где b - длина одного дугового участка на режущей кромке данного зуба.
n - число дуговых участков на режущей кромке зуба.
Длина дуговых участков режущей кромки уменьшается при увеличении диаметра от d до D ,т.е. от первого зуба к последнему на режущей части протяжки. Сила резания при протягивании зависит от площади срезаемого слоя Р=f(ab), поэтому для сохранения постоянной силы P за весь период протягивания отверстия пропорционально уменьшению в увеличивают толщину срезаемого слоя а.
2.4 Последовательность определения толщины срезаемого слоя
Определим общий припуск на протягивание:
Разделим произвольно величину А на 3 ступени:
d1=d=65 мм;
d2=69 мм;
d3=76 мм;
D=84,5 мм.
Припуск первой ступени от d1 до d2 срезают зубья первой секции режущей части протяжки, припуск второй ступени от d2 до d3 срезают зубья секции номер два, припуск третьей ступени от d3 до D срезают зубья секции три.
Определяем толщину срезаемого слоя на первой ступени а1 из условия прочности протяжки по впадине первого зуба.
где F1-площадь сечения по впадине первого зуба протяжки.
[]р =400 МПа - допускаемое при деформации растяжения в материале режущей части протяжки, твердость HRCЭ 63...66
Принимаем Zk=8
Cp, К - коэффициенты принимаемые по таблице 4.5
Cp=284;
К=0,93;
К0=1,00 - обработка с СОЖ.
Определяем толщину срезаемого слоя на второй и третьей ступенях.
Найдем длины дуговых участков b2 и b3 на диаметрах d2 и d3 соответственно аналитическим способом
Строим математическую модель для расчета длины дугового участка.
Рисунок 8. Математическая модель для расчета ширины срезаемого слоя
Расчет b2 и a2:
Расчет b3 и a3:
2.5 Проверка прочности протяжки на разрыв по шейке хвостовика
где P - сила резания при протягивании, H
- коэффициенты по табл. 4,5.
где - диаметр вала хвостовика, мм
[]x - допускаемое напряжение при деформации растяжения.
Сталь 40Х ГОСТ 4543-71, []x =300 МПа , твердость HRCэ 43...51.
Получаем:
.
Так как протяжка не выдерживает условие на разрыв по шейке хвостовика, то принимаем другое значение .
Принимаем =0,1 мм, тогда из условия
=0,14 мм; =0,18 мм.
2.6 Проверка возможности размещения стружки в канавке между зубьями при срезании протяжкой максимальной толщины срезаемого слоя
где: Kc - коэффициент заполнения стружечной канавки; Kc =4 мм.
.
Условие не выполняется.
Принимаем удлиненную форму стружечной канавки. Размеры удлиненной стружечной канавки определяем с учетом размещения в ней стружки за один рабочий ход зуба:
fc= aimax·lд=0,15·85=12,75 мм2;
fkу=0,25·р·h2+Дt·h;
fkу=fc·Kc=4·12,75=51 мм2;
Дt= (fky-0.25·р·h2)/h=(51-0,25·р·62)/6=3,39 мм;
Принимаем Дt=3 мм.
ty=t+Дt=12+3=15 мм;
zk=lд/ty+1=85/15+1=6,67;
Принимаем zk=7.
Проведем перечет проверки прочности протяжки на разрыв по шейке хвостовика.
Условие на разрыв по шейке хвостовика выполняется.
2.7 Проверка протяжки по тяговой силе протяжного станка
,
где Q - номинальная тяговая сила протяжного станка.
Выбираем по таблице 7.
Выбрали: модель станка 7Б58 с максимальной длиной рабочего хода каретки 2000 мм и номинальной тяговой силой Q=800 кH.
Получаем:
533018,6 <0,9800000=720000 H
2.8 Стружкоделительные канавки на режущих зубьях протяжки
Канавки делают на зубьях, имеющих длину режущей кромки 5...10 мм
размещают их в шахматном порядке.
Количество канавок:
I-секция
II-секция
III-секция
2.9 Калибрующая часть протяжки
Состоит из пяти-семи зубьев одинакового диаметра, равного диаметру последнего режущего зуба. Стружечные канавки имеют такую же форму и размеры, как и на режущей части протяжки. Шаг калибрующих зубьев принимают равным шагу режущих зубьев.
Передний угол принимают равным , так как при эксплуатации протяжки в результате переточек затупившихся зубьев происходит постепенный переход калибрующих зубьев в режущие.
Задний угол имеет небольшую величину по сравнению с режущими зубьями. Это вызвано необходимостью обеспечить медленное уменьшение диаметральных размеров зубьев при переточках.
Заднюю направляющую часть у гранных и фасонных протяжек выполняют цилиндрической. Диаметр задней направляющей части: Dз.н.=d=65 мм.
Предельное отклонение Dз.н. по f7.
Длину задней направляющей части принимаем по таблице 8.
Lз.н. =40 мм
3. Проектирование и расчет червячной фрезы с прямобочным шлицем
Рисунок 9. Профиль шлицевого вала
3.1 Расчетные размеры вала
Исходные данные:
Z=6; d=11 мм; D=14 мм; b=3 мм; d1 min=9,9 мм; fном=0,3 мм; fоткл=+0,2 мм; rmax=0,2 мм
Исполнение - В; вид обработки - окончательный.
Обозначение вала - D- 6 11a11 14e83h8.
Наружный диаметр:
где - максимальная величина наружного диаметра вала;
- минимальная (номинальная) величина фаски.
Находим допуски на D,d,b.
Получаем:
D: 14е8()
=D+es=14-0,11=13,89 мм;
=13,89 -20,3=13,29 мм
Внутренний диаметр:
где dном - номинальный внутренний диаметр;
Р - припуск под шлифование(Р=0,3 мм).
=11+0,3=11,3 мм
Ширина шлица:
где - ширина шлица номинальная.
=3+0,3=3,3 мм
Диаметр начальной окружности:
3.2 Конструктивные элементы фрезы
Определение профиля боковой стороны зубьев фрезы аналитическим методом
Профиль боковой стороны зуба фрезы представляет собой кривую, огибающую ряд последовательных положений профиля шлицевого вала при качении начальной окружности вала по начальной прямой фрезы.
На практике теоретическую кривую заменяют одной или двумя дугами окружности.
Т.к. в нашем случае < 3,5, то теоретическую кривую заменяем одной дугой окружности.
Для нахождения радиуса одной заменяющей окружности R0 и координат x0,y0 центра этой окружности необходимо иметь координаты трех узловых точек профиля фрезы см. рис т.О с координатами х=0 ,y=0 расположена на начальной прямой в точке пересечения ее с кривой профиля:
т.1-по середине профиля
т.2.-у вершины профиля зуба
Зная координаты т.1. и т.2. найдем х0, y0, R0. Координаты центра заменяющей окружности.
Радиус заменяющей окружности:
Ординаты т.1 и т.2 принимаем:
y1=(0,4...0,5)h=(0,4...0,5)0,85=0,34...0,425 мм.
Принимаем y1=0,425 мм.
y2=0,9h=0,90,85=0,765 мм
Найдем угол шлица в точке на Dн:
;
Найдем углы обката точки 1 и точки 2, рад:
;
0,42509 рад;
;
0,51519 рад.
Абсциссы т.1 и т.2 находим из формул:
Получаем:
Максимальная погрешность замены в точках а и в.
,
,
где Fa, Fв - радиусы в точках a и в.
,
,
где Хa, Хa, Yb, Yb - координаты точек а и в.
Определим углы обката точек а и в в радианах:
Координаты точек а и b:
Т.к. в нашем случае
, 0,003< 0,009.
где - допуск на ширину шлица.
Так как максимальная погрешность не превышает допустимую, то замена теоретической кривой одной дугой окружности считается удовлетворительной.
Толщина зуба фрезы по начальной прямой:
где n - число шлицев вала.
Шаг зуба в нормальном сечении:
Смещение уступа от начальной прямой:
Угол уступа (фаски):
т.к. n=6, то =35
Ширина с=2f=20,3=0,6 мм.
Высота h2=ctg =0,6tg350= 0,42 мм.
Размеры канавки для выхода шлифовального круга при затыловании канавки:
радиус r=1...2=1,5 мм,
ширина
мм,
глубина h3=1,5...3=1,5 мм.
Высота шлифованной части зуба фрезы:
hш= h+ h1+ h2 =0,85+0,105+0,42=1,375 мм
Общая высота профиля зуба:
h0= hш+ h3 =1,375+1,5=2,875 мм
3.3 Геометрия фрезы
Передний угол: =0
Задний угол на вершине зуба
Шаг между выбираемыми углами 30.
На боковых сторонах профиля задний угол равен:
,
где
рад
,
3.4 Расчет конструктивных и габаритных размеров фрезы
Число заходов - однозаходная.
Угол подъема витков по среднему диаметру =6.
Направление передней поверхности зубьев - левое.
Направление витков - правое.
Ориентировочный наружный диаметр:
По стандарту принимаем =50 мм.
Число зубьев фрезы.
т.к. =50, то
Величина затылования
мм,
по стандарту принимаем К=3 мм.
K1=(1,2...1,7)К=(1,2...1,7)3= 3,6...5,1,
принимаем К1=5 мм.
Размеры канавки для выхода стружки:
r2=1,25...2,5=1,5 мм;
мм;
=30.
Длина шлифованной части задней поверхности зубьев фрезы:
,
принимаем мм.
Шаг витков фрезы в осевом сечении:
мм
Длина наружной части фрезы:
,
мм.
Общая длина фрезы:
=26+23=32 мм,
где lб - длина буртика фрезы lб = 3 мм.
Диаметр цилиндрической части буртика:
мм,
принимаем мм.
Средний расчетный диаметр:
мм.
Угол наклона стружечной канавки.
,
,
Принимаем .
Шаг стружечной канавки:
мм
Диаметр отверстия фрезы:
мм,
принимаем d0=19 мм.
Рисунок 10. Профиль зубьев фрезы
Заключение
При выполнении курсового проекта было выполнено проектирование фасонных металлорежущих инструментов, в том числе резца фасонного круглого, протяжки фасонной, фрезы червячной шлицевой.
При проектировании резца был произведен расчет габаритных и конструктивных размеров профиля резца, произведено графическое профилирование резца.
При проектировании протяжки был произведен расчет конструктивных элементов протяжки, проверки прочности протяжки на разрыв по шейке хвостовика, проверка протяжки по тяговой силе протяжного станка.
При проектировании фрезы был произведен расчет размеров вала, конструктивных элементов фрезы, геометрии фрезы и габаритных размеров фрезы.
Литература
червячный фреза фасонный резец
1. Черненко Г.А. Методические указания по дисциплине ''Режущий инструмент и инструментальное обеспечение автоматизированного производства'' для студентов специальности ''Технология машиностроения'' Раздел ''Резцы фасонные''. Брест.: БрПИ 1991.
2. Методические указания по дисциплине ''Режущий инструмент и инструментальное обеспечение автоматизированного производства'' для студентов специальности ''Технология машиностроения'' Раздел ''Расчет червячных фрез для нарезания валов с прямобочными шлицами, параллельными оси шлица''. Брест.: БрПИ 1995.
3. Методические указания по дисциплине ''Режущий инструмент и инструментальное обеспечение автоматизированного производства'' для студентов специальности ''Технология машиностроения'' Раздел ''Протяжки фасонные''. Брест.: БрПИ 1990.
4. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям ''Технология машиностроения'', ''Металлорежущие станки и инструменты''/ Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л. и др.-М.: Машиностроение, 1989.