Разработка режущего инструмента и инструментального обеспечения

Звено размерной цепи	Погрешность	, мкм
Биение: 1.Конического отверстия шпинделя 2.Шпинделя от перекоса оси 3. Оси цилиндрического отверстия относительно хвостовика 7:24 4.Биением оси оправки при установке ее в корпусе	Векторная Угловая Угловая Векторная	4 1 1 1,2	1,17 1,09 1,09 1,09	1 0,89 1 1

Половина допустимого биения режущей части инструмента как замыкающего звена (стр. 388, [9]):

мм,

где:

- коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена (стр. 388, [9]):

,

где:

- принятое за скалярную величину произведение векторной величины на свое передаточное отношение ,

- приведенный коэффициент относительного рассеяния присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента , тогда:

мм,

мм.

Делаем вывод (стр. 389, [9]), что биение оправки мм, что меньше допустимого биения режущих кромок мм.

Рисунок 22 - Геометрические параметры стопорной гайки

Принимаем (стр. 322, [9]):

d=Tr 48x3

D=66,6

H=14

Принимаем (стр. 361, [9]):

a=3,20,1

b=25,7H12

d₁=69,85

d₂=M24

d₃=25H7

d₄=28

d₅=107,250,05

d₆=97,5_-0,1

d₇=91,25_-0,5

d₈=80

f₁=11,10,1

f₂=35

f₃=19,1_-0,1

l₁=101,75_-0,3

l₂=11,5^+0,5

l₃=47

l₄=61,5

l₅=30_-0,3

l₆=35,8_-0,4

l₇=37,7_-0,4

R₁=2,5_-0,5

R₂=1,5_-0,5

t=0,2

Рисунок 23 - Хвостовик инструмента с конусностью 7:24 для автоматической смены по стандарту ISO 7388/1

5.4 Конструкция рассчитанного инструментального блока

Проектируемый инструментальный блок устанавливается в револьверную головку с помощью хвостовика с конусностью 7:24, выполненного по стандарту ISO 7388/1. Внутри него находится цилиндрический хвостовик, с лыской, обеспечивающей регулировку вылета инструмента на 195…230мм. Регулировка происходит путем закручивания стопорной гайки и двух зажимных болтов, находящихся на корпусе блока. На внешнем конце цилиндрического хвостовика выполнен конус 1:30 для закрепления на нем насадной машинной развертки. Таким образом длина проектируемого блока 295…330мм. В нее также входит сама насадная развертка, диаметром 34 мм, выполненная по ГОСТ 20392-74.

6. Проектирование торцевой фрезы с механическим креплением твердосплавных пластин

Наибольшее распространение в промышленности получили сборные твердосплавные фрезы. Фрезы относительно малых размеров изготовляются в большинстве случаев с твердосплавными пластинами, припаянными непосредственно к корпусу. Твердосплавные пластины могут иметь обычную призматическую форму, либо быть винтовыми. Пластинки изготовляются относительно небольшой длины и постоянной на всем протяжении толщины. Поэтому в тех случаях, когда необходимо иметь инструмент с длинными режущими кромками, на зубья фрез припаиваются несколько пластин. Стыки между пластинами оформляются в виде стружкоразделительных канавок и располагаются в шахматном порядке.

Фрезы с напаянными твердосплавными пластинами:

- торцовая фреза с призматическими пластинами;

- цилиндрическая фреза с винтовыми пластинами.

Рассматриваемые фрезы с припаянными к корпусу пластинками обладают тем недостатком, что при выкрашивании или большом износе одной или нескольких пластин приходится затачивать все зубья.

Операция заточки твердосплавного инструмента весьма трудоемка, что обусловливается плохой шлифуемостью пластин твердого сплава. Поэтому широкое распространение находят сборные фрезы со вставными ножами.

Ножи, оснащенные твердым сплавом, закрепляются в пазах корпуса инструмента. По своей конструкция ножи напоминают резцы с припаянными пластинками из твердого сплава. Предварительная заточка ножей может осуществляться отдельно от корпуса, а окончательная -- в собранном виде.

В последнее время широкое распространение получили фрезы с механическим креплением многогранных или круглых неперетачиваемых пластинок твердого сплава. Такие фрезы просты в эксплуатации, обеспечивают повышение стойкости, сокращение затрат на инструмент.

Фреза состоит из корпуса, кольца, вставных ножей с запрессованными штифтами, на которых свободно сидят круглые пластинки . При ввертывании винтов ножи переметаются в осевом направлении, благодаря чему пластинки прижимаются к базовой поверхности корпуса. Для удобства сборки пластинки предварительно прижимаются к корпусу пружинами. После износа пластинку поворачивают вокруг своей оси и вводят в работу неизношенную часть режущей кромки. При полном же износе режущих кромок производится смена комплекта пластин. Требуемая точность размеров пластинок достигается их шлифованием по диаметру и торцу.

При износе одной из режущих граней пластинка поворачивается и в работу вступает следующая грань. Заменять или поворачивать пластинки можно непосредственно на стайке.

При снятии значительных припусков целесообразна ступенчатая установка ножей. Преимущества ступенчатой схемы резания известны давно. Но эти фрезы не нашли широкого применения из-за сложности заточки. Этого недостатка лишены ступенчатые фрезы с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластинок.

Фреза состоит из корпуса, в который вставляется кольцо, фиксируемое винтами. Ножи имеют штифты, на которые одеваются многогранные пластины. Пластинки к базовым поверхностям ступенчатого кольца и корпуса прижимаются винтом через кольцо. Для удобства сборки применяются пружины. Базы под пластинки благодаря съемности кольца легко восстанавливаются проточкой. Ступенчатая схема резания позволяет снимать повышенные припуски, обеспечивая безвибрационную работу инструмента, что особенно важно для фрез, оснащенных твердым сплавом.

6.1 Начальные данные

- Торцевая фреза с механическим креплением твердосплавных пластин.

- Материал заготовки: Сталь 70Г.

- Ширина фрезерования: В=125мм.

6.2 Выбор материала

Для обработки заготовки из Стали 70Г подходят твердые сплавы титано-вольфрамокобальтовой группы: Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, (стр. 209, [9]).

Материалом пластинок примем сплав Т15К6, в котором объединены достаточно высокие теплостойкость и износостойкость с удовлетворительной прочностью, по сравнению с другими сплавами этой группы из за среднего содержания карбида титана.

6.3 Расчет фрезы

Диаметр фрезы (стр. 244, [6]):

D=(1,2…1,4) ·B,

D =1,25·125=156,25мм.

Принимаем стандартный больший диаметр фрезы, D=160мм .

Высота фрезы также может быть рассчитана (стр. 244, [6]):

Н= 3·D^1/3+25,

Н= 3·160^1/3+25=62,94мм

Назначаем углы (стр. 326, [7]):

=60,

₁=12,

=11,

₁=10,

=8.

Число граней пластины (стр. 244, [6]):

N=360/(+1),

N=360/(60+12)=5.

Согласно ГОСТ 19064-70:

l=13,8мм,

d=19,05мм,

m=21,019мм,

r=1,2мм,

s=6,35мм,

d₁=7,93мм.

Рисунок 24 - Основные размеры пластины

Главный угол в плане:

е=180--_1,

е=180-60-12=108^о.

Положение плоскости NN относительно главной режущей кромки, рис. 25 (стр. 81, [1]):

=arctg((tg·sinе)/(tg₁+ tg·cosе)),

=arctg((tg11·sin108)/(tg10+ tg11·cos108))=57,8^о.

Угол наклона пластины (стр. 81, [1]):

м=arctg(tg/sin),

м=arctg(tg10/sin108)=12,8^o.

Угол между плоскостью NN и осью фрезы (стр. 81, [1]):

ш=ц+в-90^о,

ш=60+57,8-90=27,8^о.

Поперечный и продольный передние углы (стр. 81, [1]):

₁=arctg(tg м·sin ш),

₂=arctg(tg м·cos ш),

₁=arctg(tg 12,8·sin 27,8)=6,04^o,

₂=arctg(tg 12,8·cos 27,8)=11,36^o.

Угол наклона пластины (стр. 81, [1]):

щ=arctg(tg₂·cos₁),

щ=arctg(tg11,36·cos6,04)=10.94^о.

Смещение паза под пластину (стр. 81, [1]):

E=0,5D·sin₁-s·cosщ,

E=0,5·160·sin6,04-6,35·cos10,94=2,18мм.

Скорость резания (неописанные переменные есть безразмерные коэффициенты и показатели степени, зависящие от материала инструмента и его типа) (стр. 286, [8]):

V=C_v·D^q/(T^m·t^x·S^y·B^U·z^P) ·K_v,

где:

C_v=332,

Q=0,2,

t=1мм - глубина резания,

M=0,2,

X=0,1,

S=1,5мм/об - подача,

Y=0,4,

U=0.2,

P=0,

T=180мин - период стойкости,

K_v=K_mv·K_nv·K_uv,

где:

K_v - общий поправочный коефициент,

K_mv=0,659 - коеф., учитывающий качество поверхности,

K_nv=0,8 - коеф., учитывающий состояние поверхности,

K_uv=1- коеф., учитывающий материал инструмента, тогда:

K_v =0,659·0,8·1=0,53,

V =332·160^0,2/(1800,2·1^0,1·0,15^0,4·125^0,2·10⁰) ·0,53=139,75м/мин.



Рисунок 25 - Расположение опорной поверхности

Рисунок 26 - Форма и размеры стружколомающих канавок

Согласно ГОСТ 19064-70:

d=19,05мм,

b=4мм,

R₁=1,6мм.

Z=10

6.4 Конструкция рассчитанной фрезы с механическим креплением твердосплавных пластин

Корпус фрезы, диаметром 160 мм, высотой 63мм, в котором выполнены 10 мест под пластинки. Пластинки устанавливаются на державки, и закрепляются клином. Пластинки, с одной стороны, упираются в корпус фрезы, а с другой пластинка вместе с державкой затягивается винтом. Пластинки, пятигранные, выполнены по ГОСТ 19064-78. Фреза имеет место для торцевой шпонки, которая передает крутящий момент инструменту. Фреза вставляется в оправку и закрепляется болтом, для последующей обработки на вертикальном фрезерном станке.

7. Проектирование червячной шлицевой фрезы

Червячная шлицевая фреза, это инструмент, который работат по методу обкатки. На фрезе выполнен червяк, на которм прорезаны канавки, создающие переднюю поверхность зубьев и проястранство для вывода стружки. Витки затылованы с целью получения заднего угла. Червячные фрезы бывают 2 видов - для нарезания шлицевых валов с эвольвентным и прямобоким профилем. Эти фрезы используются для валов с разными видами центрирования - по внешнему либо внутреннему диаметру, либо по боковым граням. Для нарезания шлицевых валов с центрированием повнутреннему диаметру и боковым граням используются червячные фрезы с усиками, которые обеспечивают полученя прямолинейного участка по всей высоте зуба вала, а образуемые им канавки у основания зубьев облегчают процесс шлифования. Для нарезания шлицевых валов с центрированием по внешнему диаметру и боковым граням служат червячные фрезы без усиков.

Червячные фрезы проектируются в зависимости от серии вала - легкая, средняя, тяжелая и изготавливаются следующих классов точности:

- Класс А - для чистового нарезания шлицевых валов,

- Класс В - для получистового нарезания валов,

- Класс С- Для черновой обработки валов.

По конструкции червячные фрезы бывают:

- цельные,

- сборные,

- насадные.

По виду обработки:

- черновые,

- чистовые,

- тонкие.

По типу червяка:

- эвольыентные,

- архимедовы,

- конволютные.

7.1 Начальные данные

- Шлицевый вал: D-6x23x28e8x6h8,

- Фаска: 0,4^+0,2мм,

- Материал детали: Сталь 40.

7.2 Выбор материала

Для обработки данной детали, изготовленной из Стали 40, можно использовать сталь Р6М5, Р9, Р18, Р6М5К5, или твердый сплав ВК 6, ВК8, Т15К6, минералокерамику ЦМ-332 (стр. 331, [4]).

Материалом инструмента примем быстрорежущую сталь Р18, обладающую высокими механическими свойствами, и имеет меньший шанс припекания режущих кромок на высокой скорости обработки. В то же время она более дешевая по сравнению с твердым сплавом и, особенно, по сравнению с минералокерамикой.

7.3 Расчет шлицевой червячной фрезы

Исходные данные для расчета:

- d=23a11^-0,270_-0,330

- D=28e8^-0,014_-0,028

- b=6h8_-0,014

- z=6

- f_min=0,3^+0,2

Расчет червячной шлицевой фрезы должен проходить в следующем порядке:

Расчетный внешний диаметр шлицевого валика (стр. 353, [6]):

D_max=D+es,

D_p=D_max-2f_min,

D_max=28-0,014=27,986мм,

D_p=27,986-2·0,3=27,386мм.

Расчетный внутренний диаметр (стр. 353, [6]):

d_min=d+ei,

d_p=d_min+0,25Td,

d_min=23-0,330=22,630мм,

d_p=22,630+0,25·0,06=22,780мм.

Расчетная ширина шлица (стр. 353, [6]):

b_min=b+ei,

b_p=b_min+0,25Tb,

b_min=6-0,014=5,986мм,

b_p=5,986+0,25·0,014=5,9895мм.

Диаметр начально круга шлицевого валика (стр. 353, [6]):

D_w=d_w=,

D_w=d_w=

Угол профиля на начальном круге (стр. 353, [6]):

_w=arcsin(b_p/D_w)

_w=arcsin(5,9895/26,89)=12,87=0.2246рад.

Минимальное значение углового параметра a (стр. 353, [6]):

_a=arcsin(0,5sin_w)

_a=₁=arcsin(0,5sin12,87)=6,35=0.1108рад.

Максимальное значение углового параметра f (стр. 353, [6]):

_f=arccos

_f=₅=arccos=38,18=0.6138рад.

Угловой параметр для второй точки (стр. 353, [6]):

₂=_w

₂=12,87=0.2246рад.

Угловой параметр для третей точки (стр. 353, [6]):

₃=(_f+2_w)/3

₃=(38,18+2·12,87)/3=21,31=0.3718рад.

Угловой параметр для четвертой точки (стр. 353, [6]):

₄=(2_f+_w)/3

₄=(2·38,18+12,87)/3=29,74=0.5190.

Абсциссы точек профиля фрезы (стр. 353, [6]):

X=0,5D_f[(_a-_w)-cos_a(sin_a-sin_w)]

X₁=0,5·26,89 [(0.1108-0.2246)-cos6,35 (sin6,35 -sin12,87)]=-0,0315

X₂=0,5·26,89 [(0.2246-0.2246)-cos12,87 (sin12,87 -sin12,87)]=0

X₃=0,5·26,89 [(0.3718-0.2246)-cos21,31 (sin21,31 -sin12,87)]=0,2182

X₄=0,5·26,89 [(0.5190-0.2246)-cos29,74 (sin29,74 -sin12,87)]=0,7676

X₅=0,5·26,89 [(0.6138-0.2246)-cos38,18 (sin38,18-sin12,87)]=1,3502

Ординаты точек профиля фрезы (стр. 354, [6]):

Y=0,5d_w·sin_a(sin_a-sin_w)

Y₁=0,5·26,89 ·sin6,35 (sin6,35 -sin12,87)=-0,1667

Y₂=0,5·26,89 ·sin12,87 (sin12,87 -sin12,87)=0

Y₃=0,5·26,89 ·sin21,31 (sin21,31 -sin12,87)=0,6866

Y₄=0,5·26,89 ·sin29,74 (sin29,74 -sin12,87)=1,8226

Y₅=0,5·26,89 ·sin38,18 (sin38,18 -sin12,87)=2,7357

Абсцисс центра сменного диаметра (стр. 354, [6]):

Ордината центра сменного диаметра (стр. 354, [6]):

Радиус сменного диаметра (стр. 354, [6]):

Коэффициенты уравнения отклонений сменного диаметра (стр. 354, [6]):

Углы, соответствующие наибольшим отклонениям (стр. 355, [6]):

Наибольшее отклонение точек сменного диаметра от теоретической кривой (стр. 355, [6]):

Суммарное отклонение (стр. 355, [6]):

Д=Д₁+ Д₂

Допустимое значение отклонения (стр. 355, [6]):

[Д]=2/3·Tb

Нормальный шаг витков фрезы (стр. 355, [6]):

P_n0=рd_w/z

Толщина зуба по нормальной прямой (стр. 355, [6]):

S=d_w(р/z-_w)

Толщина зуба для третей и четвертой расчетных точек профиля зуба фрезы (стр. 355, [6]):

S₃=S-2X₃

S₄=S-2X₄

Высота головки зуба фрезы (стр. 356, [6]):

H_a=Y₅

Высота фаски (стр. 356, [6]):

H_ф=2f·tgе

Величина смещения фаски от начальной прямой (стр. 356, [6]):

Hf=Y1

Ширина канавки впадины профиля фрезы (стр. 356, [6]):

L₂=P_п0-(S+4f)

Полная высота зуба (стр. 356, [6]):

H=H_a+H_f+H_ф+

Высота шлифованной части зуба (стр. 356, [6]):

H_шл= H_a+H_f+H_ф

Угловой параметр бокового угла зуба (стр. 357, [6]):

_n=arctg(Y₀/X₀),

_n=arctg(2,0111/7,5281)=14,96.

Величина затылования (стр. 357, [6]):

K=рD_a0·tg/z

Радиус закругления канавки (стр. 357, [6]):

R=р(D_a0-2H)/10z

Глубина канавки (стр. 357, [6]):

h=H+0,5(K+K1)+R

Толщина зуба фрезы (стр. 357, [6]):

C=(1…0,8)h

Угол подъема витков фрезы по среднему расчетному диаметру (стр. 358, [6]):

ф=arcsin(P₀/рd_p)

Угол наклона витков стружечных канавок (стр. 358, [6]):

Щ=R

Шаг винтовых стружечных канавок (стр. 358, [6]):

S_k=рd_p·*tgщ

Осевой шаг витков (стр. 358, [6]):

P_x0=P₀/cosф

Длина фрезы (стр. 358, [6]):

L₁=2(R_a²-R_f²)^0,5+(1…2)P₀+(3…5)

Длина бурта (стр. 358, [6]):

l=3…5

Диаметр посадочного отверстия (стр. 358, [6]):

D_ot=0,55(D_a0-2H)

Диаметр бурта (стр. 358, [6]):

D6=D_a0-2H-3

Для компьютерного расчета данного инструмента необходимо знать следующие значения:

Максимальное значение наружного диаметра шлицевого валика:

D_max=27,986мм

Минимальное значение внутреннего диаметра шлицевого валика:

d_min=22,630мм

Допуск на внутренний диаметр:

Td=0,06мм

Минимальная ширина шлица:

b_min=5,986мм

Допуск на ширину шлица: T_b=0,014мм

Минимальная высота фаски на профиле у наружного цилиндра:

fmin=0,3мм

Число щлицев:

Z=6

Наружный диаметр фрезы:

D=70мм

Число зубьев фрезы:

Z_ф=10

Среднее значение припуска под шлифование:

Р=0,3мм

Задний угол на боковых режущих кромках:

_n= 14,96

Задний угол фрезы на наружном диаметре:

=10

Рисунок 27 - Профиль зубцов фрезы

Таблица 6 - Результаты расчета на ЭВМ

7.4 Конструкция рассчитанной фрезы

Проектируемая червячная шлицевая фреза для нарезания шлицевого вала D-6x23x28e8x6h8 имеет диаметр 70мм, шириной в 56мм и имеет 10 зубьев. Угол подъема винтовой канавки составляет 3,995. Посадочное отверстие, в которое устанавливается оправка, выполнено согласно ГОСТ 8027-86. Размеры профиля зубцов фрезы определены в ходе проектирования и компьютерного расчета.

Заключение

В результате курсового проектирования были получены навыки самостоятельной работы при проектировании металлорежущих инструментов. При выполнении курсового проекта были использованы на практике знания, полученные при изучении общетехнических и специальных дисциплин - высшей и вычислительной математики, начертательной и аналитической геометрии, сопротивления материалов, теории резания и т. п.

Выбор, проектирование и расчет инструментов были осуществлены с помощью традиционных методов расчета и конструирования металлорежущего инструмента. При этом также были использованы особенности конструирования и расчета инструмента и инструментальных блоков для станков с ЧПУ.

Ход выполнения работы заключался в расчете таких инструментов, как:

- Протяжка шлицевая, для протягивания шлицевого отверстия:

D-6x28H11x34H7x7F8, цельная, с одинарной схемой резания.

- Развертка цилиндрическая, для разворачивания отверстия диаметром 20Н7мм с 8 зубьями.

- Метчик, для нарезания метрической резьбы М16x2 с 3мя перьями.

- Дисковый шевер для обработки зубчатых колес с модулем 2,25 с 75 зубьями, смещением начального конура равного 0мм, для зубчатых колес с углом наклона зубьев 0⁰.

- Инструментальный блок, с конусностью хвостовика 7:24, регулируемым вылетом инструмента на 0…35мм, где в качестве инструмента - насадная развертка.

- Торцевая фреза с 16 пятигранными твердосплавными плвстинами для чистовой обработки горизонтальных поверхностей.

- Червячная фреза для нарезания шлицевого вала D-6x23x28e8x6h8 с 10 зубьями и углом подъема витков 3.995⁰.

Расчеты были успешно выполнены и, как результат, построены чертежи каждого проектируемого инструмента.

Список используемых источников

1. Кирсанов Г.Н. и др. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструменту / Г.Н. Кирсанов, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М. : Машиностроение, 1986. - 288 с.

2. Сахаров Г.Н. и др. Металлорежущие инструмены / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М. : Машиностроение, 1989. - 328 с.

3. Мягков В.Д. и др. Допуски и посадки / В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов и др. - М. : Машиностроение, 1983. - 448с.

4. Ординарцев И.А. и др. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филлипов, А.Н. Шевченко и др. - М. : Машиностроение, 1987. - 846 с.

5. Киреев Г. И. Проектирование метчиков и круглых плашек: учебное пособие/ Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 107 с.

6. Кукляк Н.Л. Металорежущие инструменты. Пректирование /Кукляк Н.Л., Афтаназьев И.К. и др. - "Львовская политехника'', 2003. - 556 с.

7. Панов А.А. Обработка металлов резанием / Панов А.А., Аникин В.В. и др. - М. : Машиностроение, 2004. - 784 с.

8. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя, Том 2 / Косилова А.Г., Мещеряков Р.Г. - М. : Машиностроение, 1986. - 496 с.

9. Кузнецов Ю.И. Оснастка для станков с ЧПУ / Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. - М. : Машиностроение, 1990. - 512 с.

Размещено на Allbest.ru