Проектирование инструмента для машиностроительного производства

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине «Инструментальное обеспечение машиностроительных производств»

Тема курсовой работы: Проектирование инструмента для машиностроительного производства

2012

Содержание

Введение

I. Расчет круглой протяжки прогрессивного резания

1. Исходные данные

2. Расчет черновых и переходных зубьев

3. Расчет чистовых и калибрующих зубьев

II. Расчет червячной зуборезной фрезы

III. Проектирование зуборезного долбяка

3.1 Определение дополнительных технологических параметров зубчатых колес

3.2 Проектный расчет долбяка

3.3 Определение параметров долбяка в исходном сечении

3.4 Определение исходных расстояний

3.5 Определение чертежных размеров долбяка по передней поверхности

3.6 Проверочный расчет

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Развитие машиностроения должно осуществляться за счет комплексной механизации и автоматизации, использования прогрессивной технологии, направленной на сокращение рабочих мест. В целях постоянного ускорения и снижения затрат производства предусматривается развивать его в основном за счет использования станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, автоматических линий и т.д.

Основной эффект от использования станков с ЧПУ состоит в значительном снижении вспомогательного времени и увеличении доли машинного времени до 60-80% в составе штучного времени, в то время как при использовании обычных универсальных станков доля машинного времени составляет всего 15-20%. Но одновременно это оборудование в комплекте с автоматическими системами управления от ЭВМ является сложным и дорогостоящим. Поэтому необходимым условием его эффективного использования является высокая надежность работы всех элементов, в том числе и режущего инструмента, с учетом автоматической его замены при износе режущих элементов.

Кроме того, широкое применение в отраслях машиностроения высокопрочных материалов, таких, как коррозионно-стойкие и жаропрочные стали, жаропрочные и титановые сплавы, высокопрочные стали, значительно превышает надежность и долговечность деталей машин, но, как правило, снижает технологичность при обработке резанием.

Проблема износа и стойкости режущего инструмента при обработке этих материалов остается наиболее важной и актуальной проблемой технологии машиностроения, не утратившей свое значение и до сегодняшнего времени. Это объясняется еще и тем, что за последние 10-15 лет затраты труда на обработку резанием по отношению к другим видам обработки почти не изменились и не изменятся в ближайшем будущем. Это связано с резким повышением требований к точности и качеству обработки, а также со значительным усложнением конструктивных форм деталей машин. Точность и качество изготовления деталей зависят от точности и качества самого инструмента, его прочностных характеристик и геометрических параметров режущего лезвия. Металлорежущие инструменты имеют большое разнообразие типов и конструктивных разновидностей, у каждого инструмента имеются свои особенности, определяемые условиями формообразования детали. Эти особенности, которые должны быть учтены на стадии проектирования, в ряде случаев имеют принципиальное значение.

Основные отличительные особенности конструкций современных инструментов, которые необходимо учитывать при их проектировании, можно свести к следующим направлениям:

использованию в качестве режущих элементов механически закрепляемых сменных многогранных пластин (СМП) из твердых сплавов, режущей керамики и синтетических сверхтвердых материалов;

применению мелкоразмерных твердосплавных инструментов в монолитном исполнении;

использованию при изготовлении инструментов новых инструментальных материалов, а именно: порошковых быстрорежущих сталей, мелкозернистых твердых сплавов и сплавов, легированных хромом, синтетических сверхтвердых материалов и режущей керамики;

применению одно- и многослойных износостойких покрытий, наносимых на режущие лезвия твердосплавного и быстрорежущего инструмента;

применению инструмента с конструктивными элементами, обеспечивающими подвод СОЖ под высоким давлением непосредственно в зону резания и использования СОЖ для транспортирования стружки из зоны резания на операциях сверления, зенкерования, развертывания, резьбонарезания и др.; разработке различных модульных систем инструментов, представляющих собой сочетание определенных групп режущих и вспомогательных инструментов;

применению средств и методов улучшения обрабатываемости материалов - нагрева, резкого охлаждения, вибрации, ультразвука, что предполагает разработку специальных конструкций режущего инструмента;

конструктивному исполнению присоединительных мест инструментов, используемых на обрабатывающих центрах, станках с ЧПУ, а также инструментов, режущая профильная часть которых получена по новым технологическим процессам, а именно: горячим гидродинамическим выдавливанием (ГГДВ), профильным прокатом, радиальным обжатием, использованием биметаллических заготовок и т.д. [3, c.6-7].

I. Расчет круглой протяжки прогрессивного резания

1. Исходные

Деталь: материал заготовки - сталь 20, твердость 155 HB [2, с.314, табл.13.14]. Диаметр отверстия под протягивание мм [3, c.334, табл.7.2], получено сверлением. Диаметр отверстия после протягивания мм, шероховатость обработанной поверхности мкм. Длина протягиваемого отверстия мм.

Станок: вертикальный протяжной полуавтомат для внутреннего протягивания 7Б64. Тяговое усилие Максимальный ход штока Диапазон рабочих скоростей Состояние станка удовлетворительное. Протяжка закрепляется в быстросменном автоматическом патроне [4, c.63, табл.47].

Тип производства - массовый.

Длина протяжки, определяемая возможностями инструментального цеха, должна быть не более 800 мм.

2. Расчет черновых и переходных зубьев

Устанавливаем группу обрабатываемости - I группа обрабатываемости.

Устанавливаем группу качества. По шероховатости обработанной поверхности - II группа качества.

Принимаем материал рабочей части - быстрорежущая сталь Р6АМ5.

Конструктивно протяжку оформляем как составную, т.е. с приваренными хвостовиками из стали 40Х, размер переднего хвостовика принимаем по типу 2, исполнения 1. Диаметр хвостовика выбирается ближайший меньший к диаметру отверстия до протягивания. Диаметр переднего хвостовика мм с площадью сечения по , временное сопротивление на разрыв стали 40Х принимаем Допустимая величина главной составляющей силы протягивания для принятых размеров хвостовика

где - допускаемое напряжение при растяжении,

- площадь опасного сечения хвостовика,

Выбираем значения передних и задних углов [1, c.134, табл.А5]. Передние углы: черновые и переходные зубья - ; чистовые и калибрующие зубья - . Задние углы: черновые и переходные зубья, ; чистовые зубья, ; калибрующие зубья, .

Устанавливаем скорость резания: , технологические возможности станка обеспечивают такую скорость протягивания.

Подъем на черновых зубьях определяем из условия равной стойкости черновой и чистовой частей для I группы обрабатываемости. Для принятой скорости резания и максимальной подаче чистовых зубьев , устанавливаем наработку чистовой части м. Для принятой скорости резания и стойкости черновых зубьев м, находим подъем черновых зубьев мм/зуб на сторону. Для I группы обрабатываемости и II группы качества при принятой скорости резания ограничиваем подъем черновых зубьев до мм/зуб [1, с.141, табл.А17].

Поправочные коэффициенты на наружную обработку [1, с.141, табл.А18]: ; ; ; ; . Технологическая среда: СОЖ - сульфофрезол по ГОСТ 122-54.

Наработка: м.

Для сливной стружки при коэффициенте заполнения стружечной канавки ее глубина определяется по формуле

мм,

где: - суммарная длина протягиваемых участков, в нашем случаи мм.

Выбираем глубину стружечной канавки: мм.

Т.к. диаметр сечения протяжки по дну стружечной канавки меньше 40 мм, необходимо, чтобы глубина стружечной канавки

мм.

Т.к. , то для размещения стружки подача должна быть уменьшена:

мм,

где: мм (принято ближайшее меньшее от ).

Шаг черновых зубьев как самый наименьший мм; мм. Профиль стружечной канавки: Профиль и шаг переходных зубьев принимаем таким же, как у черновых. Число одновременно режущих зубьев:

.

Дробная часть не учитывается.

Максимальную допустимую главную составляющую силы резания выбираем как минимальную из трех: из тяговой силы станка; из силы, допускаемой прочностью хвостовика, впадины первого зуба. Выбираем

где: - паспортная тяговая сила станка.

Определяем число черновых зубьев в группе

,

где: - осевая сила резания, проходящая на 1 мм длины режущей кромки, ;

- поправочные коэффициенты, , , , .

Принимаем .

Расчетное значение главной составляющей силы протягивания:

Н.

Размер полного припуска

,

где: - максимальный диаметр отверстия после протягивания;

- минимальный диаметр отверстия, подготовленного под протягивание.

Припуск на черновые зубья:

где - припуск на переходные зубья, ;

- припуск на чистовые зубья, .

Число групп черновых зубьев:

Принимаем Остаточная часть припуска

Т.к. , () и , то добавляем к припуску на переходную часть.

Следовательно .

Число черновых зубьев:

где - окончательно принятое число групп черновых зубьев после разделения остаточной части припуска.

Определяем число групп переходных зубьев: . Добавляем группу переходных зубьев за счет добавленного припуска на переходную часть. Следовательно .

червячный зуборезный фреза резание

3. Расчет чистовых и калибрующих зубьев

Число чистовых зубьев .

Число калибрующих зубьев .

Общее число зубьев в протяжке

Коэффициент заполнения стружечной канавки для чистовых зубьев должен быть больше в 3-5 раз, чем для черновых, т.к. по мере переточек протяжек чистовые зубья становятся переходными и будут срезать более толстые стружки

Площадь сечения стружки:

где: - длина протягиваемого отверстия; - максимальный подъем на зуб переходных зубьев. Площадь активной части канавки

По подбираем канавку с минимальной глубиной и минимальным шагом чистовых и калибрующих зубьев, стремясь к уменьшению длины протяжки:

Выбираем переменные шаги чистовых и калибрующих зубьев для .

Длина режущей части



где: и - суммы переменных шагов чистовых и калибрующих зубьев.

Значение главной составляющей силы резания, допустимое по прочности протяжки по впадине первого чистового зуба

,

где - сила протягивания;

- допустимое напряжение при растяжении, - для хвостовиков из быстрорежущей стали;

.

, 125417<25634.96.

Диаметр калибрующих зубьев

Определим число выкружек и их ширину на черновых зубьях:

Определяем радиус выкружки и шлифовального круга:

Определяем число выкружек на переходных и чистовых зубьях:

Округляем до ближайшего четного числа. Ширина выкружек



Выбираем ширину выкружки .

Радиус выкружки

Задний угол на выкружках

Радиус шлифовального круга

Определяем диаметр и длину передней направляющей

- принимаем равным наименьшему диаметру отверстия после сверления перед протягиванием с полем допуска Н7. Длину передней направляющей выбираем с учетом .

Выбираем длину переходного конуса .

Расстояние от переднего торца протяжки до первого зуба.

,

где - размеры станка 7Б64 [1, с.82];

- длина протягиваемого отверстия.

Диаметр задней направляющей принимается равным наименьшему предельному размеру протягиваемого отверстия с полем допуска .

Тяжелые протяжки закрепляются дополнительно за задний хвостовик в поддерживающем станочном устройстве. Диаметр заднего хвостовика выбирается несколько меньшего размера, чем диаметр переднего хвостовика Длина заднего хвостовика Общая длина протяжки



где: - длина от переднего торца до переднего зуба, мм;

- длина режущей части, мм;

- длина задней направляющей, мм;

- длина заднего хвостовика, мм.

Общая длина L<800 мм, поэтому достаточно одной протяжки, комплект не требуется.

Результаты расчета сводим в табл. 1.

Таблица 1 Геометрические параметры круглой протяжки

Исходный параметр	Расчетное значение	Искомый параметр	Расчетное значение
	5		6
	7.0		26
	3.0	в группах на сторону
	2.3	Первой	0.05
	0.0785	Второй	0.04
	2	(число двухзубых групп)	0.02(2)
	25634.96		0.01(2)
	0.952		0.005
	0.252	()	13, 12, 11
	0.10	()	13, 12, 11
	0.692		4.5
	0.092		4.0
	2		28
	4		28
	6		121
	10		72
			263

По результатам расчета оформляется чертеж протяжки. Необходимо выявить форму каждого зуба в секции, размеры каждого зуба и протяжки в целом, допуски на изготовление, шероховатость обработанной поверхности, инструментальный материал, его твердость после термообработки. На поле чертежа записываются все технические требования на протяжку.

II. Расчет червячной зуборезной фрезы

Исходные данные расчета: модуль нарезаемого колеса ; коэффициент высоты головки и ножки зуба ; число зубьев нарезаемого колеса, ; припуск на толщину зуба, ; угол наклона зубьев по делительной окружности, ; направление наклона зубьев - правое; степень точности и вид сопрягаемых колес - AA; материал зубчатого колеса - Сталь40Х.

Определим наружный диаметр фрезы, используемый в составе исходных данных: . Определим остальные конструктивные размеры фрез: диаметр отверстия, ; диаметр буртика, ; длина фрезы, ; длина буртика, ; число стружечных канавок, . Точность изготовления зубчатых колес и передач определяется степенью точности колес, требования к боковому зазору - видом сопряжения по нормам бокового зазора по ГОСТ 1643-81 и ГОСТ 9178-81. Толщина зуба по делительной окружности нарезаемого зубчатого колеса определяется с учетом степени точности и вида сопряжения.

Последовательность расчета цельной червячной зуборезной фрезы:

1. Расчетный профильный угол исходного контура рейки в нормальном сечении .

2. Модуль нормальный .

3. Высота головки зуба фрезы

,

где с - размер радиального зазора, принимаем с=0.25 мм.

4. Высота ножки зуба фрезы

.

5. Полная высота зуба фрезы

.

По параметрам нарезаемого колеса выбираем цельную червячную фрезу типа 2, для которой расчет будет продолжаться следующим образом:

6. Шаг между зубьями фрезы по нормали

,

где n - число заходов фрезы (для чистовой ).

7. Расчетная толщина зуба по нормали

,

где - толщина зуба по нормали на делительной окружности.

8. Принимаем размер переднего угла на вершине зуба фрезы , величину заднего угла на вершине зуба фрезы .

9. Размер затылования

,

где - задний угол на вершине фрезы.

10. Размер дополнительного затылования для фрез со шлифовальным профилем зуба

.

11. Средний расчетный диаметр фрезы

.

Принимаем .

12. Глубина винтовой канавки, формирующей переднюю поверхность фрез со шлифовальным профилем зуба

.

Обычно , принимаем .

13. Угол профиля стружечной канавки Принимаем

Нарезаемое колесо с правым направлением зубьев. Направление стружечных канавок будут выполняться винтовыми, т.к.

14. Угол подъема винтовых канавок , где

.

15. Шаг по оси между двумя винтами

.

16. Осевой шаг винтовой стружечной канавки

.

17. Угол установки фрезы на станке

.

Выбираем знак плюс, т.к. разноименные направления витков фрезы.

Результаты расчета заносим в таблицу, которая используется при построении червячной зуборезной фрезы и оформлении чертежа (табл. 2).

Таблица 2 Геометрические параметры червячной зуборезной фрезы

Величина, единица измерения	Обозначение	Расчетное значение
Модуль червячной фрезы, мм		1.5
Угол профиля зуба фрезы, градус		25
Высота головки зуба фрезы, мм		1.875
Высота ножки зуба фрезы, мм		1.875
Высота зуба фрезы, мм		3.75
Расчетная толщина зуба по нормали фрезы, мм		2.355
Размер падения затылка, мм		3.34
Размер дополнительного падения затылка фрезы, мм		4.676
Средний расчетный диаметр фрезы, мм		75.58
Глубина стружечной винтовой канавки фрезы, мм		5.51
Угол профиля стружечной винтовой канавки фрезы, градус		25
Угол подъема винтовой линии фрезы, градус		1.14
Угол наклона стружечной винтовой канавки фрезы, градус		1.14
Осевой шаг между витками, мм		7.7
Осевой шаг винтовой стружечной канавки, мм		19445
Угол установки фрезы на станке, градус		8.5
Передний угол, градус		0
Задний угол, градус		12

III. Проектирование зуборезного долбяка

Исходные данные. Профильный угол нарезаемых колес б=20ъ . Модуль зубьев нарезаемых колес m=1,5 мм. Число зубьев колес z₁=20; z₂=60. в_Д=0ъ ; f=1,0. Степень точности нарезаемых колес 7 - Д, ГОСТ 1643 - 72. Материал - сталь 35. Метод нарезания - на проход.

3.1 Определение дополнительных технологических параметров зубчатых колес

Диаметры делительных окружностей.

;

;

Шаг в нормальном сечении.

;

Шаг в торцовом сечении.

Модуль торцовый.

;

Толщина зуба по делительной окружности в нормальном сечении.

;

Принимаем с учетом допусков

Для расчета принимаем:

Диаметры окружностей вершин.

;

;

Межосевое расстояние.

;

Торцовый профильный угол.

; б_ds=20ъ .

Действительный угол зацепления в передаче.

; б_s12=20ъ .

Диаметры основных окружностей.

;

;

Наибольший радиус кривизны профиля зуба нарезаемого колеса.

;

Радиус кривизны в точке начала активной части профиля зуба нарезаемого колеса.

3.2 Проектный расчет долбяка

Число зубьев долбяка.

,

где d_ДИ - номинальный диаметр делительной окружности.

Диаметр делительной окружности.

;

Теоретический диаметр основной окружности.

;

Боковой задний угол в плоскости, параллельной оси долбяка.

; д_бок=3ъ 11ґ,

где д_Н принимается равным 2ъ 30ґ - 3ъ [1, стр. 115]

3.3 Определение параметров долбяка в исходном сечении

Диаметр наружной окружности долбяка в исходном сечении.

,

где d₁ - диаметр окружности впадин нарезаемого колеса, мм

;

Толщина зуба на делительной окружности в исходном сечении по нормали.

;

Угол давления на головке зуба.

; б_eus=26ъ 30ґ.

Толщина зуба на вершине и в исходном сечении.

;

;

3.4 Определение исходных расстояний

Станочный угол зацепления переточенного долбяка, гарантирующий отсутствие среза и неполной обработки вершины зубьев колеса неэвольвентной частью профиля зуба долбяка.

;

б'_С=16ъ, где с_u - наименьший допустимый радиус кривизны профиля зуба долбяка, с_u=3 мм

Станочный угол зацепления переточенного долбяка, определяющий начало подреза ножки зуба колеса.

;

б''_С=18ъ 21ґ. Вспомогательная величина.

;

Максимальное отрицательное исходное расстояние предельно сточенного долбяка.

,

где б_С=б'_С, Станочный угол зацепления нового долбяка, определяющий полную обработку рабочей части профиля зуба колеса.

; б'_Н=22ъ 56ґ.

Положительное исходное расстояние, определяющее полную обработку рабочей части профиля зуба колеса.

;

Расчетный задний угол по верху долбяка.

;

д'=8ъ 51ґ. Исходное расстояние, лимитируемое заострением зуба долбяка.



;

где S_eu=0,7 - задаваемая толщина зуба долбяка на вершине.

Максимально возможный размер стачивания долбяка вдоль его оси.

,

где а_Н - меньшая из величин аґ_Н и аґґ_Н .

Принимаем положительное исходное расстояние ;

3.5 Определение чертежных размеров долбяка по передней поверхности

Станочный угол зацепления нового долбяка.

; б_Н=21? 14'.

Наружный диаметр нового долбяка.

;

Станочный угол зацепления предельно сточенного долбяка.

; б_Н16?,

где В_Р=Н - принимаемый размер стачивания.

Уточненный (чертежный) задний угол по верху.

;д=9?15'.

Принимаемая высота долбяка.

;

Толщина зуба на делительной окружности по нормали

;

Высота головки зуба по передней поверхности.

,

где г'=5? - для чистовых долбяков.

Полная высота зуба долбяка.

,

где h - высота зуба колеса

;

Корректированный торцовый профильный угол долбяка для уменьшения искажения профиля колеса от наличия переднего и заднего углов:

А) для «острой» (позитивной) стороны зуба

, б_ост=20? 15'.

Б) для «тупой» (негативной) стороны зуба

, б_туп=20?15'.

Диаметры основных окружностей долбяка при шлифовании его профиля:

А) для «острой» (позитивной) стороны зуба

;

Б) для «тупой» (негативной) стороны зуба

.

3.6 Проверочный расчет

Станочный угол зацепления долбяка и колеса

б_1,и=21?02'.

Межцентровое расстояние долбяка и колеса.

;

Диаметр окружности впадин зубьев колеса после нарезания долбяком

;

Угол зацепления нарезаемого и сопряженного с ним колес зубчатой передачи.

б_1,2=20?.

Диаметр теоретической основной окружности долбяка.

;

Радиус кривизны профиля зубьев колеса в точке активной части.



Радиус кривизны профиля зубьев колеса после нарезания в точке начала обработки долбяком.

;

Должно быть при наружном зацеплении.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был выполнен подбор и расчет зуборезного инструмента - червячной фрезы, выбраны режимы резания; для обработки внутреннего отверстия был спроектирована протяжка; для токарной обработки поверхности в ходе анализа существующих инструментов был отобран наиболее оптимальный вариант, имеющий преимущества в случае обработки на станке с ЧПУ, произведен расчет режимов резания токарной обработки.

Расчет и проектирование режущего инструмента является подсистемой более общей системы подготовки машиностроительного производства и представляет довольно сложную многовариантную техническую задачу. Развитие гибких производственных систем (ГПС), включающих систему инструментального обеспечения, делают необходимым автоматизированное проектирование РИ.

В ходе проектирования разработаны чертежи режущего и вспомогательного инструмента, а также параметрическая твердотельная 3D-модель резца и всех входящих в него деталей, которые могут быть использованы для наглядного представления на экране компьютера на стадии проектирования.

Спроектированные инструменты полностью удовлетворяют заданным параметрам обработки и обеспечивают выполнение заданных технических требований.

Использованная литература

1. Сенюков В.А. Практика по проектированию режущих инструментов: Учебное пособие. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ. - 2002. - 155 с.

2. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник - Л: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1984. - 464 с., ил.

3. Справочник конструктора инструментальщика: Под общ. ред. В.И.Баранчикова. - М.: Машиностроение, 1994. - 560 с., ил. - (Библиотека конструктора)

4. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерикова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

Размещено на Allbest.ru