Проектирование круглого фасонного резца

Расчет и  конструирование круглого фасонного  резца

 

1.Определение наибольшего  радиуса круглого фасонного резца

Узловые точки заданного  фасонного профиля обозначаются цифрами. Первый номер присваиваем  узловой точке профиля детали имеющей минимальный радиус (r = rmin).

1.1 Конструктивный метод определения наибольшего радиуса круглого фасонного резца.

R1 = tmax + k + f + d/2 = 8 + 3 + 10 + 8 = 29 мм ,где:

tmax = rmax - r min =20 – 12 = 8 мм     -    наибольшая глубина профиля обрабатываемой детали.

к -  глубина заточки по передней поверхности

       Принято  к = 3 мм  (таблица 2).

f – толщина стенки резца

       Принято  f = 10 мм (таблица 2).

d – диаметр базового отверстия

       Принято    d = 16 мм (таблица 2).

1.2 Графический метод определения наибольшего радиуса круглого     фасонного резца.

 Наибольший радиус круглого фасонного определяется в зависимости от глубины профиля обрабатываемой детали.

 В зависимости от материала заготовки выбираем значения переднего и заднего углов .(таблица 1)

         Принято γ = 15°,        α = 15°.

 Из центра вращения  детали (Од) проводятся две концентрические окружности соответствующие наибольшему и наименьшему диаметрам детали. Через точку 1 под наклоном γ к горизонтальной центровой линии проводим  след плоскости заточки передней поверхности, под углом α проводим прямую линию выше горизонтальной оси детали.

На расстоянии  к  от окружности наибольшего радиуса  детали проводим след вертикальной  плоскости определяющей  глубину  заточки передней поверхности. Пересечение этого следа и следа плоскости заточки дают точку О. Угол ώ образованный в точке О делим пополам. Для этого через точку О проводим биссектрису угла ώ до пересечения с прямой линией, проведенной под углом α выше горизонтали. Точка пересечения  этих двух прямых является центром круглого фасонного резца Ор. Будет равна наибольшему радиусу резца. Найденный  радиус округляем до ближайшего большего нормализованного значения R1 = 24 мм .

1.3 Выбор габаритных  и конструктивных размеров

  Из двух  полученых   значений наибольшего радиуса выбираем наибольшее и приводим в соответствие с рекомендуемыми значениями  таблицы 2  и с учетом глубины профиля принимаем следущие размеры резца

    Принято    D = 60 мм         k = 3 мм               

                       d = 16 мм          r = 2 мм

                       d1 =25 мм          bmax = 11 мм

Размеры отверстия под  регулировочный штифт

Принято    D1 = 34 мм

                   d2  = 5 мм

Количество отверстий под штифты выбираем в зависимости от силы резания.

Высота установки резца

   hp =R1 sinα =7.76 мм

Высота заточки резца

   Hp = R1 sin(α + γ) =15 мм

2. Аналитичекий расчет профиля круглого фасонного резца.

Ось резца параллельна  оси детали. Базовая точка 1 резца  установлена на высоте линии центров  детали и соответствует  точке пересечения  окружности с радиусом r1 =  rmin  и горизонтальной линией центров.

Через точку 1 проведем след передней поверхности под углом γ к горизонтальной линии центров. Опустим из центра вращения Од на нее перпендикуляр (Од –а).Остальные точки режущего лезвия будут находится ниже точки 1 из-за наклона передней поверхности. Далее проводим коррекционный  расчет профиля резца, включающий в себя 2 этапа .

I этап

Через центр  детали Од и соответствующие узловые точки проведем прямые и получим несколько прямоугольных треугольников, имеющих общий катет  Од –а и гипотенузы равные радиусам r2, r3, r4 окружности детали проходящих через узловые точки. Расстояния С2, С3, С4 равны разности катетов прямоугольных треугольников, образующихся после соединения точки Од с узловыми точками 2, 3, 4 и катета прямоугольного треугольника  Од-а-1. Углы при вершинах 2, 3, 4 обозначены  соответственно γ2, γ3, γ4. На основании расчетной схемы составляем уравнения

1. γ1 = γ =15

α1 =α =15

Из треугольника   Од-а-1

     Hд = r1 sinγ1 = 12 • sin15° = 3,1 мм

     А1 = r1 сosγ1 =12 • cos15° = 11,59 мм

2. из Од-а-i

sinγi =ha/ri => γi =arcsin hд/ri

Аi = ri сosγi = ri  cos(arcsin (hд/ri))

Ci = Ai  - A1

 

        из Од-а-2

sinγ2 =ha/r2 => γ2 =arcsin 3.1/14 = 12.79

А2 = r2 сosγ2 = 14•  cos 12.79 =13.65 мм

C2 = A2  - A1 = 13.65 – 11.59 = 2.06

из Од-а-3

sinγ3=ha/r3  => γ3=arcsin 3.1/16 = 11.17

А3= r3 сosγ3= 16•  cos 11.17 = 15.69 мм

C2 = A3 - A1 = 15.69 – 11.59 = 4.10 мм

из Од-а-4

sinγ4 = ha/r4 => γ4=arcsin 3.1/20 =8.91

А3= r4 сosγ4 = 20• cos 8.91 = 19.75 мм

C4= A4- A1 = 19.75 – 11.59 = 8.16 мм

II этап

Из центра резца Ор опустим перпендикуляр на след передней поверхности Ор -а'. Радиусы резца полученые соединением точки Ор с узловыми точками образуют прямоугольные треугольники с общим катетом  Hp. Вторые катеты (В1, В2, В3, В4), и гипотенузы  (R1, R2, R3, R4).решая прямоугольные треугольники найдем :

1. ε = α1 + γ1 =15 + 15 = 30°

    Hp = R1 sin ε =15 мм

    B1 = R1 cos ε = 25.98 мм

2. Bi = B1 – Ci

     tg εi = Hp/Bi => εi= arctg Hp/Bi

       Ri = Hp/ sin εi

 

B2= B1 – C2 =25.98 – 2.06 =23.92 мм

     tg ε2= Hp/B2=> ε2 = arctg Hp/B2 = arctg 15/23.92 =32.09

       R2= Hp/ sin ε2= 15/ sin 32.09 = 28.23 мм

 

B3 = B1 – C3=25.98 – 8.16 = 21.88 мм

     tg ε3=Hp/B3=> ε3= arctg Hp/B3= arctg 15/21.88 = 32.43

       R2= Hp/ sin ε3= 15/ sin 32.43 = 26.52 мм

 

Bi = B1 – C4 = 25.98 – 8.16 = 17.82 мм

     tg ε4= Hp/B4=> ε4 = arctg 15/17,82 =40.09

       R4= Hp/ sin ε4 = 15/ sin 40.09 =23.29 мм

 

 

3. Дополнительные режущие кромки фасонного резца и линейный размер      фасонного резца.

Формирование дополнительных режущих кромок фасонных резцов выполняется в зависимости от их назначения. На обоих торцах детали оставляют припуски ∆1 и ∆2 для последующей обработки на размер.

При обработке изделий из прутковой заготовки на токарных автоматах или револьверных станках для точной установки подрезных резцов определяют положение конечных узловых точек 1 и 5 фасонного профиля резца. Для этого из точек 1 и 5 под углом 15° (для резцов из быстрорежущей стали) проводят дополнительные режущие кромки 1-6 и 5-9 длиной l1= 2∆2=2 мм и l5= 2∆2 =2 мм. Участок 6-7 длиной l2 = 5 мм служит для подготовки к последующей отрезке изделия. Лезвие 7-8 выходит за пределы наружного диаметра заготовки на l7 = 2 мм и величина перекрытия l4 = 0,5 мм. Ширина участка под отрезку l1+ l2+ l3 должна быть больше или равна ширине отрезного резца. Упрочняющее лезвие 9-10 имеет длину l6 =2,5 мм. Общая длина резца определяется по формуле:

Lp=Lд+l1+l2+l3+l4+l5+l6,

где Lд - длина фасонной  детали. Lp=38+2+5+3+0,5+2+2,5= 53мм.

Радиусы окружностей узловых точек цилиндрических участков фасонного резца находятся по формулам

R7= R8 = R1+ 2∆2•ctgl5°

 R7= R8= R1 +2•2•ctgl5⁰=14+4•3,7 = 28,8 ≈ 31 мм.

R10= R11=R6+2∆1•ctgl5°

R10= R11=R6+2•1•ctgl5⁰= 28+2•3,7 = 30,4 ≈ 36 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет комбинированной  шлицевой протяжки

 

Материал заготовки  – сталь 45,НВ ≤ 197 , σ = 650 МПа.

Наружный диаметр шлицев D = 26H7

Внутренний диаметр  шлицев d = 23H12

Ширина шлицевого паза      b=6F8

Диаметр предварительного отверстия d0 = 22H14

Длина втулки L = 40 мм

Число шлицев z =6

Параметры шероховатости :  Ra  ≤ 2.5мкм по d; Rz ≤ 20 мкм по b; 

Rz ≤ 20 мкм по D.

Центрирование шлицевого  соединения осуществляется по наружному  диаметру

D – 6 × 23H12 × 26H7 × 6F8

На основании анализа чертежа детали и тех. требований принимаем, что шлицевая втулка будет обрабатываться комбинированной протяжкой, состоящей из двух частей : цилиндрической – для обработки круглого отверстия и шлицевой – для прорезания пазов во втулке.

Цилиндрическая часть протяжки срезает припуск по профильной схеме резания, шлицевая часть – по генераторной. Каждая часть протяжки включает в себя три элемента: режущую часть – с черновыми зубьями, переходную – с чистовыми зубьями и калибрующую – с калибрующими зубьями.

1. Расчет цилиндрической части протяжки

1. Определение припуска на диаметр при протягивании цилиндрического отверстия: Ац = dmax-d₀ = 23,021 - 22 = 1,021 (мм).      

   Величина разбивания отверстия на Ø22 составляет δ = 0,03, поэтому диаметр последнего режущего и калибрующего зубьев нужно уменьшить на величину δ, следовательно

d'_max= 23,021 - 0,03 =22,991 (мм).

Тогда величина припуска на диаметр при протягивании цилиндрического отверстия с учетом разбивания отверстия составит:  

Ац = d'_max -d₀ = 22,991 - 22 = 0,991 (мм).

2. Определение подачи на зуб (толщины среза) для режущих зубьев. По таблице 7 принимаем для черновых зубьев

      Sz черн ц = 0,05 (мм).

На цилиндрической части принимаем три чистовых зуба:          

  для первого – Sz1= 0,04 (мм);

     для второго – Sz2 = 0,025 (мм);

    для третьего – Sz3 =0,01 (мм).

 

 

 

1.3  Определение припуска для черновых и чистовых зубьев

Ачис ц = 2•0,04+2•0.025+2•0,01= 0.15 (мм).

Ачерн ц = 0,991-0,15= 0,841 (мм).   

4. Оперделение шага режущих зкбьев

tчерн ц = 1,25√L = 1,25√40 = 7,9

Принимаем tчерн ц = 8 (мм)

5. Наибольшее количество одновременно работающих зубьев

       zчерн ц = L / tчерн ц = 40/8 = 5

       zчерн ц max =5

1.6  Форма и размеры стружечной канавки.

Учитывая свойства материала заготовки, принимаем I форму стружечных         канавок - с криволинейной спинкой зубьев.

 

hчерн ц = 0,4• tчерн ц = 0.4•8 = 3,2 (мм)

gчерн ц = 0,3• tчерн ц = 0.3•8 = 2,4 (мм)

Rчерн ц = 0,7• tчерн ц = 0.7•8 = 5,6 (мм)

rчерн ц = 0,5• hчерн ц = 0.5•3,2 = 1,6 (мм)

После уточнения размеров профиля зубьев по таблице 9 окончательно принимаем:

tчерн ц = 8 мм,

hчерн ц = 3 мм,

gчерн ц = 3 мм,

Rчерн ц = 5 мм,

rчерн ц = 1,5 мм.

7.   Определение коэффициента заполнения стружечной канавки

Кц = Fк.ц./Fc.ц. = π•h²черн ц / 4•aчерн ц •L =3,14•3²/4•0,05•40 = 3,53 ,

где aчерн ц = Sz черн ц = 0,05 мм

Из таблицы 11 для стали с σ_в >600МПа при толщине среза а_чернц = 0,05 мм, Кmin=3,5. Следовательно К_ц >Кmin

1.8   Определение профиля, размеров и количества стружкоразделительных     канавок.

По таблице 12 раздела А для цилиндрической  части протяжки  Ø23  принимаем количество стружкоразделительных канавок  nк = 12.

С размерами

Sк =0.9 мм

hк =0.6 мм

rк =0.25 мм

 

9.   Определение числа режущих (черновых) зубьев:

       zчерн ц = (Ачерн ц / 2• aчерн ц)+1= 0,841/2•0.05= 9,41

       Принимаем zчерн ц =10

10. Определение размеров зубьев цилиндрической части протяжки.

     Диаметр первого режущего (чернового) зуба принимаем равным наименьшему диаметру предварительного отверстия:

dчерн ц 1 = d0 min = 22 мм

Диаметр калибрующих зубьев

dк.ц. = dmax = 23,21 мм

Диаметр последующих зубьев режущей части увеличиваем на 2Sz. После режущей части идет три чистовых зуба с уменьшающимся подъемом на зуб. Размеры зубьев цилиндрической части протяжки приведены в таблице

Тип зуба	Режущие (черновые)
№ зуба	1	2	3	4	5	6	7	8	9
D зуба	22	22,1	22,2	22,3	22,4	22,5	22,6	22.7	22,8

 

 

Тип зуба		Чистовые			Калибрующие
№ зуба	10	11	12	13	14	15	16	17
D зуба	22,87	22,98	23,03	23,05	23,210	23,210	23,210	23,207

 

Нужно учесть, что согласно п.1.1. величина разбития отверстия δ= 0,03 мм и поэтому диаметр последнего калибрующего и режущего зубьев нужно уменьшить на δ= 0,03 мм .

Из таблицы видно, что предварительно проведенный  расчет чистовой протяжки не позволяет выйти на расчетный диаметр калибрующих зубьев.

Следовательно ,нужно выполнить уточненный расчет чистовой части  протяжки. Припуск на чистовые зубья цилиндрической части:

Ачис ц = dк.ц. - dчерн ц max = 23,207- 22,87 = 0,310 мм

Уточняем припуски на чистовые зубья :

    для первого – Sz1= 0,08 (мм);

    для второго – Sz2 = 0,05 (мм);

    для третьего – Sz3 =0,025 (мм).

Припуск срезаемый чистовыми зубьями, на диаметр:

Ачис ц = 2•0,08+2•0.05+2•0,025= 0,310 (мм).

 

 

1.11    Определение параметров калибрующей части.

С учетом 12-го квалитета допуска протягиваемого отверстия  число калибрующих зубьев zк.ц.= 4.

Шаг калибрующих зубьев  tк.ц = 0,7• tчерн ц = 0.7•8 = 5,6 (мм)

Принято tк.ц =6 мм.

Профиль стружечной канавки принимаем по аналогии  с режущими (черновыми) зубьями.

Размеры стружечной канавки режущей части выбираем по таблице 9.

 tк.ц =6 мм

      hк.ц. = 2 мм,

gк. ц = 2 мм,

Rк. ц = 4 мм,

   rчерн ц = 1 мм

1.12    Определение  геометрических параметров зубьев цилиндрической части протяжки.

         По таблице 16 в зависимости от свойств обрабатываемого материала назначаем  γ = 16° для черновых и чистовых зубьев.

Принимаем передний угол на калибрующей части γ = 16°. Допуск на величину переднего угла составит ±2°.

С целью упрощения технологии изготовления принимаем форму заточки черновых и чистовых зубьев – I .

Величину заднего угла принимаем по таблице 17: для черновыхи чистовых зубьев α = 3°, для калибрующих α = 1°. Допуск на величину заднего  угла для черновых и чистовых зубьев ±30', для калибрующих ±15'.Для сохранения размера на калибрующих зубьях по задней поверхности шлифуют фаску шириной f = 0,3 мм с углом α = 0° .

1.13 Определение типа и размера хвостовика.

          Расчетная шлицевая протяжка имеет цилиндрический хвостовик типа Б

      применяемый для закрепления протяжки в быстрорежущем патроне.

По таблице 3, учитывая диаметр предварительно просверленного и зенкерованного отверстия 22 Н14(^+0,52) и величину рекомендуемого зазора 0,5... 1,0 мм между хвостовиком и отверстием, выбираем хвостовик исполнения I со следующими размерами: