70716

Расчёт и проектирование металлорежущих инструментов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование металлорежущих инструментов: протяжка шестигранная, шлицевая фреза, комбинированное свело и метчик. Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием.

Русский

2014-10-24

2.17 MB

55 чел.

PAGE  19

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТУ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Мехатронные системы машиностроительного оборудования»

КУРСОВОЙ ПРОЭКТ

По дисциплине «Режущие инструменты»

Выполнил

студент группы МСМС 10б      Дёмин С.В.

Проверил

к.т.н. доцент       Киселёва И.В.

Донецк, 2013г.


Задание

1. Задания на проектирование червячной шлицевой фрезы.

Вариант №6

Обрабатываемый материал: Сталь 45

Размеры нарезного шлицевого вала: d-6х28h7x34d11x7f8

2. Задания на проектирование комбинированного сверла

Вариант №8

Обрабатываемый материал – Сталь 20Х

Диаметр первой ступени - 8 мм

Диаметр второй ступени – 15 мм

Длина первой ступени – 40 мм

Длина второй ступени – 50 мм

3. Задания на проектирование метчика

Вариант №22

Обрабатываемый материал – 14Х17Н2

Тип метчика – Гаечный

Степень точности резьбы – Н4

Вид отверстия – Сквозное

Размеры резьбы – М52х3

4. Задания на проектирование протяжки

Вариант №22

Обрабатываемый материал – 14Х17Н2

Размеры детали и заготовки

L = 54

D0 = 56,5

S = 58

Тип протяжки - шестигранная


РЕФЕРАТ

Курсовой проект: 37 стр.,  рис.13, 4 источника, 4 приложений.

Объект исследования: фреза червячная шлицевая, сверло, метчик, шестигранная протяжка.

В курсовом проекте приведены расчеты всех параметров и размеров указанных инструментов, выбраны материалы для изготовления инструмента.

Разработаны рабочие чертежи рассчитываемых инструментов.

 

ПРОТЯЖКА,  СВЕРЛО,   КАНАВКА,  МЕТЧИК ,    ХВОСТОВИК,   ДОПУСК,   МАТЕРИАЛ,   ШАГ.


Содержание

1 РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНОЙ ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ     5

1.1 Анализ и техническое обоснование принятой конструкции фрезы  5

1.2 Определение дополнительных технологических данных  8

1.3 Определение размеров зубцов фрезы в нормальном сечении  9

1.4 Профилирования фрезы        10

1.5 Определение геометрических параметров фрезы    13

1.6 Определение размеров зубцов фрезы в осевом сечении    14

2 ПРОЕКТОРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО СВЕРЛА   16

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТЧИКА       19

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТЯЖКИ       23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ          28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ     29

ДОДАТОК А  Червячная шлицевая фреза      

ДОДАТОК Б Комбинированное сверло

ДОДАТОК В Метчик

ДОДАТОК Г Протяжка шестигранная


ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование металлорежущих инструментов: протяжка шестигранная, шлицевая фреза, комбинированное свело и метчик.

Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием. Высокая производительность процесса протягивания объясняется тем, что одновременно находится в работе несколько зубьев инструмента с большой суммарной длиной режущих кромок. Протягивание позволяет получать поверхности высокой точности (6-го – 8-го квалитетов точности) и низкой шероховатости (Ra=0.63-0.25 мкм).

Червячные шлицевые фрезы применяют для нарезания шлицев на валах и других не эвольвентных профилей на специальных станках методом обкатки.

Зенкер многолезвийный режущий инструмент для обработки цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности.

Метчик — инструмент для нарезания внутренних резьб. Метчик представляет собой винт с прорезанными прямыми или винтовыми стружечными канавками, образующими режущие кромки.


1 РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНОЙ ШЛИЦЕВОЙ ФРЕЗЫ

  •  Материал обрабатываемой детали; Сталь 45 d-6х28h7x34d11x7f8
  •  Внешний диаметр шлицов D=34f11
  •  Внутренний диаметр шлицов d=28h7
  •  число шлицов z=10
  •  ширина шлицов b=7f8
  •  способ центрирования шлицевого соединения по d;
  •  точность и шероховатость обработки (размеры, для которых не указаны квалитеты точности, выполняются по 11 квалитету);

Размер фаски С и диаметр d1 (см.рис.3.1) выбирают с ГОСТ 1139-80 на шлицевое соединение.

1.1 Анализ и техническое обоснование принятой конструкции фрезы

Червячные фрезы применяют для обработки шлицевых валов  для шлицевого соединения по ГОСТ 1139-80 любого способу центрирования. Разные исполнения профиля шлицевых валов приведены на рис.1.1.

Рисунок 1.1 –  Типичные профили шлицевых валов по ГОСТ 1139-80:

Выполнение 1 принимается при центровки соединения по внутреннему диаметру или боковым сторонам, выполнение 2 - при центрировании по наружному диаметру. Диаметр d1 в исполнении 1 определяет глубину канавки, в исполнении 2 - расстояние от прямолинейной части профиля шлица к внутренней цилиндрической поверхности вала. Величины фаски С и диаметр d1 регламентирует ГОСТ 1139-80.

Для нарезания шлицевого вала выполнения 1 предназначены фрезы с усиками, которые обеспечивают получение прямолинейного участка по всей высоте зуба шлицевого вала. Образующиеся усиками канавки в основе шлица обеспечивают абразивную шлицевых валов. Для нарезания шлицевого вала выполнения 2 служат червячные фрезы без усиков.

По конструкции фрезы бывают цельные и сборные. Наибольшее распространение в промышленности получили фрезы цельной конструкции. Согласно техническим требованиям фрезы должны изготавливаться из быстрорежущей стали с содержанием ванадия не менее 3% и кобальта более 5% с твердостью рабочей части (63 ... 67) HRCЭ, например, из стали Р6М5К5, Р9К10. Для сборной фрезы со вставными рейками корпус фрезы изготавливают из конструкционной легированной стали, например, 40Х, а режущую часть - с быстрорежущей стали.

Червячные фрезы изготовляют классов точности А, В и С. Фрезы класса точности А рекомендуется применять для чистового нарезания шлицевых валов с полями допусков по толщине зуба и центрирующее диаметре d9, h8, e8, f8 и внутреннем диаметру - Е9, класса точности В для чистового нарезания валов с полями допусков по толщине зуба d10, центрирующая диаметре - h9, Е9. Фрезы класса точности С предназначены для чернового нарезания валов.

Общий вид червячной фрезы для нарезания шлицевого вала приведен на рис. 1.1.

Как инструмент червячную фрезу получают из червя путем прорезания стружечных канавок и затылования задних поверхностей. Стружечные канавки могут быть прямыми (параллельными оси фрезы) или наклоненными. Выходная инструментальная поверхность режущего инструмента это винтовая поверхность червя.

Рисунок 1.1 - Червячная фреза для обработки шлицевого вала

Точно построить профиль режущего инструмента можно методом пространственного профилирования, когда винтовая поверхность выходного профиля задается системой уравнений в трех координатных плоскостях, а профиль инструмента определяется в нормальном сечении этой поверхности. Но это довольно сложный способ. Поэтому часто при проектировании профиль исходной поверхности в нормальном сечении принимается равным профилю рейки, сопряженной с профилем детали, и переносится на червячную фрезу без коррекции.

Плоскостная задача профилирования может быть решена графическим построением или аналитическим расчетом. Графический способ обеспечивает точность профиля 0,03-0,05 мм, его основным достоинством является наглядность. Но, через недостаточную точность, чаще всего он применяется как проверочный.

Плоскостной аналитический расчет профиля дает достаточно высокую точность при угле подъема витков червячной фрезы не более 6. Когда угол подъема витков червячной фрезы >6 (от 6 до 10), следует применять точный аналитический расчет.

На основании анализа конструкции и степени точности вала нарезаемого основе литературных рекомендаций выбирают конструкцию, степень точности, вид и материал червячной фрезы.

1.2 Определение дополнительных технологических данных, необходимых для расчета фрезы

1. Расчетный внутренний и внешний диаметры шлицевого вала.

Расчетный внутренний диаметр шлицевого вала рассчитываются с учетом допуска,

где  - максимальный наружный диаметр шлицевого вала с учетом допуска, мм,

- размер фаски на вершине шлицевого вала, мм.

2. Расчётный диаметр внутренней окружности

Где: 

- наименьший внутренний диаметр шлицов

- допуск

3. Расчетная ширина шлица.

,

Где: 

- минимальная ширина шлицевого паза с учетом допуска, мм

4. Радиус начальной окружности шлицевого вала.

,

5. Угол шлица:

6. Высота профиля червячной фрезы:

7. Корректируем радиус начальной окружности:

8. Находим координаты центра заменяющей окружности:

yo=  0,137921 =2,24мм

xo=  0,52912 = 8,61мм

9. Радиус заменяющей окружности

ro=  0,5468 =8,9мм

10. Определяем отклонение профиля

p=  0,0004=0,0065

11.Шаг профиля по нормали

12.Толщина профиля фрезы по начальной прямой:

13. Угол шлица у основания:

14. Угол обката для обработки точки шлица на окружности  

15. Высота профиля фрезы до вершины усика:

16. Величина врезания фрезы во внутреннюю окружность:

17. Конструктивные параметры фрезы:

- Наружный диаметр фрезы

- Длина фрезы

- Внутренний диаметр фрезы

- Число зубьев фрезы

- Величина падения затылка

18.Падение затылка со шлифованным профилем

19. Глубина стружечной канавки фрезы:

Размер фаски от начальной прямой Lc 

Рисунок 1.3 – Размеры зубца фрезы в нормальном сечении:

а - без усиков, б - с усиками

Кут фаски выбирается в зависимости от количества шлицев на валу.

n=6 =350,

Высота фаски принимается равной величине фаски на шлицевом валу: hф=c.

Высота профиля зубца фрезы

hі=h+Lc,=6,34+0,27=6,626 мм.

Высота зуба фрезы

h=hі+hк+hф, =6,626+1+0,4=3,21мм.

Осевой шаг винтовой стружечной канавки рассчитывается только для фрезы с винтовыми канавками

, мм.=2450мм


 2 Проектирование комбинированного сверла

Исходные данные

При расчете комбинированного сверла исходными данными являются:

  •  диаметры ступеней обрабатываемого отверстия d1 = 8мм и d2 = 15мм
  •  длины ступеней обрабатываемого отверстия l1 =40мм и l2 =50мм
  •  угол фаски на второй ступени отверстия =90,
  •  обрабатываемый материал Сталь 20Х

1. Главный угол в плане .

= 120,

Допуск на угол 2 составляет 20

2. Задний угол .

=20°

Допуск на угол  составляет 10

3. Угол наклона стружечной канавки .

=250 

Допуск на угол  составляет 20

шаг винтовых канавок

=,

=

где D – диаметр соответствующей ступени сверла, мм

4. Угол наклона поперечной режущей кромки.

=50-550

5. Величина ленточки f.

Ширина ленточки определяется зависимостью

для первой ступени

=, мм

для второй ступени

=, мм.

Диаметр спинки сверла принимается равным:

для первой ступени

=7,84, мм.

для второй ступени

=14,7, мм.

По технологическим соображениям высота ленточки должна соответствовать условию

0,1(D-q)2,5

0,1(8-7,84=0,16)2,5, мм.

0,1(15-14,7=0,3)2,5, мм

6. Сердцевина сверла.

Диаметр сердцевины сверл из быстрорежущей стали принимается равным

Dc=(0,27-0,2)D при D<3 мм;

Dc =(0,19-0,15)D при D=З-18 мм;

Dc =(0,145-0,125)D при D>18 мм.

Значение Dc обычно переменно и увеличивается по направлению к хвостовику на 1,4—1,7 мм на 100 мм длины с целью повышения прочности и жесткости сверла.

Принимаю для первой ступени Dc =1,44мм

 для второй ступени Dc=2,7

7. Профиль стружечной канавки

для первой ступени

==5,65 , мм.

для второй ступени

==10,6 мм.

8. Радиусы сопряжения

Кривые сопряжения канавки рассматриваются в нормальном сечении калибрующей части сверла и определяют профиль канавочной фрезы. При упрощенном аналитическом способе расчета профиль канавки представляют двумя радиусами сопряжения Rk и rk.

Таблица 1.4 – Значения коэффициента Cr для расчета радиуса скругления стружечной канавки

Dс равное

(0,28-0,2)D

(0,19-0,15)D

(0,14-0,12)D

Cr

0,9701-0,9844

0,9868-0,9969

1-0,9748

Для первой ступени

Сr=0,9868

Для второй ступени

Cr=0,9868

Для первой ступени

Для второй ступени

Для первой ступени

Для второй ступени

9. Хвостовик сверла

 Выбираем режимы резания

Для первой ступени

Крутящий момент:

;;;;;

Осевая сила

;;;;;

Для второй ступени

Крутящий момент:

;;;;;

Осевая сила

;;;;;

Суммарный крутящий момент

Суммарная осевая сила

Таблица 2.2 Выбор конуса Морзе

В соответствии с диаметром второй ступени равным 15 выбираю Конус Морзе 2

10) Длина сверла

L= L1+ L2+lхв+lш=59,45+83,84+80+10=235

где L1длина первой ступени, мм,

L2 - длина второй ступени, мм,

lхв =80– длина хвостовика, мм,

lш=10-15 мм – длина переходной шейки

L1= l1+lк+lпер+lзат =40+2,85+3+13,6=59,45

где l1длина первой ступени обрабатываемого отверстия, мм,

lк =2,85– длина режущей части, мм,

lпер=3 - величина перебега сверла,

lзат=13,6 -запас на переточку, мм 

L2=l2+lк+lr+lзат =50+5,34+3+25,5=83,84

где l1длина второй ступени обрабатываемого отверстия, мм,

lк=5,34 - длина режущей части, мм,

lr=3 величина стружечной канавки неполной глубины, необходимая для выхода фрезы,

lзат=25,5 запас на переточку, мм 20534,89

11) Проверка сверла на устойчивость


3 Проектирование метчика

Обрабатываемый материал – 14Х17Н2

Тип метчика – Гаечный

Степень точности резьбы – Н4

Вид отверстия – сквозное

Размер резьбы – М52х3

Рис. 3.1 элементы машинного метчика

Метчик – наиболее широко распространенные инструменты для нарезания внутренних резьб. Это один из наиболее стандартизованных видов инструментов, для которых ГОСТами обусловлены как размеры отдельных конструктивных элементов, так и ряд конструктивных разновидностей метчиков. Выбор метчика стандартный или специальной конструкции следует производить на основании сравнения технико-экономических показателей спроектированного и стандартного метчиков с учетом типа производства. При этом метчики специальных конструкций должны иметь ряд стандартных конструктивных элементов, обусловленных ГОСТами.

Материал рабочей части машинных метчиков определяется условием его эксплуатации, принимаем Р6М5, хвостовик изготовляется из стали 45.

Число зубьев метчика выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и диаметра резьбы, принимаем число зубьев = 4.

  1.  Определение параметров внутренней резьбы детали (гайки)

Номинальный средний D2 и внутренний D1 диаметры резьбы гаек (определяются по табл.1.3 [5])

2) Выбор типа метчика, определение числа метчиков  в комплекте  и распределение нагрузки между ними

Число зубьев метчика выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и диаметра резьбы, принимаем число зубьев = 4 табл.1.10 [5]

3) В табл. 1.16 (ГОСТ 16093–2004) находим допуск на средний диаметр

резьбы гайки степени точности

Допуск на средний диаметр степени точности Н4 – 0,180мм

4) Класс точности метчика

Выбирают в зависимости от степени точности в зависимости от степени точности Н4 По табл. 1.15 [5]

Класс точности метчика – 1

5) Для метчика класса точности 1 по табл. 1.18 находим формулу расчета нижнего отклонения на средний диаметр метчика:

6) По формуле находим допуск на средний диаметр метчика:

7) Верхнее отклонение на средний диаметр метчика определим по формуле

8) Гарантированный запас на износ по среднему диаметру:

9) находим нижнее отклонение на наружный диаметр метчика:

10) Определяем допуск на наружный диаметр резьбы метчика по

формуле :

11) Подставив численные значения величин в формулу, найдем наружный диаметр метчика:

12) Режущая часть метчиков

Находим торцовой диаметр

Подставляя численные значения ,  и  в формулу, найдем:

Определяем диаметр сердцевины метчика:

13. Калибрующая часть

Длина калибрующей части :

14 Ширина пера

15. Угол скоса перьев на режущей части

16. Передний угол

17. Задний угол

18. Падение затылка на наибольшем диаметре режущей части:

19. По ГОСТ 3266–81 находим длину метчиков для нарезания резьбы

М52 с шагом р = 3 мм:

L=300мм

20. По ГОСТ 9150-81 определяем конструктивные параметры зубьев метчика

Рис. 3.2 Конструкция зуба метчика

Шаг Р

3

2,598076

1,623798

0,974279

0,649519

0,324760

0,433013


4 Проектирование протяжки

Протягивание осуществляется на горизонтально – протяжном станке модели 7510 с применением эмульсии. Патрон на станке – с чекой. Длина протяжки ограничена производственными возможностями инструментального цеха.

Принимаем 3 ступени. Подачу на первом зубце первой ступени выбираем равным 0,05мм, т. е. SzI = 0,025мм.

Диаметр первого зубца протяжки:

Диаметр последнего режущего и калибрующих зубцов

Принимая δ=0,02 мм.

Шаг режущих зубцов t=11

Количество одновременно рабочих зубцов zi=6

Размеры основной стружечной канавки

h0=4  r=2  Fa=12,6

Углы зубцов :

Сила протягивания на первой ступени

=248·58·0,050,85·6·0,85·1·1=6583,26 кг

Ср=284

х=0,85

Поперечные сечения протяжки:

По первой стружечной канавке

h=4

мм2

Напряжения в материале протяжки по 1-й стружечной канавке.

кг/мм2 <[σ]=6 кг/мм2

Коэффициент заполнения стружечной канавки на 1-й ступени.

Таким образом, первая ступень полностью удовлетворяют всем требованиям.

Подача на остальных ступенях

Коэффициент заполнения стружечной канавки на остальных ступенях

Диаметры первых зубцов на ступенях

мм;

мм;

мм;

мм;

Количество режущих зубцов в ступенях

шт.

шт.

шт.

Расчет круглых зубьев:

Выбор размеров и профиля стружечных канавок.

Шаг:

мм,

L – длина обрабатывающей втулки, мм,

Размеры профиля зубцов протяжки

h = 8 мм

r = 4 мм

q = 6 мм

Fa = 50,3 мм2

Рис. 4.1 Форма и размеры профиля зубцов протяжки

Геометрические параметры протяжки

Передний угол протяжки γ = 20°

Задний угол α = 3°

Рис. 4.2 формы заточки зубьев протяжек

Определение подъема на зуб

мм

Расчет количества круглых зубьев

Количество секций  

шт

Количество зубьев

Zкч=2ікч=2·1=2 , шт.

Длина калибрующей части

шт

мм

Общее количество режущих зубцов

Zр=Z1+Z2+Z3 =15+12+14=41 шт.

Длина режущей части

l5=zр·t=41·11=451 мм

Хвостовик и его размеры

Расчет гладких частей не производим; записываем только результирующие цифры

D1  

D2

D3

L1

L2

L3

L4

r1

r2

c

Foп, мм2 *

50

38,0

49,5

180

32

32

20

0,5

2,5

1,5

300

1134,1

Рис. 4.3 Основные размеры хвостовика протяжки


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполненной работе был произведён расчёт и проектирование заданных режущих инструментов, разработаны их рабочие чертежи, приведенные в приложении с указанием предельных отклонений размеров деталей и шероховатостей на поверхности инструмента.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

2. Справочник инструментальщика. И. А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н Шевченко. и др. Под общ. ред. Ординарцев И. А. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 846 стр.

3. Конструирование протяжек / А. В. Щеголев: Машиностроение, Москва 1960, 353 ст.

4. Металлорежущие инструменты: справочник конструктора / Е. Э. Фельдштейн, М. А. Корниевич. – Минск: новое знание, 2009. – 1039 с.

5. Киреев Г.И. Проектирование метчико и круглых плашек Учебное пособие 112 ст.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65826. Разработка он-лайн системы продаж и технической поддержки цифровой компьютерной техники 4.02 MB
  Существование предприятия без персональных компьютеров совершенно немыслимо, ведь с их помощью мы ведем бухгалтерию, сдаем отчеты, получаем информацию от других сотрудников предприятия и, наконец, общаемся с внешним миром. ПК на рабочем месте должен быть всегда исправен и готов к работе, именно поэтому сервисное обслуживание компьютеров имеет огромное значение.
65828. Основы работы в среде операционной системы UNIX 65.5 KB
  Цель работы — изучение среды операционной системы (ОС) UNIX, возможностей программирования командного интерпретатора SHELL, а также принципов работы с неинтерактивным текстовым редактором SED.
65829. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ 325.06 KB
  Цель работы — изучение основ разработки ОС, принципов низкоуровневого взаимодействия с аппаратным обеспечением, программирования системной функциональности и процесса загрузки.
65830. Исследование механических анероидно-манометрических измерителей высоты и вертикальной скорости 540 KB
  Механический барометрический высотомер предназначен для измерения барометрической высоты которая отсчитывается от места с заданным давлением и в качестве которой может выступать или Барометрический метод измерения высоты основан на зависимости атмосферного...
65832. Анализ и формирование организационных структур 315.22 KB
  В теории организации и теории управления чаще используется понятие организационной структуры управления ОСУ. Организационная структура управления строится с учетом требований наиболее эффективного управления системой. Организационная структура управления одно из ключевых понятий менеджмента тесно связанное с целями функциями распределением полномочий между менеджерами.
65833. Решение систем линейных алгебраических уравнений 741 KB
  Задание 1 Условие: Решить СЛАУ методом итераций Якоби либо Зейделя: Ход работы: Итерационный метод Якоби: Достаточное условие сходимости: Чтобы выполнялось достаточное условие сходимости преобразуем систему: Блоксхема метода Якоби: Код программы: for i:=1 to 4 do x[i]:=1; e:=0.001; k:=0; while k=0 do begin dx:=0; for i:=1 to 4 do begin s:=0; for j:=1 to i1 do...
65834. Исследование модели шинной ЛВС cо случайным доступом 393 KB
  Цель работы: Исследование особенностей построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. Определить основные характеристики ЛВС шинной топологии со случайным методом доступа на основе исследования аналитической модели сети.