Режущий инструмент. 4

Содержание

     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 t_max, который определяется по формуле:

где D_max, D_min – соответственно максимальный и минимальный диаметры детали.

            Определенные размеры  конструктивных элементов резца  сведены в таблицу 1. 

Таблица 1– Размеры конструктивных элементов резца

в, миллиметрах 

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 σ_в=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:

     r₁=12 мм;

     r₂=16 мм;

     r₃=29 мм;  

     l₁=12 мм;

     l₂=40 мм;

     l₃=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

A₀ = r_баз sin g₀ ,

где r_баз – наименьшем диаметре детали.

A₀ = 12 sin 5˚=1,045 мм

      Определяем  передний угол в текущей плоскости

где r_i – радиус детали в конкретной точке.

      Определяем  расстояние от текущей точки до оси

B_i = r_i cos (g₀ + g_i)

B_1,2 = 12 cos (5˚ + 5˚) = 11,817 мм

B_3,4 = 16 cos (5˚ + 3,747˚) = 15,813 мм

B_5,6 = 29 cos (5˚ + 2,065˚) = 28,779 мм

      Определяем  промежуточную величину

K_i = ±( B_i - r_баз)

  K_1,2 = ±( 11,817 - 12) = - 0,183 мм

K_3,4 = ±( 15,813 - 12) = 3,813 мм

      Определяем  глубину профиля в i-ой точке

      Определяем  постоянную величину

C₀ = R_баз cos S₀ ,

где R_баз – наибольший радиус резца.

C₀ = 40 cos 15˚ = 38,637 мм

      Определяем  расстояние от резца до передней плоскости

H₀ = R_баз sin S₀

H₀ = 40 sin 15˚ = 10,352 мм

      Определяем вспомогательную величину

C_i = C₀ - t_i

C_1,2 = 38,637 – (-0,183) = 38,454 мм

C_3,4 = 38,637 – 3,827 = 34,81 мм

C_5,6 = 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

T_i = R_баз + R_i

T_1,2 = 40 + 39,823 = 79,823 мм

T_3,4 = 40 + 36,318 = 76,318 мм

T_5,6 = 40 + 24,127 = 64,127 мм

      Определяем  задний угол в текущей точке

a_i = S_i - g₀

a_1,2 = 15,067˚ - 5˚ = 10,067˚

a_3,4 = 16,561˚ - 5˚ = 11,561˚

a_5,6 = 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 О₁ проводим окружности соответствующими радиусами r₁, r₂, r₃. Задавшись определенными углами g и a, а также наружным диаметром резца, определяем центр резца О₂, расположенный на линии II - II, построенный выше центра детали на величину H_u = R₁ 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 r₁. Точка О₂ 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 r₁, r₂, r₃ с центром О₂ фасонного резца, получим соответствующие радиусы фасонного резца R₁, R₂, R₃.

      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 Р₂ и Р₃ и равные разности соответствующих радиусов фасонного круглого резца (R₁ - R₂ и R₁ -R₃). На пересечении линий, соответствующих размерам Р₂ и Р₃, 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 d_ао по ГОСТ 9324-80Е.

    Наружный  диаметр червячной фрезы можно  выбрать по таблице [1]

Выбираем  d_ао=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

P_nz = P_no · z ,

где z – число заходов фрезы

P_nz = 10,99 · 1=10,99 мм

      Определяем толщину зуба в нормальном сечении по делительной окружности

где S_n = π · m / 2 – толщина зуба колеса по делительной окружности

      Определяем высоту головки зуба фрезы

где h_f1 – 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 α_в, γ, α_бо

    Задний  угол при вершине зуба α_в обычно α_в = 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

где d_o – высота зуба фрезы, мм

    Полученное  значение d_o округляется до ближайшего большего значения из нормального ряда, принимаем d_o=32 мм.

Определяем диаметр окружности впадин

d_вn = 1,75 d_o,

где d_o – диаметр посадочного отверстия, мм

d_вn = 1,75 · 32=56 мм

      Определяем  число зубьев фрезы

    Число зубьев фрезы принимается в зависимости  от модуля и типа фрезы, принимаем  z_o=10 [1].

      Определяем величину затылования зуба фрезы

где d_ao – наружный диаметр фрезы, мм;

z_o – число зубьев фрезы, мм;

α_в – 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.

где r_o = 0,5 мм – радиус закругления дна стружечной канавки.

Округляем до целого числа H_k = 13 мм.

      Уточняем наружный диаметра фрезы d_ao

Принимаем d_ао=80 мм.

      Выбираем  угол стружечной канавки θ в зависимости от z_o

  Принимаем θ = 22⁰ , т.к. z_o = 10.

      Определяем диаметр начального цилиндра в начальном сечении

где h_ao – высота головки зуба фрезы, мм;

K – величина затылования, мм.

      Определяем угол подъема витков фрезы на начальном цилиндре в расчетном сечении

где P_no – шаг зубьев фрезы, мм;

 d_mo – диаметр начального цилиндра фрезы в исходном сечении.

      Выбираем угол наклона стружечной канавки λ_mo

            Фрезы с углом  подъема витка γ_mo ≤ 6° могут быть изготовлены с прямыми осевыми стружечными канавками.

γ_mo = 2˚52΄ , следовательно λ_mo = 0°

      Определяем шаг стружечных канавок

      Определяем ход витков фрезы

      Определяем шаг витков фрезы

      Определяем диаметр выточки в отверстии