Конструирование специального режущего инструмента

Проектирование и конструирование специального режущего инструмента оправдано в том случае, когда после тщательного анализа стандартных конструкций инструмента выявляется его несоответствие заданным производительности и качеству обработанной поверхности.

Для проектирования и расчета специального режущего инструмента выбирают различной конструкции фасонные резцы, протяжки, фасонные фрезы, хонинговальные головки, резьбонарезные инструменты и т.п. При проектировании режущего инструмента необходимо производить расчеты геометрических параметров, формы и размеров инструмента, а также расчет на прочность с выполнением графических построений.

При конструировании режущего инструмента необходимо:

- найти наивыгоднейшие углы заточек;

- определить силы, действующие на режущую часть;

- подобрать наиболее подходящий материал для режущей и соединительной частей инструмента;

- найти оптимальную форму рабочей части инструмента;

- установить допускаемые отклонения на размеры рабочей и соединительной частей в зависимости от условий работы и требуемой точности и качества обрабатываемой поверхности детали;

- произвести необходимые расчеты элементов режущего инструмента и при необходимости произвести расчет на прочность и жесткость;

- разработать рабочий чертеж режущего инструмента с необходимыми техническими требованиями на эксплуатацию и его изготовление;

- произвести расчет экономического расхода инструментальных материалов.

При конструировании режущего инструмента все перечисленные вопросы необходимо решать комплексно.

При разработке рабочих чертежей на режущий инструмент необходимо выполнять требования системы ЕСКД и отдельных государственных стандартов на конструкторскую документацию. На рабочих чертежах инструментов должны быть указаны необходимые размеры для изготовления, предельные отклонения на размеры, форму и взаимное расположение отдельных элементов поверхностей детали (овальность, огранка, конусообразность, несоосность и т.д.), твердость рабочей и соединительной частей, материал режущей части инструмента.

Методика последовательности расчета режущего инструмента приведена в учебной и справочной литературе. Приведем несколько примеров расчета режущего инструмента:

Пример 1. Произвести расчет червячной чистовой фрезы при следующих исходных данных зубчатого колеса: m = 3, 75 мм; ;

Решение. 1. Определим расчетный профильный угол исходной рейки в нормальном сечении

2. Значение нормального модуля m_u равен модулю зубчатого колеса: m_u=m=3, 75 мм.

3. Шаг по нормали t_u определяем по формуле:

4. Расчетная толщина зуба по нормали:

где - толщина зуба колеса по нормали на делительной окружности; Z – величина припуска под последующую чистовую обработку, мм (у фрез для чистовой обработки):

5. Расчетная высота головки зуба фрезы:

6. Высота зуба фрезы:

7. Определяем радиус округления на головке и ножке зуба:

Принимаем r₁=r₂=1 мм

8. Наружный диаметр фрезы D_eu выбираем по ГОСТ 9324-80Е: Принимаем D_еи=90 мм.

9. Определим число зубьев фрезы: (для чистовой обработки), где

Принимаем число зубьев фрезы Z_u=12.

10. Принимаем падение затылка для наружного диаметра фрезы D_eu =90 мм с величиной затылования К_з=4 [4, с. 120].

11. Определим диаметр начальной окружности по формуле: (для фрезы с последующим шлифованием профиля)

12. Определяем угол подъема витков фрезы на начальной окружности:

13. Определяем шаг по оси между двумя витками

14. Определим ход витков по оси фрезы:

15. Принимаем червячную фрезу правозаходной с винтовыми канавками.

16. Определим осевой шаг винтовой стружечной канавки:

17. Устанавливаем угол установки фрезы на станке:

где знак «+» берется при разноименных направлениях витков фрезы и зубьев колеса, знак «-» при одноименных.

18. Расчетные профильные углы фрезы в осевом сечении:

Пример 2. Операция – сверлить отверстие под метрическую резьбу М 27 в верхней плите вырубного штампа. Обрабатываемый материал – ст 20 (б_в=450МПа). Рассчитать и сконструировать спиральное сверло.

Решение: 1. определяем диаметр сверла. По табл. [5, с. 238…241; 4, с. 198] для номинального диаметра резьбы 27 мм определяем диаметр сверла D= 23, 9 мм.

2. По нормативам на сверление [3] определяем режим резания, находим подачу S=0, 39…0, 47 мм/об; принимаем S=0, 4 мм/об. Там же находим скорость резания V=32м/мин.

3. Определяем осевую силу Р_х(Н) по формуле:

В нормативах находим значения: С_р=68; Х_р=1, 0; у_р=0, 7; К_мр= отсюда

4. Определяем момент сил сопротивления резанию (крутящий момент) по формуле:

По таблице [3] находим значения:

5. Определяем номер конуса хвостовика сверла. Момент трения между хвостовиком и втулкой определяется по формуле:

Приравниваем момент трения максимальному моменту сил сопротивления резанию при работе затупившимся сверлом; этот момент в 3 раза больше, чем момент, полученный в формуле для определения момента сил сопротивления резанию М_с.р для нормальной работы сверла:

М_тр=3М_с.р.

Находим средний диаметр конуса хвостовика:

где М_с.р= - коэффициент трения стали по стали; - половина угла конуса; - отклонение угла конуса, отсюда

По СТСЭВ 147-75 выбираем ближайший больший конус: конус Морзе № 3 с лапкой, имеющий следующие основные конструктивные размеры: d₁=24, 0 мм; d₂=19, 1 мм; l₄=99, 0 мм. Остальные размеры хвостовика указываются на чертеже.

6. Конструктивные размеры сверла выбираем по СТСЭВ 275-76.

7. Геометрические параметры и конструктивные режущей части сверла определяем по нормативам [7] для двойной заточки с подточкой перемычки (ДП): угол наклона винтовой канавки ; углы между режущими лезвиями задний угол угол наклона поперечного лезвия размеры подточки: А=25 мм; l=5 мм; шаг винтовой канавки

8. Из источника [5] выбираем толщину сердцевины сверла:

Утолщение сердцевины по направлению к хвостовику принимаем равным 1, 5 мм.

9. Обратная конусность сверла на длине 100 мм рабочей части равна 0, 08 мм.

10. По литературе [4 табл. 9] выбираем ширину ленточки и высоту затылка по спинке К=0, 7 мм.

11. Ширину пера В определяем из соотношения

12. Геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла определяем упрощенным аналитическим методом [4, с. 103]. Большой радиус профиля:

где

При диаметре фрезы, равном

Следовательно,

Меньший радиус профиля:

Следовательно,

Ширина профиля

По найденным размерам строим профиль канавочной фрезы сверла (рис.2)

13. Основные технические требования и допуски на общую длину и длину рабочей части сверла равен удвоенному допуску по 14-му квалитету точности с симметричным расположением предельных отклонений

Предельные отклонения размеров конуса Морзе должны соответствовать степени точности АТ8 по ГОСТ 2848-75. радиальное биение рабочей части сверла относительно оси хвостовика не должно превышать 0, 15 мм. Предельные отклонения на угол: ; на угол .

Предельные отклонения угла наклона винтовой канавки ; размеров подточки режущей части сверла +0, 5 мм. Твердость рабочей части сверла НRС 62…65. Твердость лапки хвостовика сверла НRС 30…45.