Проектирование металлорежущих инструментов (работа 1)

Московский Государственный Технический Университет

им. Н.Э.Баумана

Калужский филиал

Кафедра М4-КФ

Курсовой проект

по курсу:

«Основы проектирования режущего инструмента»

Оглавление

Введение

Задание №1

1.1 Подготовка чертежа детали к расчету фасонного резца

1.2 Выбор типа фасонного резца

1.3 Определение углов режущей части

1.4 Определение габаритных и присоединительных размеров резца

1.5 Коррекционный расчет профиля круглого фасонного резца

1.6. Расчет допусков на высотные размеры профиля, углы заточки и установки резца

1.7 Проектирование шаблона для контроля профиля резца при его изготовлении

1.8 Проектирование державки фасонного резца

Задание №2

2.1 Выбор типа шпоночной протяжки

2.2 Расчет плоской шпоночной протяжки

2.3 Проектирование патрона

Задание №3

3.1 Расчет основных конструктивных элементов червячной фрезы

Задание №4

4.1 Расчёт и выбор конструктивных элементов машинно-ручного метчика

Список используемой литературы

Введение

В данном курсовом проекте я спроектировала три металлорежущих инструмента: призматический фасонный резец, шпоночную протяжку и червячную модульную фрезу и необходимую для них оснастку. Данные инструменты нашли широкое применение в производстве.

Фасонные резцы применяются для обработки поверхностей сложного профиля на станках токарной группы и реже на строгальных (долбежных) станках в условиях серийного и массового производства. Как правило, они являются специальными инструментами, предназначенными для обработки одной детали. Преимущества фасонных резцов - строгая идентичность обработанных деталей, большой срок службы, высокая общая и размерная стойкость, совмещение предварительной и окончательной обработки, простота установки и наладки на станке - делают их незаменимыми в автоматизированном производстве, особенно на токарных автоматах.

Наружные протяжки применяют вместо шлифования, фрезерования. строгания для обработки поверхностью площадью 100-200см². Вместе с тем наружное протягивание выгодно применять при обработке в массовом производстве заготовок с большой площадью поверхности (блоков и головок цилиндров, автомобильных и тракторных двигателей). Чаще всего протягивают плоские и фасонные поверхности: пазы рифления, хвосты турбинных лопаток и др. Протяжками обрабатывают металлы и пластические массы, допускающие обработку резанием. С помощью протяжек также можно обрабатывать зубчатые колеса методом обкатывания.

Червячные модульные фрезы – наиболее распространённый инструмент для нарезания цилиндрических колёс с наружными зубьями, которым можно нарезать зубья прямозубых и косозубых колёс, причём это возможно делать одной и той же фрезой. Для работы фрезы необходим её свободный выход при окончании обработки. Специальные конструкции фрез могут обрабатывать внутренние зубья на колёсах большого диаметра на станках со специальной фрезерной головкой, располагаемой внутри колеса. Наибольшее применение для колёс малых и средних модулей (до 100 мм) получили цельные затылованные фрезы из быстрорежущих сталей.

Задание №1

Сконструировать фасонный резец для обработки выделенной части контура детали.

Материал: ВЧ 50-2, HB240

Неуказанные предельные отклонения размеров: диаметров Н14, h14; остальных IT14/2.

Проектирование фасонного резца

1.1 Подготовка чертежа детали к расчету фасонного резца

По данным размерам детали вычерчиваем ее профиль в увеличенном масштабе 4:1, который используется в дальнейшем для графического определения размеров резца. Вычерчивание профиля детали необходимо для решения двух вопросов:

Задание промежуточных точек профиля, что необходимо при наличии на профиле криволинейных участков, а также для повышения точности обработки конических, а в ряде случаев и цилиндрических участков. Наибольшую трудность представляет определение радиусов промежуточных точек дуговых участков. При этом обычно задаются осевыми размерами профиля: l1=0; l2=3,58; l3=3,62; l4=7,84; l5=8,39; l6=11,74;; L=45. По заданным теоретическим размерам: D1=51,805; D2=79,64; R=40 и длинам l1-l6 и L находят радиусы точек:

R1=29,3;

R2=34,72;

R_>3>=35,78;

R4=39,38;

Наименьший радиус в т.1 R_>1>=29,3.

1.2 Выбор типа фасонного резца

Используем фасонный резец призматического типа, т.к. он имеет большой срок службы, поэтому экономически выгоден. Они имеют большую жесткость корпуса, жестче крепятся в державке, поэтому применяются при обработке деталей с большими размерами фасонного профиля, особенно при его значительной длине. Кроме того, они имеют меньшие органические погрешности, поэтому применяются при повышенных требованиях к точности профиля детали. Чаще применяются резцы радиального типа, т.к. большинство станков имеют суппорты с установкой резца по высоте оси детали. Резцы тангенциального типа можно применять при малой глубине фасонного профиля детали, однако, надо учитывать возможности размещения и закрепления такого резца на суппорте станка. Ценным свойством тангенциального резца является возможность обработки деталей разного диаметра с одинаковыми фасонными профилями и постепенное врезание и выход резца, что ведет к уменьшению усилий резанья и позволяет обрабатывать не жесткие детали.

1.3 Определение углов режущей части

Передний угол резца γ и задний угол α задаются в наиболее выступающей (базовой) точке резца. Величины углов α и γ рекомендуется выбирать из ряда значений: 5, 8, 10, 15, 20, 25. Принимаем γ=25 градусов. Для призматических резцов чаще всего принимают следующие задние углы: α=8-15 градусов. Принимаем α=8 градусов. Следует иметь в виду, что задние углы переменны в различных точках лезвия, к тому же в сечении, нормальном к проекции лезвия на основную плоскость, они могут быть на некоторых участках лезвия намного меньше номинального значения. Поэтому необходимо производить проверку минимальной величины заднего угла по формуле:

tgαn=tgαт*sinφ, где

αт – задний угол в данной точке в торцевом сечении;

φ – угол между касательной к профилю детали в данной точке и торцевой плоскости детали.

1.4 Определение габаритных и присоединительных размеров резца

Обычно габаритные и присоединительные размеры определяются из конструктивных соображений в зависимости от глубины фасонного профиля изделия tmax и длины профиля L, т.к. от них зависит количество получающейся стружки и нагрузка на резец при его работе. При выборе габаритных и присоединительных размеров пользуемся таблицей.

Длина резца определяется в зависимости от размеров профиля детали с учетом дополнительных лезвий и ее округляют в большую сторону. Принимаем L=54 мм.

1.5 Коррекционный расчет профиля круглого фасонного резца

Целью коррекционного расчета – определение высотных размеров профиля фасонного лезвия, лежащих в передней плоскости резца, в направлении перпендикулярном базе резца.

При расчете размеров профиля призматического фасонного резца в нормальном сечении исходными данными являются углы α и γ, а также размеры С _>1,2…>_>i>_> >, найденные в общей части коррекционного расчета. Искомые размеры профиля Р_>i>_> >определяются по формуле

Р_>i>=С_>i>*cos(α+γ)

Р_>1>=С_>1>*cos(α+γ)=0.81*cos(8+25)=0.746

P_>2>=3.13*cos(8+25)=2.881

P_>3>=4.43*cos(8+25)=4.078

P_>4>=4.855*cos(8+25)=4.469

P_>5>=2.735*cos(8+15)=2.517

1.6 Расчет допусков на высотные размеры профиля, углы заточки и установки резца

А) Расчет допусков на высотные размеры:

№ точки Расчетные величины	1(базовая)	2	3	4	5	6
Допуск наДиаметр, δDi	0,74	0,74	0,74	0,74	0,74	0,74
Допуск на радиус, δRi=0,5δDi	0,37	0,37	0,37	0,37	0,37	0,37
Высота профиля детали, переносимая с резца на деталь, hi	3,23	1,565	0,35	0	0	0
Высота профиля резца, полученная при коррекционном расчете, Pi	0,746	2,881	7,078	4,469	4,469	4,469
Высота точки профиля резца, проставляемая на чертеже, Рi	0,74	2,88	4,08	4,47	4,47	4,47
Допуск на высоту профиля hi, переносимую с резца на деталь δhi=δRi-δRб	0,29	0,29	0,29	0,29	0,29	0,29
Часть допуска высоты hi, отводимая на погрешности от неточной заточки и уст. резца δhз.у.i=0,5*δmin *(Pi/Pδmin)	0,145	0,564	0,8	0,87	0,87	0,87
Часть допуска высоты hi, остающаяся на неточности выполнения высот профиля, δhpi= δhi- δhз.у.i	0,145	0,274	0,51	0,58	0,58	0,58
Допуск на высоту профиля, δPi= δhpi*(Pi/hi)	0,033	0,504	0,85	0	0	0
Верхнее и нижнее отклонение высоты профиля:В.О. + Н.О. –	0,016	0,25	0,42	0	0	0

Все найденные отклонения точнее отклонений IT14/2, следовательно принимаем данные отклонения за расчетные.

Б) Расчет допусков на продольные размеры профиля резца:

В ответственных случаях расчет допусков ведется на продольные размеры профиля аналогично расчету допусков на высотные размеры. На детали выбирается ответственный участок (обычно торцевая плоскость), от которой проставляются ее размеры. Допуски на линейные размеры при этом пересчитываются с учетом изменения базы отсчета. На резце продольные размеры профиля проставляются от участка, обрабатывающего ответственный участок детали. Дальнейшие расчеты аналогичны предыдущим.

Однако в большинстве случаев допуски на продольные размеры детали значительно шире, чем на ее диаметры. Поэтому допустимо приближенное назначение допусков на продольные размеры профиля резца. При этом допуски размеров резца берутся в 2-3 раза уже, чем допуски соответствующих размеров детали.

В) Расчет допусков на параметры заточки и установки резцов:

На все углы определяющие заточку и установку резцов принимаются допуски в угловых минутах, численно равные допуску на высотный размер профиля, выраженному в микрометрах. Таким образом:

α1,2,γ1,2,ε1,2=±16”; ε3,γ3,α3=0; ε4,γ4,α4=±3’20”; ε5,γ5,α5=±1’48”; ε6,γ6,α6=±2’30”;

1.7 Проектирование шаблона для контроля профиля резца при его изготовлении

Часто для контроля профиля фасонных резцов в процессе их изготовления применяют шаблоны, которые прикладываются к фасонной задней поверхности резца. По величине просвета судят о точности выполнения профиля резца.

Шаблон имеет те же номинальные размеры профиля, что и фасонный резец, однако допуски на размеры профиля шаблона должны быть в 1,5-2 раза жестче, чем соответствующие допуски резца.

Для контроля шаблона при его эксплуатации, если он работает длительное время применяют контр-шаблон. Его профиль одинаков с профилем резца, но допуски на размеры профиля контр-шаблона должны быть в 1,5-2 раза жестче, чем соответствующие допуски шаблона.

Шаблон и контр-шаблон изготавливают из листового материала толщиной 1-3 мм в зависимости от размеров. Для увеличения износостойкости их закаливают до твердости 56-64 HRC. Мерительные кромки по всему фасонному контуру делают тоньше основной пластины для облегчения обработки точных размеров профиля и удобство контроля резца.

Допуски на размеры шаблона:

r1= 29,3±0,36;

r2=34,72±0,31;

r3=35,78±0,31;

r4= 39,38±0,31;

Допуски на размеры контр-шаблона:

r1= 29,3±0,18;

r2=34,72±0,155;

r3=35,78±0,155;

r4=39,38±0,155;

1.8 Проектирование державки фасонного резца

Державки фасонных резцов должны удовлетворять следующим требованиям:

Конструкция державки должна быть простой и обеспечивать надежность и жесткость закрепления резца;

Необходима быстрая предварительная установка и точная регулировка высоты базовой точки лезвия резца по высоте оси детали;

Для державок, предназначенных для различных круглых фасонных резцов с разной высотой оси резца над осью детали (универсальные державки) необходима точная регулировка этой высоты;

Для державок, используемых на автоматах, необходима быстрая точная установка базовой точки лезвия резца на высоте оси детали.

Для державок всех типов необходимо согласование размеров державки с размерами рабочего пространства и суппорта применяемого станка.

Крепление дискового фасонного резца осуществляется в державке с нониусом. Это крепление позволяет производить настройку резца на станке двумя способами: вращением эксцентричной втулки с фланцем, снабженным отверстиями (можно изменять положение резца по высоте); вращением рифленой опорной шайбы (можно устанавливать режущую кромку дискового резца по оси обрабатываемого изделия).

Державка спроектирована для станка 16К20.

Задание №2

Сконструировать протяжку для обработки выделенной части контура детали

Материал: СЧ52 НВ220

Проектирование шпоночной протяжки.

2.1 Выбор типа шпоночной протяжки

Для протягивания шпоночных канавок в цилиндрических отверстиях применяются в основном два типа протяжек: протяжки с плоским телом и протяжки с цилиндрическим телом. Выбираем плоскую шпоночную протяжку. Протяжки с плоским телом имеют форму полосы с прямоугольным сечением, они движутся при работе в прямоугольном пазу направляющей оправки. Задним концом эта оправка вставляется в отверстие переходного или опорного кольца, которое присоединяется к столу протяжного станка. На передний конец оправки вставляется обрабатываемая деталь, внутри отверстия которой должна быть прорезана шпоночная канавка. Промежуточный цилиндрический бурт-фланец является опорной частью оправки.

Протяжки с плоским телом делятся на две разновидности: протяжки с утолщенным телом и протяжки с тонким телом или ленточные. Выбираем протяжку с утолщенным телом, т.к. такие протяжки наиболее жесткие и выдерживают большие нагрузки, чем тонкие протяжки.

2.2 Расчет плоской шпоночной протяжки

Припуск А на обработку шпоночной протяжкой, а следовательно и суммарный подъем зубцов будет складываться из глубины канавки и величины f_>0> дуги, соответствующей ширине протягиваемой канавки в. Таким образом:

А=h=t’_>1>-D+ f_>0>,

где t’_>1>- расстояние от края отверстия до дна канавки

t’_>1>=29,51мм

D – диаметр отверстия

D=26.021мм

Величина f_>0> определяется по формуле:

f_>0>=0,5(D-D²-в²)=0,5(26,021-26,021²-7,022²)=0,48

А=h=29,51-26,021+ 0,48=3.97

Ширина тела протяжки принимается равной:

В=в+(2…6)мм

В=8+(2…6)=10-14мм

Принимаем В=12(-0,006;-0,018)мм

Ширина зубчатой части в_>п> определяется по формуле:

в_>п>=в_>max>-_>в>,

где в_>max> – наибольшая допустимая ширина шпоночного паза на изделии;

_>в>- Наибольшее разбивание по ширине паза

_>в>=(0,005…0,010)мм

в_>п>=7,022-0,005=7,017мм.

Подача на зуб: S_>z>=0.1мм

Шаг зубьев: t=12мм.

Число одновременно работающих зубьев: z_>1>=6

Размеры стружечной канавки:

h_>0>=5мм

r=2,5мм

F_>a>=19,6_> >мм²

Для упрощения расчетов отношение объемов канавки и стружки может быть заменено отношением площади активной части F_>a> к площади продольного сечения среза, т. е.

F_>a>/ F_>с>= F_>a>/S_>z*>L=h_>0>²/4S_>z*>LK_>min>

K_>min>=3,5

F_>a>/ F_>с> =19.6/4_>*>0.1_>*>60=3,63,5

У шпоночных протяжек не следует делать передний угол  больше 15⁰, т.к. в противном случае получается волнистая поверхность из-за того, что протяжка втягивается в обрабатываемый металл, что может привести к перегрузке и поломке протяжки. Принимаем  =15⁰. Задний угол  обычно принимают 2…3º. Допустимые отклонения для передних углов могут быть приняты равными 1⁰30’, а для задних 30’. Принимаем  =4^0.

Высоту зубчатой части h_>0>’ можно считать приблизительно равной

h_>0>’1.25 h_>0>,

где h_>0> – глубина стружечных канавок.

При этом необходимо учитывать, чтобы полностью сточенная по высоте протяжка не задевала верхними углами за материал детали, это означает, что высота h_>0>’ должна быть больше глубины стружечной канавки.

h_>0>’=1,25_>*>5=6,25мм

Принимаем h_>0>’=9, что больше t_>1>’-D=3.5

Сила протягивания определяется по следующей формуле:

Р=С_>р>S_>z>^xвz_>max>k_>y>k_>c>k_>и>,

где в- ширина шпоночной канавки в мм,

С_>р>- постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и формы протяжки

С_>р>=202 ,

S_>z> – подача на зуб или подъем зубцов на сторону в мм

S_>z>=0,1,

z_>max> – наибольшее количество одновременно работающих зубьев.

х – показатель степени при S_>z>

х=0,85

k_>y>, k_>c>_>, >k_>и >– поправочные коэффициенты, характеризующие влияние переднего угла, состава СОЖ, степени износа зубцов протяжки

k_>y>=0,93,

k_>c>=1.34,

_> >k_>и>=1.

Наибольшее количество одновременно работающих зубьев определяется по формуле:

z_>max>=L/t,

где L – длина протягиваемой поверхности

L=60мм

t – шаг режущих зубцов

t=12.

z_>max>=60/12=5

Р=202_{> *}>0,1^0,85_>*>7_>*>5_>*>0,93_>*>1,34=1242кг_>.>

Высота протяжки по первому зубцу h_>1> должна удовлетворять следующему условию:

h_>1>P/B[]+h_>0>’,

h_>1>1242/12_>*>20+9=14.

Принимаем h_>1>=18мм.

Высота протяжки по последнему режущему зебу h_>п> и по калибрующим зубцам Н_>в> составляет:

h_>п> = Н_>в>= h_>1>+ h_>/>

h_>п> = Н_>в>=18+3,97=21,97мм

Количество режущих зубцов определяется по формуле:

z_>p>= h/S_>z>+(1…2)мм

z_>p>=3,97/0,1+2=41,7

Принимаем z_>p>=42

Длина режущей части l=t_>*> z_>p>

l=12_>*>42=504мм.

Угол бокового поднутрения _>i>=1⁰30’, переходные кромки высоты 0,3мм с углом 45⁰.

Хвостовик выбираем плоский с размерами Н_>1>=Н_>2>=18мм.

F_>x>=h_>1*>в_>1>

F_>x>=18_>*>7=126мм²

Напряжение на растяжение в материале хвостовика

=Р/ F_>x>

=1242/126=9,9кг/мм.

Калибрующая часть:

Высота зубцов Н_>5>=h_>п>=21,97мм,

Количество зубцов z_>к>=5,

Шаг t_>k>=t=12мм,

Длина l_>к>=t(z_>к>+0.5)=12(5+0.5)=60

Стружечная канавка такая же, как у режущих зубцов.

Фаска f_>k>=0.2мм.

Общая длина гладких частей протяжек l определяется суммой длин отдельных элементов:

l= l_>1>- l_>3>+ l_>с>+ l_>а>+ l_>в>+ l_>н>’,

где l_>1 >– длина хвостовика, зависящая от способа крепления и размеров протяжки.

l_>3> – длина входа патрона в отверстие станка

l_>с> – толщина опорной плиты станка

_>а> – длина выступающей части опорного кольца

l_>в> – длина выступающей части фланца направляющей оправки

l_>н>’ – длина, необходимая для беспрепятственного насаживания изделия.

l_> >=70-0+70+25+8+70+0=243

Принимаем l_>н>’=250мм

Общая длина: L= l_> >+ l_>5>+l_>6>

L=814мм

Глубина паза в направляющей оправке:

Н=h_>1>+f_>0>

Н=18+0.48=18.48

Проверка толщины тела оправки определяется по наибольшему допустимому значению глубины паза Н:

Н0,5(D+0.5D²-В²)

Н0,5(26+0.5_>*>26²-12²)=19,98

№ зуба Высота h Допуски № зуба Высота h Допуски 1 18.00 -0,02 25 20,40 -0,02 2 18.10 -0,02 26 20,50 -0,02 3 18,20 -0,02 27 20,60 -0,02 4 18,30 -0,02 28 20,70 -0,02 5 18,40 -0,02 29 20,80 -0,02 6 18,50 -0,02 30 20,90 -0,02 7 18,60 -0,02 31 21,00 -0,02 8 18,70 -0,02 32 21,10 -0,02 9 18,80 -0,02 33 21,20 -0,02 10 18,90 -0,02 34 21,30 -0,02 11 19,00 -0,02 35 21,40 -0,02 12 19,10 -0,02 36 21,50 -0,02 13 19,20 -0,02 37 21,60 -0,02 14 19,30 -0,02 38 21,70 -0,02 15 19,40 -0,02 39 21,80 -0,02 16 19,50 -0,02 40 21,88 -0,02 17 19,60 -0,02 41 21,97 -0,015 18 19,70 -0,02 42 21,97 -0,015 19 19,80 -0,02 43 21,97 -0,015 20 19,90 -0,02 44 21,97 -0,015 21 20,00 -0,02 45 21,97 -0,015 22 20,10 -0,02 46 21,97 -0,015 23 20,20 -0,02 47 21,97 -0,015 24 20,30 -0,02

2.3 Проектирование патрона

Многие отечественные протяжные станки оснащены патронами. В них применены 2 кулачка прямоугольного сечения, каждый из которых охватывает примерно половину рабочего конуса хвостовика протяжки.

В корпусе 1 (рис. ниже) выполнены отверстия под кулачки 2. Сверху кулачки 2 поддерживаются осью 3. Плунжеры 4 со сферическими наконечниками поджимают кулачки 2 к центру патрона (упору 5). Резьбовыми пробками 6 регулируют силу нажатия пружин 7, действующих на плунжеры 4. Гайкой 8 фиксируется положение патрона. Винтами 9 крепятся оси 3.

Патрон предназначен для горизонтально-протяжного станка 7510М.

Задание №3

Сконструировать червячную модульную фрезу для обработки зубчатого венца с внешними зубьями.

Исходные данные:

– угол зацепления: ;

– модуль нормальный: ;

– коэффициент высоты головки и ножки зуба: ;

– коэффициент радиального зазора: ;

– число зубьев: ;

– угол наклона зубьев: ;

– направление зубьев: левое;

– коэффициент коррекции нормальный: 0,0;

– степень точности: 7-С;

– материал: сталь 40ХН;

– прочность: ;

– вид фрезерования червячной фрезой: окончательное.

3.1 Расчет основных конструктивных элементов червячной фрезы

1. Выбор профиля зубьев червячной фрезы

Данная фрезу имеет класс точности – А, спрофилирована на основе Архимедова червяка. Данный метод профилирования основан на замене криволинейного профиля боковой стороны в осевом сечении эвольвентного червяка на прямолинейный, близкий к нему. В этом случае приближенного профилирования червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем происходит замена эвольвентного основного червяка на Архимедов червяк. Червячные фрезы, спрофилированные приближенно на основе Архимедова червяка, образуют, по сравнению с другими методами приближенного профилирования, наименьшие погрешности профиля зубьев нарезаемых колес в виде небольшого подреза ножки и среза головки, благоприятно влияющие на условие зацепление сопрягаемой пары зубчатых колес. Кроме того, такие червячные фрезы имеют следующие преимущества:

боковые стороны зубьев Архимедовых червячных фрез можно затыловать в радиальном направлении;

для окончательного контроля профиля боковой стороны зубьев Архимедовых червячных фрез разработаны и используются специальные приборы, обеспечивающие высокую и стабильную точность измерения.

При проектировании чистовых червячных фрез для цилиндрических колес с эвольвентным профилем приближенное профилирование на основе Архимедова червяка является предпочтительным.

2. Порядок расчета основных конструктивных элементов червячной фрезы

2.1 Число заходов

Число заходов червячной фрезы является одним из факторов, влияющих на производительность при нарезании цилиндрических колес. На выбор числа заходов червячных фрез влияет степень точности нарезаемых колес и их размеры (число зубьев и модуль). Червячные фрезы, особенно чистовые, проектируются однозаходными. Принимаем .

2.2 Угол подъема винтовой линии по делительному цилиндру

Погрешности профиля зубьев нарезаемых колес с эвольвентным профилем, связанные с приближенным профилированием червячных фрез, в значительной степени зависят от величины угла подъема винтовой линии по делительному цилиндру фрез. С увеличением угла подъема винтовой линии по делительному цилиндру величина погрешности профиля зубьев нарезаемых колес возрастает. Вследствие этого для чистовых червячных фрез величина угла подъема винтовой линии по делительному цилиндру принимается не выше . Принимаем .

2.3 Направление винтовой линии по делительному цилиндру

Выбор направления винтового гребня червячной фрезы зависит от направления зубьев нарезаемых колес. Т.к. направление зубьев левое, то направление винтового гребня фрезы принимаем одноименным с направлением зубьев нарезаемого колеса.

2.4 Наружный диаметр

Ориентировочная величина наружного диаметра червячной модульной фрезы определяется по формуле:

Принимаем .

2.5 Форма зубьев

В конструкциях червячных фрез с затылованной задней поверхностью применяются следующие две основные формы зубьев:

форма а) имеет один участок задней поверхности по архимедовой спирали со спадом, равным ;

форма б) имеет два участка затылованной задней поверхности, образованной по архимедовой спирали: первый участок со спадом и второй – со спадом .

Используем так называемую форму б). Первый (основной) участок затылованной задней поверхности формируется окончательно после термической обработки шлифованием. Второй участок предназначен для обеспечения свободного выхода шлифовального круга при обработке первого и формируется затыловочным резцом до термической обработки. Червячные фрезы с зубьями по форме б) характеризуются повышенной точностью размеров профиля и стойкостью. Форма б) зубьев применяется в конструкциях червячных фрез для чистовой и окончательной обработки зубьев нарезаемых колес до 8-й степени точности.

2.6 Ориентировочное число зубьев фрезы в торцевом сечении

Число зубьев фрезы в торцевом сечении влияет на количество резов, формирующих боковую сторону зубьев нарезаемых колес. Для повышения точности профиля зубьев нарезаемых колес и производительности обработки предпочтительно принимать максимально допустимое число зубьев.

Ориентировочное число зубьев в торцевом сечении затылованных червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем определяется по формуле:

, где

коэффициент, учитывающий форму зубьев червячных фрез;

, принимаем .

2.7 Величина спада задней поверхности зубьев фрез

Величина спада задней поверхности зубьев фрезы на первом участке определяется по формуле:

, где

задний угол на вершине , принимаем ;

, принимаем ;

Величина спада задней поверхности зубьев на втором участке принимается равной:

, где

поправочный коэффициент, для фрез общего назначения ;

, принимаем .

2.8 Радиус впадины стружечной канавки

Величина радиуса впадины стружечной канавки определяется по формуле:

Принимаем .

2.9 Глубина профиля

Величина глубины профиля или шлифованная часть зубьев червячных фрез равна:

.

2.10 Глубина стружечной канавки

Размер глубины стружечной канавки определяется в зависимости от формы зубьев червячных фрез.

Для червячных фрез с зубьями по форме б):

;

Принимаем .

2.11 Угол впадины стружечной канавки

Величина угла впадины стружечной канавки принимается в зависимости от числа зубьев фрезы следующих значений:

– при .

2.12 Окончательное число зубьев в торцевом сечении

Число зубьев в торцевом сечении окончательно устанавливается для червячных фрез с зубьями по форме б) из условия обеспечения свободного выхода шлифовального круга дискового типа при обработке первого участка затылованной задней поверхности. Этому соответствует отсутствие контакта рабочей поверхности шлифовального круга с зубом червячной фрезы, следующим за шлифуемым. Окончательное значение числа зубьев в торцевом сечении определяется по ГОСТ 9472-60.

Принимаем .

2.13 Диаметр отверстия

В целях увеличения жесткости крепления фрезы диаметр отверстия под оправку следует брать максимально допустимым. Ориентировочное значение размера диаметра отверстия определяется по формуле:

;

По ГОСТ 9472-60 принимаем .

2.14 Длина рабочей части фрезы

Приближенное значение величины длины рабочей части червячной фрезы определяется по формуле:

Принимаем .

2.15 Общая длина фрезы

Величина общей длины фрезы определяется по формуле:

, где

длина цилиндрических буртиков фрезы, принимаем ;

.

2.16 Диаметр буртиков

Цилиндрическая поверхность буртиков используется для контроля установки фрезы на станке. Диаметр буртиков принимается равным:

.

2.17 Расчетный диаметр делительного цилиндра

Расчетный диаметр делительного цилиндра учитывает изменение ряда геометрических параметров (угол подъема винтовой линии, угол наклона передней поверхности и др.) червячной фрезы при перетачивании ее в процессе эксплуатации. Для уменьшения отклонения эксплутационных значений параметров от расчетных величина расчетного диаметра делительного цилиндра определяется для сечения, расположенного на расстоянии () окружного шага от передней поверхности фрезы. В соответствии с этим расчетный диаметр делительного цилиндра определяется по формуле:

2.18 Расчетный угол подъема винтовой линии по делительному цилиндру

Величина расчетного угла подъема винтовой линии по делительному цилиндру определяется по формуле:

Принимаем

2.19 Направление стружечных канавок и угол наклона

Стружечные канавки для обеспечения одинаковой величины переднего угла на боковых режущих лезвиях зубьев фрезы располагаются нормально к винтовому гребню и выполняется винтовыми. Угол наклона стружечных канавок принимается равным углу подъема винтовой линии по делительному цилиндру, т.е.

.

2.20 Шаг стружечных канавок

Величина шага стружечных канавок входит в знаки маркировки фрезы и определяется по формуле:

2.21 Осевой шаг зубьев фрезы

Величина шага в осевом сечении фрезы определяется по формуле:

2.22 Размеры профиля зубьев червячной фрезы в нормальном сечении

а) Толщина зуба по делительному цилиндру:

, где

припуск по толщине зубьев нарезаемых колес под дальнейшую обработку, равна 0, т.к. обработка окончательная;

;

б) Высота головки зуба: ;

в) Высота ножки зуба: , где

коэффициент радиального зазора между головкой зуба нарезаемого колеса и впадиной зуба фрезы. Величина может быть принята равной величине .

;

г) Радиус галтели на головки зуба: ;

д) Радиус галтели у ножки зуба: .

Величина углов профиля правой и левой боковых затылованных задних поверхностей зубьев червячной фрезы в осевом сечении:

– для правой: ;

– для левой: .

Задание №4

Рассчитать и сконструировать гаечный метчик.

Исходные данные:

– диаметр нарезаемой гайки: ;

– длина головки: ;

– размер под ключ: ;

– материал обрабатываемой заготовки: Сталь 45ХН;

– прочность материала: ;

– характер производства: мелко-серийное;

4.1 Расчет и выбор конструктивных элементов гаечного метчика

1. Режущая часть

На величину угла и длину режущей часть оказывают влияния конструктивные особенности отверстия, в котором нарезается резьба. Так как обрабатываемой гайка имеет короткое отверстие, то используется метчик с малым значением угла и длинной режущей частью, что обеспечивает более надежное центрирование детали и инструмента.

Принимаем:

– значение угла ;

– длина режущей части , где шаг резьбы.

2. Направляющая часть

Окончательное формирование резьбового профиля заканчивается после прохода первых направляющих зубьев. Последующие не участвуют в калибрование резьбы, а служат для центрирования и направления, обеспечение подачи, метчика, а также являются запасом для переточек.

Для обеспечения функции центрирования, направления и подачи достаточно иметь направляющую часть длиной три-четыре нитки. Рекомендуется минимальная длина направляющей части , равная 0,5 диаметра резьбы. Остальные нитки направляющей части являются запасом для переточек метчика по задней поверхности.

Определяем рабочую длину метчика:

, где Р – шаг резьбы;

3. Определение стружечной канавки метчика

Требования к профилю стружечных канавок метчика:

1) обеспечение лучшего образования и отвода стружки и оптимальной величины переднего угла в пределах глубины профиля нарезаемой резьбы;

2) обеспечение достаточного пространства для свободного размещения стружки;

3) сохранение достаточной прочности рабочей части метчика (диаметр сердцевины );

4) сохранение метчиком устойчивого центрирования и направления (ширина зуба );

5) предотвращение резания затылком зуба и защемления стружки при вывинчивании метчика (угол );

6) профиль стружечной канавки должен быть очерчен плавной линией во избежания появления трещин при термообработке;

7) обеспечение простоты и универсальности технологической оснастки при изготовлении стружечных канавок.

Количество стружечных канавок. Число стружечных канавок на метчике влияет на условие отвода стружки и на толщину срезаемого слоя, а следовательно, на величину крутящего момента. Кроме того, число канавок определяет условия центрирования и направления метчика.

Число стружечных канавок зависит от вида инструмента, обрабатываемого материала и размеров резьбы. Исходя из этих условий, принимаем число стружечных канавок равным 3.

Передний угол метчика. Передняя поверхность и передний угол образуются стружечной канавкой метчика. Для плавного схода стружки на передней поверхности не должно быть уступов и резких переходов. Шероховатость передней поверхности . Принимаем значение переднего угла в зависимости от обрабатываемого материала согласно ГОСТ3266-72 – .

Профиль стружечной канавки. Для данного метчика используем двухрадиусный профиль стружечной канавки. Данная форма наиболее хорошо отвечает требованиям, предъявляемых к профилю стружечной канавки. Данный профиль нашел наиболее широкое распространение и используется для метчиков всех видов.

– диаметр сердцевины: ;

– ширина зуба: .

4. Определение заднего угла метчика

Задний угол на метчике получается при радиальном затыловании режущей части по наружному диаметру. Затылование обычно производится по архимедовой спирали.

Взаимосвязь между задним углом и величиной затылования определяется зависимостью , где К – падение задней поверхности зуба (затылка) на дуге, равной части длины окружности диаметра .

Величина угла зависит от обрабатываемого материала, вида отверстия, а также от вида и размера метчика. Принимаем угол , тогда:

Затылование производится «наостро» на величину К, что приводит к возникновению вспомогательных задних углов . Между боковыми сторонами режущих направляющих профилей и нарезанным резьбовым профилем существует зазор; контакт осуществляется только по вспомогательным лезвиям; трение по боковым сторонам отсутствует; меньше опасность заклинивания; меньше момент резьбонарезания. Однако необходимо принимать оптимальные значения угла , при которых метчик не теряет устойчивого центрирования по ниткам резьб и сохраняет точность резьб.

5. Обратная конусность

Для уменьшения трения между метчиком и нарезаемой резьбой метчик изготавливаем с обратной конусностью (уменьшение диаметра в направлении к хвостовику) по внутреннему, собственно среднему и наружному диаметрам. Обратная конусность является обязательным конструктивным элементом метчика, так как ее отсутствие вызывает повышенное трение и схватывание между зубьями метчика и резьбовой ниткой детали, что приводит к заклиниванию и к поломке инструмента.

Обратная конусность метчиков должна находиться в пределах мм на 100 мм условной длины резьбовой части метчика.

6. Габаритные размеры метчика

В данной работе используется гаечный метчик с изогнутым хвостовиком, этот метчик работает по непрерывному циклу на специальном гайконарезном станке, поэтому габаритные размеры, метчика, были согласованны с паспортными данными станка.

Список используемой литературы

1. В.П. Шатин, П.С.Денисов «Режущий и вспомогательный инструмент» Справочник, М., 1968

2. П.Г. Кацев «Обработка протягиванием» М., 1986

3. Справочник инструментальщика под редакцией И.А. Ординарцева, 1987

4. Методическое пособие по проектированию и расчету фасонных резцов

5. Методическое пособие по проектированию и расчету шпоночной протяжки.

6. Методические указания по расчету червячных модульных фрез.