birmaga.ru
добавить свой файл

1
РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДИПЛОМНОГО И КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Общие вопросы проектирования режущего инструмента
Общий порядок проектирования инструмента включает следующие основные этапы:

• составление технического задания на проектирование инструмента согласно требованиям ГОСТ 2.103-68 и ГОСТ 15.001-73, определение вида инструмента, его конструктивного оформления (насадного, хвостового, стержневого) и основных размеров;

• составление общей схемы расчета и его последовательности:

• выбор материала режущей части, типа конструкции (цельная, составная, сборная) и основных размеров конструктивных элементов;

• геометрические, точностные, прочностные и другие расчеты основных размеров режущей части, профиля режущих кромок, исполнительных размеров (диаметра посадочного отверстия и др.);

• определение остальных размеров;

• оформление рабочего чертежа инструмента и назначение технических требований;

• проверка обеспечения требований по точности обработки, производительности, экономичности и другим критериям разработанной конструкции инструмента.

Поскольку для каждого конкретного случая возможны различные решения поставленных задач, то в проекте должна быть дана оценка рассматриваемых и принимаемых вариантов решений, выполняемая по разным критериям: металлоемкости и производительности инструмента, числу возможных переточек инструмента, влиянию прочностных характеристик на предельные режимы обработки и др.

При выполнении заданий исследовательского или поискового характера должно быть предусмотрено предварительное проведение исследования литературных и патентно-лицензионных источников.

Проектирование ведут на основе имеющегося стандартного инструмента аналогичного назначения с максимальным использованием стандартизованных и унифицированных элементов конструкции (корпуса, оправки, элементы крепления пластин и т. д.).

Для инструмента с твердым сплавом возможно применение пластин с износостойкими покрытиями из карбида, нитрида или карбонитрида титана. Формы и условные обозначения твердосплавных пластин, предназначенных для напайки, их 15 конструкции, размеры и области применения установлены ГОСТ 2209-82, ГОСТ 17163-82, ГОСТ 20312-82, ГОСТ 25395-83. ГОСТ 25396-82, ГОСТ 25398-82, ГОСТ 25401-82, а неперетачиваемых многогранных пластин - по ГОСТ 19042-80 ... ГОСТ 19086-80.


Выбор материала частей инструмента производится в зависимости от его типа, назначения, размеров, условий работы и технологии изготовления инструмента.

Для установки инструмента на станке предназначена присоединительная часть, которая обеспечивает правильную ориентацию его относительно рабочих органов станка и воспринимает усилия, возникающие в процессе резания. По форме рабочей поверхности присоединительная часть выполняется плоской, цилиндрической или конической.

Плоскости в конструкции присоединительной части используются в конструкциях резцов, ножей и зубьев сборного инструмента, плоских и шпоночных протяжек. Сечение присоединительной части в этом случае имеет форму прямоугольника или трапеции. При работе на растяжение проводят проверку или расчет на прочность, во всех других случаях - на прочность и жесткость.

Концевые инструменты крепят с помощью цилиндрических (ГОСТ 9523-84) и конических (ГОСТ 25557-82) хвостовиков, выполняемых обычно в виде конусов Морзе. Присоединительную часть цилиндрической формы (хвостовик) имеют стержневые инструменты диаметром до 18 мм с креплением в патронах, упругих втулках или оправках. Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения, поэтому возможно проскальзывание инструмента с повреждением присоединительной поверхности. С целью предотвращения таких ситуаций, инструмент с цилиндрическим хвостовиком, работающий с большими крутящими моментами (развертки, метчики) выполняют с квадратом [1].

Методика расчета хвостовиков приведена в [2,3].

Стержневой инструмент, как правило, выполняют с центровыми отверстиями формы А, В или R. Отверстия формы А применяют, когда необходимость в центровом отверстии после изготовления инструмента отпадает, отверстия формы В – когда центровые отверстия используют при переточках и эксплуатации инструмента, отверстия формы С - для инструментов повышенной точности, так как они обеспечивают более точное базирование при обработке и переточках.


В целях экономии инструментальных материалов современные инструменты общего назначения выполняют, как правило, составными. Соединение рабочей части или зубьев осуществляют сваркой, пайкой, склеиванием или зачеканкой. В сборных конструкциях - механическим креплением при помощи замков, втулок, планок штифтов, клиньев с уклоном 3...5° и рифлений с углом профиля 90° с шагом 0,75; 1,0 и 1,5 мм и высотой профиля 0,14; 0,20 и 0,32 мм соответственно.
Указания для расчета токарных резцов.
Геометрические элементы лезвия определяют по литературе [4] или другим справочникам по обработке металлов резанием.

Наиболее благоприятной является прямоугольная форма сечения державки резцов, при которой наблюдаются наименьше нагрузки на корпус. Корпус с квадратной формой сечения лучше сопротивляется сложному изгибу и применяется для расточных и автоматно-револьверных резцов, а также в других случаях, когда расстояние от линии центров станка до опорной поверхности резца недостаточно велико. Корпус с круглой формой сечения применяют для расточных резьбовых, токарно-затыловочных и других резцов, так как он позволяет осуществлять поворот резца и изменять углы его заточки.

Размеры поперечного сечения корпуса резца выбирают в зависимости от силы резания, материала корпуса, вылета резца и других факторов. Нормализованные размеры поперечного сечения корпуса резцов выбирают по справочникам.

Ширину b или диаметр d поперечного сечения корпуса резца можно определить по формулам:

при квадратном сечении (h = b)

при прямоугольном сечении (h ≈ 1,6·b)

при круглом сечении

где  - главная составляющая силы резания, Н (кгс);  - вылет резца, м (мм);  - допустимое напряжение при изгибе материала корпуса, МПа (кгс/мм2); для корпуса из незакаленной стали  = 200...300 МПа (≈ 20...30 кгс/мм2), для корпуса из углеродистой стали, подвергнутого термической обработке по режиму быстрорежущей стали,  можно максимально увеличить в 2 раза, при прерывистом процессе снятия стружки и скоростном резании принимают  = 150 МПа (≈ 10...15 кгс/мм2).
При расчете отрезных резцов на прочность учитывают, что опасным сечением отрезного резца является место перехода от рабочей части к корпусу. Для резцов с наиболее часто встречающимся соотношением размеров сечения b/h = 1/6 ширина опасного сечения (рис.1)

Максимальная нагрузка, допускаемая прочностью резца при известных размерах сечения корпуса резца:

для резца прямоугольного сечения

для резца круглого сечения

Максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью резца, определяется с учетом допустимой стрелы прогиба резца



где f – допускаемая стрела прогиба резца при предварительном точении, f = 0,1·10-3 м (≈ 0,1 мм), при окончательном точении f = 0,05·10-3 м (≈ 0,05 мм); E – модуль упругости материала резца [для углеродистой стали E = 1,9·1011 ÷ 2,15·1011 Па = 1,9·105 ÷ 2,15·105 МПа (19500 ÷ 21500 кгс/мм2)]; J – момент инерции сечения корпуса (для прямоугольного сечения  , для круглого сечения 0,05d4); l – расстояние от вершины резца до рассматриваемого (опасного) сечения (вылет резца), м (мм).

Необходимо, чтобы сила Pz была меньше максимально допустимых нагрузок Pz доп и Pz жест или равна им: Pz  Pz доп; Pz Pz жест.

После расчета инструмента составляют его рабочий чертеж, на котором указывают все данные, необходимые для изготовления сконструированного инструмента. Чертеж должен удовлетворять всем требованиям ЕСКД.
Расчет сверл, зенкеров разверток.
Проектирование сверла включает выбор основных конструктивных элементов на основе подходящих стандартных сверл с проверкой их применимости к конкретным условиям обработки, а в необходимых случаях - расчет профиля стружечной канавки и элементов зуба и сердцевины сверла.

Диаметр сверла выполняют на (0,02...0,15) мм меньше номинального в зависимости от диаметра и класса точности сверла (с целью компенсации разбивки отверстия) и обратной конусностью в одну-две угловых минуты (0,03...0,1 мм на 100 мм длины).


Длина рабочей части сверла выбирается в зависимости от длины обрабатываемого отверстия и возможности доступа к нему.

Геометрию заточки выбирают исходя из диаметра сверла и группы обрабатываемого материала.

Проверка сверла на прочность включает проверки по крутящему моменту и осевой силе и состоит из следующих этапов:


  1. Определение по нормативной литературе осевое усилие действующее на сверло Px и крутящий момент Мкр.

  2. Определение необходимого размера конуса (если по условию сверло должно иметь конусный хвостовик). Для этого находим момент трения между хвостовиком и втулкой:


Мтр 
Приравниваем момент трения к максимальному моменту сил сопротивления резанию, т.е. к моменту, создающемуся при работе затупившимся сверлом, который увеличивается до 3 раз по сравнению с моментом, принятым для нормальной работы сверла. Таким образом, момент трения должен быть равен 3Мкр. Следовательно,
3Мкр = Мтр  но 
Средний диаметр конуса хвостовика находим по формуле:

где Мкрмомент сопротивления сил резания Н·м (кгс·мм); Pxосевая составляющая силы резания Н (кгс); μ=0,096 – коэффициент трения стали по стали; угол θ для большинства конусов Морзе равен приблизительно 1̊ 30ˊ; sin1̊ 30ˊ = 0,02618; Δθ = 5ˊ - отклонение угла конуса.


По таблице ГОСТ 25557 – 82 выбираем ближайший больший конус, т.е принимаем сверло с усиленным конусом.


  1. Определение длины сверла. Общая длина сверла L; длина рабочей части l0 хвостовика и шейки l2; и другие элементы конуса могут быть приняты по стандартам.

  2. Определение геометрических и конструктивных параметров рабочей части сверла. По нормативам находим форму заточки, угол наклона винтовой канавки ω, угол при вершине конуса 2φ, шаг винтовых канавок находим по формуле:





  1. Толщину dс сердцевины сверла выбирают в зависимости от диаметра сверла по таблице 1:

Таблица1.

Рекомендуемые значения толщины сердцевины dc

D, мм

0,25...1,25

1,5...12,0

13,0...80,0

dс, мм

(0,28...0,20) D

(0,19...0,15) D

(0,14...0,25) D


Сверла, оснащенные твердым сплавом и твердосплавные делают более жесткими – с диаметром сердцевины около 0,3D. По направлению к хвостовику диаметр сердцевины увеличивается на (1,4...1,5)мм на 100 мм длины для сверл из быстрорежущей стали и на (1,7..1,8) мм для сверл твердосплавных.

  1. Обратная конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) на 100 мм длины рабочей части сверла принимается по таблице 2:

Таблица 2.


Рекомендуемые значения обратной конусности


D, мм

До 6

Св. 6

Св. 18

Обратная конусность, мм

0,03 – 0,08

0,04 – 0,10

0,05 – 0,12




  1. Рекомендуемые размеры ленточки на калибрующей части сверл по ширине b и высоте h указаны в табл.3.

Таблица 3.

Рекомендуемые размеры ленточки спиральных сверл b и h, мм.

Интервалы диаметров, мм




2...5

5...8

8...10

10...12

12...15

15...20

20...25

25...30

30...35

35...40

40...45

45...50

50...80

b

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,6

1,8


1,8

2,0

2,3

2,6

3,0

h

0,1

0,2

0,3

0,4

0,4

0,6

0,7

0,8

0,9

0,9

1,0

1,2

1,5

  1. Ширина пера определяется по формуле В = 0,58 D.

  2. Определение геометрических элементов профиля фрезы для фрезерования канавки сверла:

Большой радиус профиля
R0 = CRCrCфD,
где


при отношении толщины сердцевины  к диаметру сверла D, равном 0,14,  = 1;

где Dф – диаметр фрезы. При Dф =   = 1.

Меньший радиус профиля

 где 


Ширина профиля B = R0 + .


  1. П
    о найденным размерам строим профиль канавочной фрезы рис.2. Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла.

  2. Выполняем рабочий чертеж.


Основой при проектировании специальных зенкеров и разверток так же служит стандартный инструмент, который подлежит необходимой доработке.

В связи с достаточной прочностью этих видов инструмента, проверки на прочность для них проводят только в особых случаях.

Проектирование зенкеров в этом случае сводится, как правило, к выбору его типа (насадной, хвостовой), конструкции (цельный, составной или сборный), числа зубьев и определению конструктивных размеров и геометрии заточки.

Проектирование разверток аналогично проектированию зенкеров с той разницей, что развертка это инструмент, обеспечивающий точность отверстия при высоких требованиях к нему. Поэтому на вопросы обеспечения точности следует обратить особое внимание. Так, с целью снижения уровня разбивки и предотвращения вибраций при обработке, угловой шаг зубьев разверток делают неравномерным. А к взаимному расположению зубьев и базовых поверхностей разверток предъявляют очень жесткие требования.

Достаточно жесткие требования предъявляются и к остальным поверхностям разверток. Допуск радиального биения хвостовика разверток относительно оси центровых отверстий или оси посадочного отверстия 0,010 мм для разверток диаметром до 30 мм и 0,015 . свыше 30 мм.

Предельные отклонения размеров разверток:

общей длины и длин рабочей части, хвостовика и квадрата . h16;

диаметра цилиндрического хвостовика машинных разверток . h9, ручных . f9;

конуса Морзе: чистовых для квалитетов 6 и 7 и черновых №1 и №2 - IТ7;


остальных - IТ8.
Проектирование фрез.
Основные размеры фрез, геометрические параметры и технические требования к ним приведены в стандартах или справочной литературе. Геометрические элементы лезвия можно выбрать по нормативам или справочной литературе. Форму и размеры пластин из твердого сплава, марку твердого сплава выбирают также по ГОСТу.

Наружный диаметр фрезы D зависит от диаметра оправки, размеров обрабатываемой поверхности, припуска на обработку и других факторов.

Обычно при конструировании фрез для определения диаметров оправки и цилиндрической фрезы пользуются следующим соотношением: D = (2,5…3) d.

Порядок расчета фрез следующий:


  1. Предварительно задаемся длиной L фрезы (для заданной ширины фрезерования B) и соответственно ее диаметром D’, числом зубьев z и углом ω.

  2. По справочнику определяем скорость движения подачи Sz (мм/зуб).

  3. Диаметр отверстия под оправку:



Здесь  - суммарный момент при изгибе и скручивании оправки, Н·м (кгс·мм):

где P – равнодействующая сил Pz и Py; P = 1,411 Pz; lрасстояние между опорами фрезерной оправки (длина посадочного участка оправки), мм;  - допустимое напряжение на изгиб оправки для конструкционных сталей;  = (180...250)·106 МПа (~18 – 25 кгс/мм2).


Pz определяется по нормативам или справочнику, полученное значение d округляется до ближайшего диаметра отверстия фрезы по ГОСТ 9472 – 83.

Далее по формуле D = (2,5…3) d окончательно устанавливается наружный диаметр фрезы и по стандарту принимается ближайший к расчетному. Значение длины фрезы L также берется из стандартов.


  1. Рассчитывается окончательное число зубьев фрезы . Значение коэффициента m зависит от типа фрезы и выбирается по тал.4.

Таблица 4.

Значения коэффициента m для определения числа зубьев фрезы.

Цилиндрические

Торцовые цельные

Угловые

Фасонные

Дисковые

Цельные

Сборные

Крупнозубые с ω≤30̊

Мелкозубые с ω=15...20̊

с ω=20̊

с ω=45̊

Крупнозубые

Мелкозубые

1,05

2

0,9

0,8

1,2

2

2,5-2,8

1,5-2

2



  1. Определяется шаг зубьев фрезы:

окружной торцовый шаг

осевой шаг



  1. Проверяются полученные величины z и Sос на условие равномерного фрезерования:


С должно быть целым числом или величиной, близкой к нему.
Проектирование протяжек.
Задача проектирования протяжки сводится к выбору схемы резания и определения конструктивных элементов ее зубьев и протяжки в целом, исходя из выбранных режимов резания, формы и размеров обрабатываемой поверхности и свойств обрабатываемого материала. При этом следует учитывать особенности процесса резания при протягивании и то, что протяжки - это один из наиболее дорогих видов инструмента в связи с высокими затратами на их изготовление и большими размерами.

Схему резания и форму режущих кромок выбирают в зависимости от назначения протяжки и формы обрабатываемой поверхности с учетом получения оптимальной конструкции протяжки, т.е. обеспечения наименьшей ее длины при обеспечении прочности зубьев и протяжки в целом и наиболее полном использовании тяговой силы двигателя станка.

Одной из наиболее важных особенностей протягивания является обязательное условие обеспечения размещения стружки в канавке между зубьями, исходя из которого и рассчитывают размеры канавок. Глубина стружечных канавок непосредственно влияет на поперечное сечение тела протяжки и тем самым определяет ее прочность.

На режущих кромках большой ширины (больше 6...8 мм) для улучшения условий формирования стружки делают стружкоразделительные канавки треугольной (с углом 45...60°) или радиусной формы. Стружкоразделительные канавки выполняются только на режущих зубьях в шахматном порядке. Повышенный износ лезвий по уголкам канавок и ухудшение процесса заполнения канавки стружкой являются недостатком такой конструкции протяжки. Поэтому более целесообразны протяжки групповой схемы резания (переменного резания), например круглые протяжки с выкружками на зубьях.


Расчет протяжек. Режущую часть протяжки рассчитывают с учетом прочности и возможности размещения стружки в канавке. Конструкция протяжки должна обеспечить требуемые размеры и качество обработанной поверхности детали и иметь минимальную длину с целью уменьшения расхода материала и трудоемкости изготовления.

При расчете протяжек определяют:

• размеры конструктивных элементов режущей части, исходя из прочности тела протяжки, силы протягивания и соответствия этой силы тяговой силе двигателя станка, удовлетворения условий формирований и размещения стружки в стружечных канавках, из наименьшей длины протяжки и соответствия этой длины длине хода ползуна протяжного станка, возможности изготовления протяжки;

• исполнительные размеры калибрующих зубьев, обеспечивающие требуемые параметры обработанных поверхностей.

Все необходимые указания для расчетов элементов конструкции протяжек приведены в литературе [1].

Далее расчет протяжек сводится к проверке конструкции на прочность.

Расчет конструкции на разрыв во впадине первого зуба:

где  - максимально допустимая главная составляющая силы резания Н (кгс), рассчитываются по формулам приведенным в [1] или берется по нормативам в справочной литературе; Fплощадь опасного поперечного сечения во впадине первого зуба

 - диаметр зуба, hглубина канавки; напряжение в опасном сечении (если площадь опасного сечения хвостовика <F, то расчет надо вести по ).


Напряжение в опасном сечении σ не должно превышать допустимого напряжения табл.5.
Таблица 5.

Допустимое напряжение для материала протяжек и прошивок.

Инструмент

σ, МПа (кгс/мм2), для материала режущей части

Быстрорежущие стали

Легированные стали

Круглые, шлицевые, эвольвентные, елочные протяжки

350 (35)

300 (30)

Шпоночные, плоскиеии другие протяжки с несимметричным приложением нагрузки

200 (20)

150 (15)

Прошивки

600 (60)

600 (60)

Примечание. Для конструкционных сталей, из которых изготовлен хвостовик, если инструмент сварной, σ = 250 МПа (25 кгс/мм2).


Расчет хвостовика на смятие

где  - опорная площадь замка

Допустимое напряжение при смятии не должно превышать 600 МПа.

Далее выполняется рабочий чертеж протяжки и выбираются технические требования.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов. Учебное пособие для ВУЗов / Под ред. Г.Н.Кирсанова - М.: машиностроение. 1986. - 288 с.


  2. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач по резанию металлов и режущему инструменту. Изд. 3-е. - М.: Машиностроение, 1976. -288с.

  3. Аршинов В.А. Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. Изд. 3-е. - М.: Машиностроение, 1976 - 440с.

  4. Справочник технолога машиностроителя. В двух томах.\ Изд 4-е. Под ред. Косиловой и Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985.

  5. Справочник конструктора –инструментальщика / Под общ. ред. В.А. Гречишникова и С.В. Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2006. – 542 с.: ил – (Библиотека конструктора)

  6. Боровский Г.В., Григорьев С.Н., Маслов А.Р. Справочник инструментальщика / Под общей редакцией А.Р. Маслова. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2007. – 464 с.: ил.