Расчет червячных фрез содержит определение размеров профиля фрезы в нормальном к виткам фрезы сечении

1.1 Расчет червячных фрез содержит определение размеров профиля фрезы в нормальном к виткам фрезы сечении.

 

Расчетный профильный угол исходного профиля в нормальном сечении

Модуль нормальный мм.

Шаг по нормали мм.

Расчетная толщина зуба по нормали ,

где S_д1 – толщина зуба по нормали к делительной окружности

мм

 =0,097 мм [3, стр. 336, табл. 5,17]- гарантированный боковой зазор.

мм

Высота зуба фрезы

где  мм. - высота зуба колеса,

 мм – радиальный зазор,

мм.

Радиусы закруглений на головке и ножке зуба

Для фрез с модулем более чем 4 рекомендовано выполнять канавки для обеспечения возможности шлифования у основания зубьев.

Ширина канавки b=0,75 мм.

Глубина канавки h=1 мм.

Радиус канавки мм. [1, стр. 21]

  1.2 Определение конструктивных размеров фрезы

При отсутствии специальных требований наружные диаметры фрез рекомендовано выбирать по требованиям действующих стандартов.

Наружный диаметр фрезы мм.

Диаметр посадочного отверстия  мм.

Длина фрезы мм. [1,стр.33, табл.4]

Число зубьев для чистовых фрез определяется по зависимости:

,

где ,

,.

Примем 11 зубьев фрезы.

Передний угол на вершине зуба ,

Задний угол на вершине зуба . Примем .

Рисунок 1.1 – Геометрия режущей части

Задний угол на боковой режущей кромке в сечении, перпендикулярном к ней, определяют по формуле:

,

где Rx – радиус окружности расположения произвольной точки, для которой определяется значение бокового заднего угла. Rx=80-1×8=72 мм.

Величина затылования К подсчитывается по зависимости:

мм. Округляем до 7 мм.

Величина дополнительного затылования [1,стр.22]:

мм.

Глубина канавки Н для фрезы со шлифованным профилем:

мм.

Радиус закругления основания канавки

мм. Примем 2.5 мм.

Угол профиля канавки [1,стр.23].

Диаметр делительной окружности:

мм.

Угол подъема витков фрезы на начальной окружности определяют по формуле:

,

где а – число заходов фрезы; а=1 [1,стр.23].

.

Шаг по оси между двумя витками фрезы:

 мм.

Ход витков по оси фрезы

 мм.

Стружечные канавки выполняются винтовыми. Направление витков стружечных канавок противоположно направлению витков фрезы.

Осевой шаг винтовой стружечной канавки:

 мм.

Угол установки фрезы на станке для нарезания прямозубого колеса равняется углу подъема витков фрезы.

.

Расчетные профильные углы фрезы в нормальном сечении:

Расчетные профильные углы фрезы в осевом сечении:

,

Расчетная длина фрезы:

где х = 3 [1,стр.24, табл.2,1]

l₁=4,5 мм [1,стр.24] - длина буртика.

мм.

Рисунок 1.2 – Конструктивные параметры фрезы

 
2 РАСЧЕТ КОМБИНИРОВАННОГО СВЕРЛА

Исходные данные для расчета комбинированного сверла:

диаметр меньшего отверстия D₁=20^{+0,21 мм;}

диаметр большего отверстия D₂=22^{+0,21 мм;}

длина l₁=40 мм;

длина l₂=60 мм;

шероховатость обработанных поверхностей Ra=2,5;

квалитет обработанных отверстий H12;

обрабатываемый материал – сталь 3.

Рисунок 2.1 – Эскиз обработанной поверхности

По марке обрабатываемого материала определяем группу обрабатываемого материала [2, с. 17, табл. 3], принимаем код материала 1.

Для обработки заданного отверстия принимаем радиально-сверлильный станок модели 2М55, у которого мощность главного движения 5,5 кВт, допускаемое усилие механической подачи 20 МН, направление вращения правое.

Материал сверла быстрорежущая сталь марки Р6М5 ГОСТ 19265-79.

2.1 Предельные размеры диаметров отверстия

;

;

мм;

мм;

мм;

мм;

Допуски на диаметр отверстия равны:мм, мм.

  2.2 Коэффициент глубины сверления и расчетные диаметры

;

;

.

При , ;

мм;

мм.

Полученные значения округляем, назначаем допуск на наружный диаметр сверла. [4, с. 199, табл. 42].

мм;

мм.

 
2.3 Размеры ленточки сверла

Ширина ленточки:

;

мм;

мм;

Высота ленточки:

;

мм;

мм;

Рисунок 2.2 Размеры ленточки сверла

  2.4 Геометрические параметры режущей части сверла

Главный угол в плане для сверла выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала из [2, с. 20, табл. 4].

; ; .

Значения заднего угла:

;

;

;

Угол наклона перемычки ψ является произвольной величиной, которая получается при заточке.

  2.5 Параметры стружечной канавки

Угол наклона стружечной канавки:

;

;

;

Центральный угол канавки выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала. При обработки стали 40ХН, , [2, с. 21].

Шаг стружечной канавки:

;

мм;

мм;

Ширина пера определяется зависимостью:

;

мм;

мм;

  2.6 Осевая сила и крутящий момент

Осевая сила при сверлении определяется по формуле:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем значения коэффициентов уравнения.

; ; ; мм/об; ;

Н;

Осевая сила при рассверливании:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем значения коэффициентов уравнения.

; мм; ; ; мм/об; ;;

Н;

Общее осевое усилие, действующее на комбинированное сверло, складывается из усилий на его ступенях.

;

Н;

Крутящий момент при сверлении определяется по формуле:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем значения коэффициентов уравнения.

; ; мм/об; ;;

Нм;

Крутящий момент при рассверливании:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем значения коэффициентов уравнения.

; ; мм/об; ; ; ; ;

Нм;

Общий крутящий момент, действующий на комбинированное сверло, складывается из моментов на его ступенях.

;

Нм;

Критическая сжимающая сила.

Это осевая нагрузка, которую стержень выдерживает без потери устойчивости:

  2.7 Площадь поперечного сечения сверла

Увеличение площади поперечного сечения сверла способствует повышению прочности и жесткости сверла, до определенного момента увеличивается, и стойкость. Дальнейший рост сечения ухудшает отвод стружки.

Оптимальную и максимально допустимую площадь поперечного сечения определяют по формулам:

Для первой ступени:

мм²;

 мм².

Для второй ступени:

мм²;

 мм².

  2.8 Диаметр сердцевины

Диаметр сердцевины сверла выбирается в зависимости от размеров сверла.

;

мм;

мм;

Диаметр сердцевины к хвостовику увеличивается. Это увеличение составляет 1,4-1,8 мм на каждые 100 мм рабочей части сверла.

 
2.9 Длина сверла

Длина первой ступени:

Где l_К – длина заборного конуса;

l_П – длина перебега;

l_ЗАТ – запас на переточку;

l_Ф – глубина фаски

;

мм;

мм;

;

мм;

;

мм;

мм;

Длина конечной ступени:

;

где l_г – длина канавки для выхода фрезы

;

мм;

мм;

мм;

Принимаем длину последней ступени мм.

Длина и параметры хвостовика сверла:

Форма хвостовика определяется как формой посадочного отверстия станка, так и его диаметром.

Средний диаметр конического хвостовика определяется по формуле:

;

где:  - коэффициент трения стали о сталь;

- половина угла конуса Морзе;

 - отклонение угла конуса.

Тогда:

.

Максимальный диаметр конуса Морзе:

мм.

Выбираем стандартное значение:

 для конуса Морзе №2.

Длина сверла состоит из суммы длин всех ступеней, шейки и длины хвостовика:

,

где мм – длина хвостовика сверла.

мм – длина шейки сверла.

Тогда общая длина сверла:

 мм.

3 РАСЧЕТ ШЛИЦЕВОЙ ПРОТЯЖКИ 3.1 Исходные данные

При выборе заготовки для последующего протягивания определяют диаметр и точность предварительно изготовленного отверстия. При центрировании по ширине шлица предварительно обработанное отверстие не обрабатывается.

- диаметр отверстия до протягивания мм [3, с.253, табл.4.75];

- наружный диаметр шлицев мм;

- внутренний диаметр шлицев мм;

- число шлицев ;

- ширина шлица мм;

- материал детали сталь 40ХН твердость 180-350 НВ;

- длина протягивания мм;

- шероховатость мкм;

- максимальный диаметр отверстиямм.

  3.2 Выбор схемы резания

На основании анализа конструкций протяжек по схемам резания, представленного [3, с.6, табл. 1], установлено, что протяжка с групповой схемой резания будет обеспечивать следующие преимущества:

- уменьшается длина протяжки;

- повышается производительность процесса протягивания4

- уменьшается расход инструментального материала;

- уменьшается суммарное усилие протягивания;

- повышается стойкость протяжки;

- снижается себестоимость обработки изделия;

  3.3 Выбор угла фаски

По [3, с.24] принимаем угол фаски b=45°;

  3.4 Шаг черновых зубьев

Шаг черновых зубьев определяется по формуле:

,

где L-длина протягивания;

мм;

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного, выбранного из [3, с.14, табл.6]. Выписываем размеры профиля зубьев протяжки: мм, мм, мм, мм, мм², мм². значение углов резания примем по [3, с.16, табл.8]. Передние углы для всех зубьев , значение задних углов для черновых и переходных зубьев , чистовых , калибрующих  основные геометрические параметры представлены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1 Размеры профиля зубьев протяжек

3.5 Максимально допустимая сила резания

Сила резания, допускаемая прочностью хвостовика в опасном сечении, выбирается из [3, с. 13, табл. 5]. Диаметр хвостовика D_хв принимается равным ближайшему меньшему значению по отношению к D₀. Но необходимо ограничить диаметр размером Ø50мм, поскольку прочность на разрыв такого хвостовика соответствует максимально-возможной величине тягового усилия.

D_хв=50мм; D₁=36мм; D₂=49мм; l₁=90мм; l₂=20мм; l₃=32мм; c=8мм; [σ_р] = 400МПа; P_хв=453200H.

Основные размеры хвостовика представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.2 основные размеры хвостовика

Сила резания, допускаемая прочностью опасного сечения по впадине первого зуба, определяется из выражения:

P_оп =,

где D_оп – диаметр опасного сечения;

[σ_р] – допускаемое напряжение на растяжение;

D_оп = D₀ – 2h;

D_оп = 102 – 2×9 = 84мм;

P_оп ==2200000Н.

Расчетное тяговое усилие станка 7Б520 [3, с. 13, табл. 7]:

P_ст =k×Q,

где k–КПД станка (k=0,9);

Q–тяговое усилие станка (Q=200000Н);

Н;

За величину максимально допустимой силы резания P_доп принимаем наименьшее из полученных значений.

Н.

  3.6 Максимальная глубина стружечной канавки по допустимому усилию

h_[σ]=;

h_[σ]=мм.

Величина h принятая по таблице меньше h_[σ]. Коэффициент заполнения стружечных канавок для стали K=3.

  3.7 Подача черновых секций

;

мм;

Полученное значение округляем до стандартного S_zч=0,2мм. Фактический коэффициент заполнения стружечной канавки :

;

  3.8 Количество зубьев в черновых секциях

В случае срезания стружки по групповой схеме резания фасочные зубья группируются в двузубые секции, аналогично шлицевым зубьям, причем первые зубья в каждой секции имеют на боковых сторонах выкружки для разделения стружки по ширине, а вторые выполняются без выкружек, заниженные по диаметру на 0,02–0,04мм.

Таким образом, количество зубьев в черновых секциях принимаем для фасочной части Z_чсф =2, шлицевой Z_чсш =2.

3.9 Сила протягивания на черновых зубьях

На фасочной части:

;

Значение коэффициентов выбираем из [3, с. 17-18, табл. 9-10]:

; ; ; ; .

;

;

Н;

На шлицевой части:

;

Н.

Р_ф>Р_доп - поэтому принимаем для расчета протяжной станок модели 7А540, [3, с. 13, табл. 7], с номинальным тяговым усилием 400000 Н. С учетом КПД,

Р_ст =360000 Н.

  3.10 Распределение припуска

Общий припуск на протягивание:

;

где мм. [3, с. 18, табл. 11];

мм;

На фасочную часть:

;

где d_фп–диаметр последнего фасочного зуба;

;

мм;

мм;

Первый фасочный зуб соответствует диаметру предварительно подготовленного отверстия.

Припуск на переходные зубья в шлицевой части А_опш, число переходных секций i_пш принимаем по [3, с. 20, табл. 12б], а на чистовые зубья из [3, с. 20, 12а].

мм; мм; , принимаем ; мм;

На шлицевую часть:

мм;

  3.11 Подъем на зуб

В фасочной части на каждую двузубую секцию мм, в шлицевой части для черновых секций мм, переходных мм.

  3.12 Шаг переходных, чистовых и калибрующих зубьев

В виду того, что при переточке чистовые зубья станут черновыми и во избежание поломки инструмента. Для всех зубьев примем одинаковый шаг: мм.

  3.13 Диаметр зубьев

Фасочные зубья:

первый мм;

последний мм.

Шлицевые зубья:

первый мм;

последний мм.

  3.14 Количество черновых секций

В фасочной части:

;

;

В шлицевой части:

;

.

  3.15 Количество зубьев

В фасочной части:

;

.

В шлицевой части:

;

;

;

.

Количество чистовых и калибрующих зубьев на шлицевой части выбираем из [3, с. 20, табл. 12а].

Z_чтш=4; Z_кш=3.

Подъём на зуб в чистовой секции: мм.

  3.16 Длина режущих и калибрующих частей

Фасочная:

длина режущей части

;

мм.

калибрующих зубьев в фасочной части нет.

Шлицевая:

длина черновой и переходной режущих частей

;

мм.

длина чистовой и калибрующей режущих частей

;

мм.

3.17 Общая длина протяжки

Общая длина комбинированной протяжки равна сумме длин составных частей.

;

где  - длина хвостовика, передней и задней направляющей;

Длина передней направляющей выбирается в зависимости от отношения длины протягивания  к диаметру протяжки :

, следовательно, мм;

Длина задней направляющей части:

;

мм;

Длина переходного конуса:

мм, принимаем мм;

Длина переходной шейки:

мм;

где: , где: ,мм;

мм.

Увеличение шага между фасочной и шлицевой частями: мм;

;

мм.

Полученная длина протяжки не превышает величины, допускаемой технологическими возможностями её изготовления [3, с. 24, табл. 14], поэтому протяжку выполняем цельной.

  3.18 Геометрия зубьев

На вершинах калибрующих зубьев выполняется цилиндрическая ленточка мм. Вспомогательный угол в плане на шлицевых зубьях  с лентой по боковой поверхности мм выполняется на тех зубьях, высота шлицевых выступов которых не менее мм. На первых зубьях черновых и переходных секций выполняются выкружки. Радиус выкружек определяется графически, при этом их глубина должна быть не менее мм.

4 ПАТРОН ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СВЕРЛА НА АГРЕГАТНОМ СТАНКЕ

На агрегатных станках хвостовой инструмент с конусными и цилиндрическими хвостовиками закрепляют в шпинделях одношпиндельных или мрогошпиндельных насадок с помощью переходных втулок, которые в свою очередь, крепятся в шпинделе двумя винтами. Крутящий момент передается шпонкой, врезанной во втулку. На выходе втулки есть упорно-регулировочные гайки, с помощью которых режущий инструмент может высовываться на необходимую величину. Контровка гайки выполняется винтом, закрепляющим настроенное положение нажимом на поверхность трапециидальной резьбы через медную прокладку. Посадочные размеры втулок стандартизованы и согласованы с базовыми размерами шпинделей.

Для извлечения инструменту втулки та концы шпинделей насадок имеют отверстия под выбивной клин.

Проведем проверочный расчет шпонки на смятие:

,

де Т- суммарный крутящий момент на сверле, Н·м;

d- диаметр вала, мм;

h- высота шпонки, мм;

l_p- рабочая длина шпонки, мм;

 МПа – максимально – допустимое напряжение смятия [5,с.36].

 МПа.

Таким образом шпонка выдержит напряжения смятия, а также имеет запас прочности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы произведён расчёт и проектирование заданных режущих инструментов: червячной фрезы, комбинированного сверла и шлицевой протяжки, а также спроектирован патрон для крепления сверла на агрегатном станке. Разработаны рабочие чертежи, приведенные в приложении с указанием предельных отклонений размеров деталей и шероховатостей на поверхности инструмента. Также приведен чертеж патрона для комбинированного сверла.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.– Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Режущий инструмент» для студентов специальностей 7.090203 «Металлорежущие станки и системы» и 7.090201 «Технология машиностроения»/ Сост.: И.В.Киселева, В.П.Цокур, О.А.Попенко. – Донецк : ДонГТУ, 1999. – 20 с.

2.– Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Проектирование и производство металлорежущих инструментов»/ Сост.: И.А. Малышко, С.Л. Толстов. -Донецк: ДПИ,1991.-39с.

3.– Методические указания по расчёту комбинированных протяжек/ Сост.: И.А. Малышко, С.Е.Носенко.- Донецк: ДПИ,1986.-32с.

4.– Справочник технолога машиностроителя. В двух томах. Изд. 3, переработанное. Том 2. Под ред. Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн. наук поф. А. Н. Малова. М., «Машиностроение», 1972, стр. 568.ццц