Курсовой по режущему инструменту

Содержание

Введение

1. Проектирование резца с СМП

1.1. Начальные данные

1.2. Материал резца с СМП

1.3. Расчет резца с СМП

1.4. Описание конструкции резца с СМП

2. Проектирование инструментального блока

2.1. Начальные данные

2.2. Материал перового сверла

2.3. Расчет инструментального блока

2.4. Описание конструкции инструментального блока

3. Проектирование дисковой модульной фрезы

3.1. Начальные данные

3.2. Материал дисковой модульной фрезы

3.3. Расчет дисковой модульной фрезы

3.4. Описание конструкции дисковой модульной фрезы

4. Проектирование развертки

4.1. Начальные данные

4.2. Материал развертки

4.3. Расчет развертки

4.4. Описание конструкции развертки

5. Проектирование резьбонакатных роликов

5.1. Начальные данные

5.2. Материал резьбонакатных роликов

5.3. Расчет резьбонакатных роликов

5.4. Описание конструкции резьбонакатных роликов

6. Проектирование шлицевой червячной фрезы

6.1. Начальные данные

6.2. Материал шлицевой червячной фрезы

6.3. Расчет шлицевой червячной фрезы

6.4. Описание конструкции шлицевой червячной фрезы

Заключение

Список используемых источников

Описание проекта

ПЗ состоит из: 47с., 3-х рис., 2 таблиц, 10 источников.

Объектами исследования являются металлорежущие инструменты.

Цель работы – освоение и углубление знаний, полученных в курсе “Проектирование металлорежущих инструментов”, и приобретение практических навыков расчета и конструирования инструментов.

В данном курсовом проекте в соответствии с исходными данными необходимо:

спроектировать резец с механическим креплением твердосплавных пластин;

выбрать и рассчитать точность позиционирования инструментального блока;

спроектировать и рассчитать дисковую модульную фрезу;

спроектировать развертку для обработки отверстия с заданной точностью;

спроектировать резьбонакатные ролики для накатывания заданной резьбы;

спроектировать и рассчитать шлицевую червячную фрезу для обработки заданного шлицевого вала;

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

ИНСТРУМЕНТ, РЕЗЕЦ, ФРЕЗА, РАЗВЕРТКА, РОЛИК, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК, СТАЛЬ БЫСТРОРЕЖУЩАЯ, ТВЕРДЫЙ СПЛАВ, СТАЛЬ ЛЕГИРОВАННАЯ, ДЕТАЛЬ, ОПРАВКА.

ВВЕДЕНИЕ

В современном машиностроении обработка резанием является главным технологическим методом, обеспечивающим высокое качество и точность обрабатываемых поверхностей деталей. Важнейшей задачей для экономического и социального развития страны является ускорение научно-технического прогресса путем комплексной механизации и автоматизации производства. Эффективность машиностроения должна повыситься за счет изменения структуры парка металлообрабатывающего оборудования, в т. ч. автоматических линий, станков с ЧПУ, роботизированных, оснащенных микропроцессорной и вычислительной техникой гибких автоматизированных комплексов (ГАК) и гибких производственных систем (ГПС), позволяющих быстро и эффективно перестраивать производство на выпуск новых изделий.

Эффективная эксплуатация указанного оборудования невозможна без создания совершенной инструментальной оснастки, обладающей повышенной надежностью, обеспечивающей экономичное, трудосберегающее использование дорогостоящей прогрессивной техники, что обусловливает все более возрастающую роль металлообрабатывающего инструмента. Поэтому специалисты, которым предстоит работать в металлообрабатывающих отраслях промышленности, должны уметь грамотно проектировать различные виды инструментов, в т. ч. и инструментальную оснастку для станковавтоматов, автоматических линий, станков с ЧПУ, быстропереналаживаемых технологических систем с учетом требований к обрабатываемым деталям, особенностям оборудования и эффективности производства.

Таким образом, генеральная линия развития машиностроения – комплексная автоматизация проектирования и производства – требует знания и совершенного владения методами проектирования, обеспечивающими создание высокоэффективных конструкций режущих инструментов.

Проектирование резца с смп

Резец является наиболее распространенным инструментом в металлообрабатывающей промышленности. Он применяется при работе на токарных, револьверных, карусельных, расточных, строгальных, долбежных станках, токарных автоматах, полуавтоматах и на многих других станках специального назначения. Многообразие применения резцов породило множество форм конструкций и геометрических параметров их, которые меняются в зависимости от вида станка и рода выполняемой работы.

Резцы разделяются на следующие типы:

1) по виду станков: а) токарные; б) строгальные; в) долбежные; г) резцы для автоматов и полуавтоматов; д) расточные для горизонтально-расточных станков; е) специальные для специальных станков; ж) фасонные;

2) по виду обработки: а) проходные; б) подрезные; в) отрезные; г) прорезные; д) расточные; е) фасонные; ж) резьбонарезные;

3) по установке относительно детали: а) радиальные; б) тангенциальные;

4) по характеру обработки: а) обдирочные (черновые); б) чистовые; в) для тонкого точения;

5) по сечению стержня: а) прямоугольные; б) квадратные; в) круглые;

6) по конструкции головки: а) прямые; б) отогнутые; в) изогнутые; г) оттянутые;

7) по направлению подачи: а) правые; б) левые;

8) по способу изготовления: а) с головкой сделанной заодно целое со стержнем; б) с приваренной в стык головкой; в) с приваренной или припаянной пластинкой; г) с приваренной полоской; д) с наплавленной головкой; е) с головкой в виде сменной вставки, снабженной пластинкой режущего материала;

9) по роду материала: а) с пластинками из твердого сплава; б) из быстрорежущей стали; в) с пластинками из минералокерамики.

1.2. МАТЕРИАЛ РЕЗЦА С СМП

Для обработки конструкционной качественной стали, при чистовой обработке, рекомендуют выбирать твердый сплав титано вольфрамовой группы, а именно марки Т15К6, Т14К8 и Т30К4 со следующими характеристиками ([4], т.4.9, с.96):

– Т15К6: предел кратковременной прочности на изгиб: 1150 МПа; твердость HRA, не менее: 90;

– Т14К8: предел кратковременной прочности на изгиб: 1250 МПа; твердость HRA, не менее: 89,5;

– Т30К4: предел кратковременной прочности на изгиб: 950 МПа; твердость HRA, не менее: 92;

Под данный вид обработки окончательно выбираю марку твердого сплава Т30К4, как наиболее подходящую под заданные параметры резания ("Чистовое точение с малым сечением среза"– ([4], т.4.9, с.96)).

Для изготовления державки резца выбираю сталь 40Х ГОСТ 454371, как имеющую хорошие характеристики обрабатываемости резанием и положительные механические свойства после термической обработки.

Проектирование инструментального блока

Эксплуатационная особенность станков с ЧПУ их гибкость, позволяющая автоматизировать производство деталей. Эффективность эксплуатации станков требует гибкого инструментального обеспечения, позволяющего производить обработку любых поверхностей минимально-возможной номенклатурой режущего и вспомогательного инструмента, обеспечивающий его автоматическую бесподналадную замену с заданной точностью. Решение данной задачи достигается применением системы вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ, которая устанавливает номенклатуру и основные размеры. Система вспомогательного инструмента унифицирована и регламентирована руководящим техническим материалом и устанавливает три подсистемы вспомогательного инструмента:

а) для станков с ЧПУ сверлильно-расточной групп;

б) с цилиндрическим хвостовиком для станков с ЧПУ токарной группы;

в) базирующей призмой для станков с ЧПУ токарной группы.

Системы инструментальной оснастки предназначены для компоновки функциональных единиц – инструментальных блоков (комбинаций режущего и вспомогательного инструмента), каждый из которых предназначен для выполнения конкретного технологического перехода обработки данной детали на конкретном станке. Важным этапом является стандартизация присоединительных поверхностей инструмента и станка.

Блоки представляют собой взаимозаменяемую сборочную единицу, обеспечивающую быструю смену ее в борштанге в процессе эксплуатации или заточки режущих элементов.

Инструментальные блоки, устанавливаемые в шпинделе, должны обеспечить статическую точность, приведенную к вылету режущих кромок, в соответствии с допустимым биением режущих кромок для данного инструмента.

Вспомогательный инструмент изготавливают из стали 18ХГТ с цементацией и закалкой до 53…57 HRC. Гайки и винты делают из стали 40Х с термообработкой до твердости 37…41,5 HRC.

Инструментальный блок состоит из корпуса с коническим посадочным местом 7:24 для установки в шпинделе, и центральным отверстием для установки в нем оправки с инструментом. Регулировка вылета инструмента производится за счет изменения местоположения гайки с трапецеидальной резьбой.

Точность обработки зависит от погрешности инструментальных блоков. Точность инструментальных блоков регламентируется допустимым радиальным биением.

Статическая точность может быть получена правильным выбором конструкции и точности изготовления вспомогательного инструмента при соответствующей точности изготовления режущего инструмента. Биение режущих кромок инструмента в системе координат станка рассматривается как замыкающее звено в сложной размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых размеров элементов вспомогательного инструмента.

Применение теоретико-вероятностных методов позволяет рассчитать зависимость биения инструмента от точности изготовления вспомогательного инструмента. Угловые ошибки звеньев (перекосы осей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей) элементов инструментальных блоков можно суммировать путем приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена (биение режущей части) через передаточные отношения.

2.4. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО БЛОКА

Инструментальный блок состоит из двух основных частей: корпуса и оправки, в паз которой вставляется пластина перового сверла. Регулирование инструментального блока осуществляется таким образом: для выдвижения оправки вперед, фиксирующие винты откручиваются, при вращением гайки по часовой стрелке оправка перемещается вперед на требуемую величину, затем фиксирующие винты закручиваются; для возвращения оправки в исходное положение - вперед фиксирующие винты откручиваются, гайка вращается против часовой стрелки и отходит на заданную величину, под нажатием руки на торец оправки, она перемещается внутрь корпуса инструментального блока, затем фиксирующие винты закручиваются. Инструментальный блок устанавливается в шпинделях станков с конусностью 7:24 №40, вращательный момент передается на корпус блока через торцевые шпонки.

Проектирование дисковой модульной фрезы

Дисковые модульные фрезы применяют для нарезания прямозубых и косозубых цилиндрических колёс. В первом случае они работают методом фасонного копирования, во втором – методом бесцетроидного огибания. Во всех случаях процесс последовательной обработки впадин производится путём деления заготовки на один окружной шаг.

Этот метод обработки зубьев является малопроизводительным и низкой точности. Причинами низкой производительности являются прерывистость процесса резания, потеря времени на деление заготовки. Зубья фрезы в большинстве случаев имеют нерациональною геометрию. Передний угол у них равен нулю, а задние углы на боковых режущих кромках очень малы – 1,5…2,5°, вследствие этого снижаются режущие свойства инструмента и производительность.

Низкая точность обработки обусловливается погрешностью делительного механизма, погрешностями установки оси симметрии зуба фрезы по оси симметрии впадины между зубьями колеса, отклонениями, создаваемыми ограниченным числом фрез в комплекте. Поэтому дисковые модульные фрезы применяются редко, главным образом в единичном производстве и ремонтных цехах для обработки зубчатых колёс низкой степени точности.

Дисковые фрезы выполняются в виде наборов из 8 или 15 фрез. При этом набор из 8 фрез рекомендуется для нарезания колёс с модулем до 8 мм включительно, набор из 15 фрез – для колёс с модулем свыше 8мм. Каждая фреза из набора предназначается для нарезания колёс с определённым числом или группой чисел зубьев.

3.2. МАТЕРИАЛ ДИСКОВОЙ МОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ.

Дисковые модульные фрезы изготавливают из инструментальных легированных сталей (9Х1Ф, 9ХС, ХВГ, ХВСГ) или быстрорежущих (Р6М5, Р6М3, Р6М5К5, Р18, Р9, Р12). Для данной фрезы выбираю быстрорежущую сталь Р6М3, обладающую более лучшими качествами, чем инструментальные легированные стали и как более экономически выгодную среди быстрорежущих сталей.

Проектирование развертки

Развертка − это инструмент, предназначенный для обработки отверстий, который в процессе работы вращается вокруг своей оси (главное движение) и постепенно перемещается вдоль нее, осуществляя движение подачи.

Развертывание отверстия обеспечивает ему 6-8 квалитеты точности и параметры шероховатости Ra=1,253 мкм. Развертывание применяется после предварительной обработки отверстий зенкером, расточным резцом или сверлом. Согласно общему классификатору развертки разделяются:

− по способу применения – на ручные и машинные;

− по форме обрабатываемого отверстия – на цилиндрические и конические;

− по конструкции – на цельные и сборные, постоянного диаметра и регулируемые;

− по методу закрепления – концевые (хвостовые) и насадные;

− по форме зубьев и типу режущего материала.

Правильная работа развертки зависит от конструкции, качества ее изготовления и условий эксплуатации (режимов резания, охлаждения, величины припуска под развертывание, качества заточки и доводки режущих кромок и др.)

Ручные развертки применяют для развертывания отверстий вручную. Развертки диаметром 340 мм, имеют цилиндрический хвостовик с квадратом. Развертки малого диаметра изготавливают с цилиндрическим или коническим хвостовиком, с помощью которого их закрепляют на станке.

Насадные развертки закрепляют на специальные оправки, которые вставляют в шпиндель станка. Самыми простыми по конструкции являются цельные развертки, но они не предусматривают регулировку диаметра. В связи с этим, широко применяют сборные развертки с быстрорежущими и твердосплавными вставными зубьями (ножами), которые после сработки и перезаточки, можно отрегулировать на необходимый размер, увеличив термин их работы.

Сборные конструкции разверток дают возможность экономить инструментальные материалы, создавать оптимальную геометрию, повышать режущие свойства и размерную стойкость.

Основными конструктивными элементами развертки являются режущая и калибрующая части, число зубьев, направление зубьев, углы резания, неравномерный шаг зубьев, профиль канавки, зажимная часть.

4.4. КОНСТРУКЦИЯ РАЗВЕРТКИ

Проектируемая машинная цилиндрическая развёртка выполняется с напаянными ножами из твердого сплава ВК3, корпус из стали 40Х. Развёртка выполнена с неравномерным окружным шагом, что способствует повышению точности обработки. Канавки у данной развёртки прямые, что упрощает их изготовление и контроль. Зубья развёртки имеют плоскую переднюю поверхность, совпадающую с осевой плоскостью инструмента, т. е. передний угол развёртки берётся равным нулю. Рабочая часть развертки состоит из режущей и калибрующей части зубьев. Режущая снимает припуск, а калибрующая обеспечивает заданную форму отверстия, его точные размеры и необходимую чистоту обрабатываемой поверхности. Калибрующая часть состоит из двух участков: цилиндрического и конического, так называемого обратного конуса. Он делается для уменьшения трения инструмента об обработанную поверхность. Количество зубьев принимаем 10. Зубья имеют ленточку. Ленточка обеспечивает направление развёртки в отверстии, способствует выглаживанию обрабатываемой поверхности и калиброванию отверстия по размеру.

Проектирование резьбонакатных роликов

Резьбонакатные ролики представляют собой цилиндрические диски, на наружной поверхности которых образована многозаходная резьба, либо кольцевые витки. Конструктивные элементы резьбонакатных роликов и их размеры зависят от принятого способа накатывания резьбы, размеров детали, модели применяемого станка. Ролики являются универсальным инструментом, так как позволяют накатывать резьбу высокой точности, различной длинны с мелкими и крупными шагами, на весьма разнообразных материалах.

Накатывание является одним из самых прогрессивных методов образования резьбы на различных деталях и в первую очередь на винтах, шпильках и метчиках. В настоящее время процесс накатывания резьбы получил особенно широкое применение в крупносерийном и массовом производствах. Так, в производстве метчиков он почти вытеснил все другие методы получения резьбы.

При накатывании в результате воздействия больших радиальных сил витки резьбы инструмента деформируют металл заготовки и образуют на ней резьбу. Обработанный поверхностный слой металла имеет более высокие механические свойства (повышение прочности и твердости). Это обусловлено тем, что при накатывании волокна не перерезаются, как это имеет место при нарезании резьбы любым режущим инструментом, а деформируются согласно конфигурации резьбы. Метчики с накатанной резьбой могут обладать повышенной стойкостью благодаря уплотнению поверхностного слоя. Однако при неправильно выбранном материале или технологическом процессе может иметь место образование поверхностной чешуйчатости и отслаивание материала по резьбе.

Существуют два типа накатных инструментов: плашки и ролики. Оба инструмента работают комплектом, состоящим из двух штук.

Накатывание резьбы роликами имеет следующие преимущества:

− работают с малыми удельными давлениями, что позволяет получать резьбу на полых или тонкостенных деталях, а также на деталях с повышенной твердостью (до HRC 3545);

− накатывание роликами обеспечивает более высокую точность накатываемой резьбы по сравнению с плашками;

− ролики легче устанавливать и регулировать на размер накатываемой резьбы;

− возможность накатывания резьбы на деталях от М2 до М60;

− малые габариты станков, простота их наладки и обслуживания.

Недостатком накатывания при помощи роликов является пониженная производительность (6080 шт. в минуту) по сравнению с накатыванием плашками (100120 шт. в минуту).

5.2. МАТЕРИАЛ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ РОЛИКОВ

Проектируемые ролики изготавливаем из легированной стали 6Х6В3МФС, данная сталь является более износостойкой вследствии повышенного содержания хрома, поэтому целесообразно ее применять для изготовления резьбонакатных роликов. После закалки и отпуска сталь 6Х6В3МФС имеет твердость 58…61 HRC, которой вполне достаточно для накатывания резьбы на заготовках из чугуна КЧ 603. По сравнению со сталью ХВСГ легированная сталь 6Х6В3МФС имеет более высокие механические свойства и значительно большую теплостойкость – 490…510°С.

5.4. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ РОЛИКОВ

Резьбонакатные ролики представляют собой цилиндрические диски, на наружной поверхности которых образована многозаходная резьба. Основными конструктивными элементами резьбонакатного ролика является: наружный и средний диаметры, ширина, число заходов. У проектируемого резьбонакатного ролика наружный диаметр 140,651 мм, ширина 63 мм, число заходов 5. Крутящий момент передаётся через продольную шпонку. Ролик устанавливается на оправку и прижимается торцовой поверхностью. Поэтому чистота торцовой поверхности должна быть не менее Ra1,6.

Проектирование шлицевой червячной фрезы

Червячные шлицевые фрезы это инструмент, работающий по методу огибания профиля обрабатываемой детали. Червячные фрезы представляют собой червяк, на котором прорезаны канавки образующие переднюю поверхность зубьев и пространство для размещения стружки. Витки затылованы с целью получения задних углов. Червячные шлицевые фрезы бывают двух типов – для нарезания шлицевых валов с эвольвентным профилем шлицев и шлицевых валов с прямобочным профилем. Эти фрезы применяются для обработки валов с различным типом центрирования – с центрированием по наружному или внутреннему диаметру и боковым граням. Для нарезания шлицевых валов с центрированием по внутреннему диаметру и боковым граням предназначены червячные фрезы с «усиками», обеспечивающие получение прямолинейного участка по всей высоте зуба вала, а образуемые ими канавки у основания зубьев облегчают процесс шлифования. Для нарезания шлицевых валов с центрированием по наружному диаметру и боковым граням служат червячные фрезы без усиков. Червячные фрезы проектируются в зависимости от серии вала – легкая, средняя или тяжелая и изготовляются следующих классов точности:

− класс А. Применяются для чистового нарезания шлицевых валов с полями допусков по толщине зуба d9, h9, e9, f9 и внутреннему диаметру – e9;

− класс В. Применяются для чистового нарезания шлицевых валов с полями допусков по толщине зуба d10 и внутреннему диаметру – e8 (допуск на наружный диаметр вала не лимитируется);

– класс С. Предназначен для черновой обработки шлицевых валов.

По конструкции червячные фрезы бывают:

– цельные;

– насадные;

– сборные.

По виду обработки:

– черновые (как правило, многозаходные);

– чистовые и прецизионные.

По виду червяка положенного в основу червячной фрезы:

– эвольвентные;

– архимедовы;

– конволютные.

6.2. МАТЕРИАЛ ШЛИЦЕВОЙ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ

Выбираем материал инструмента для обработки шлицевого вала из стали 40Х согласно рекомендациям [], это стали Р6М5, Р12, Р18. Проектируемая фреза изготавливается из быстрорежущей стали Р6М5. Эта сталь является более дешевым заменителем стали Р18 и, так же как и сталь Р18, предназначена для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых, легированных, конструкционных сталей (предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а так же инструмента работающего с ударными нагрузками) []. По сравнению со сталью Р6М5Ф3 быстрорежущая сталь Р6М5 имеет немного меньшие механические свойства, однако сталь Р6М5 не склонна к перегреву и обезуглероживанию, Р9М4К8 имеет более высокие механические свойства, чем Р6М5, однако она применяется для обработки высокопрочных и жаростойких сталей и имеет более высокую стоимость. Окончательно принимаю материал червячной шлицевой фрезы быстрорежущую сталь Р6М5 ГОСТ .

6.4. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ШЛИЦЕВОЙ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ

Червячная фреза представляет собой исходный червяк, превращённый в режущий инструмент путём прорезания стружечных канавок и затылования зубьев (двойное затылование в нашем случае). Основными конструктивными элементами червячной фрезы является: длина, число зубьев, параметры их затылования, размеры, форма и направление канавок. У проектируемой фрезы наружный диаметр 100 мм, число зубьев 12. Вследствие затылования зубьев диаметры фрезы уменьшаются по мере их переточки по передней поверхности. Стружечные канавки имеют наклон относительно оси 4º3440,8". Крутящий момент передаётся через продольную шпонку, шпонка выполняется по ГОСТ 947290. Фреза устанавливается на оправку и прижимается торцовой поверхностью. Поэтому чистота торцовой поверхности относительно высокая.