Задний угол aб в нормальном сечении:

tgaб = tgaв × sina = tg10×sin20=0,061

где aв – задний угол на вершине зубьев, равный 9-11°;

      a - угол зацепления.

      aб = 3,5°,

    • Затылование:

    • Дополнительное затылование:

K1 = (1,2…1,5)K=6,5

    • Угол t подъёма винтовой линии червяка на делительном цилиндре:

sint=m/Dt = 4,5/112,25=0,04 Þ t = 2,3°

где Dt =D – 2,5m – 0,25K = 125-11,25-1,25=112,25 - делительный

                                                                                         диаметр.

  1. Элементы стружечных канавок фрезы.
    • Глубина канавки:

H = h + K + r = 11,25 + 5 + 2=11,95 мм.

    • Угол профиля канавки q = 22…25°.
  1. Отверстие фрезы под оправку и шпоночный паз выполняем по ГОСТ 9472-70.
  1. Вычерчиваем чертёж червячной фрезы с указанием основных технических требований.

 

Технические требования

1. Фреза должна быть изготовлена из быстрорежущей стали.

      2.Твёрдость режущей части HRC 62-65. Фрезы из быстрорежущей стали с содержанием ванадия 3% и более и кобальта 5% и более должны быть выше на 1-2 единицы HRC.

Проектирование инструментальной наладки