Расчет и конструирование режущего инструмента

 

Рассчитать и сконструировать спиральное твердосплавное сверло, оснащенную сменной пластиной для сверления 27 мм. у заготовки из стали 45 с пределом прочности δ =600 МПа. Припуск на обработку h=13,5 мм. Обработка производиться на многоцелевом станке.

Сверла представляют собой режущие инструменты, предназна­ченные для образования отверстий в сплошном материале. В про­цессе сверления осуществляются два движения: вращательное – вокруг оси инструмента и поступательное — вдоль оси инструмен­та. Сверла используются также для рассверливания предварительно просверленных отверстий. Для обработки данного отверстия применяется сверло цельное из быстрорежущей стали.

Сверло состоит из корпуса с цилиндрическим хвостовиком, на противоположный конец которого устанавливаются сменные пластины при помощи винтов.

1. Предварительно задаюсь длинной L и соответственно её диаметром Д, число зубьев Z и углом ω: L=160 мм; Д=27 мм, l=86 (длина рабочей части); Z=2 мм.;

2. Подачу Sz=0,1 мм/зуб.

3. Определяю окружной шаг зубьев фрезы:

 

 

Sокр.= = 42,39 мм. (36)

Д – диаметр инструмента, мм.

Z – число зубьев инструмента.

Определяю геометрические параметры режущей части: главный задний угол =11˚; передний угол =5˚.

4. Осевую составляющую силы резания определим по формуле [14].

Р₀ =10 С_р D^q s^y K_p

Коэффициенты С_р = 68; q = 1.0; y = 0,7[14]

= ()¹ = 0,8

Р₀ =10 *68*27* 0,1 ^0,7 *0,8 =1468 Н.

5. Крутящий момент по формуле.

= 10 С_М D^g s^y K_p, Нм (37)

Где: С_м; у; u; q; - поправочные коэффициенты:

S_z – величина подачи инструмента, мм/зуб,

D – диаметр инструмента, мм,

Кр - поправочный коэффициент на силу резания.

С_м= 0,0345; q=2,0; y=0,8

= ()^0,75 = 0,84

М _кр= 10*0,0345*27^2,0 *0,1^0,7*0,84 = 21,1 Нм

6. Определяю диаметр хвостовика.

dср = 2Мср/Р₀ (38)

dср= 2х21,1/1468 = 0,028 м. принимаем Ø32 мм.

Так так посадочный диаметр фиксируется от проворачивания замком, для го на хвостовике фрезеруется лыска.

6) Выбираю материал фрезы: корпуса – сталь 40Х, пластины – твердый сплав с износостойким покрытием. Назначаю твердость детали сверла после термической обработки: корпуса HRC 30-40; пластины – HRC 60-64.

 

 

 

Рисунок 3. Эскиз сверла

 

Шаг винтовой канавки:

Н = = = 182 мм.

7. Диаметр d_c сердцевины сверла выбирают в зависимости от диаметра сверла: принимаем диаметр сердцевины у переднего конца сверла равной 0,15 D

d_c = 0,15 х 27 = 4,0 мм.

Тогда утолщение сердцевины по направлению к хвостовику 1.4 - 1.8 мм на 100 мм длины. Принимаем это утолщение равным 1,5 мм

8. Обратная конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) на 100 мм длины рабочей части по направлению к хвостовику 0,08 мм [4];

9. Геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла определяю аналитическим способом.

Большой радиус профиля:

При диаметре фрезы , С_ф = 1. следовательно

R_k = 0,616 х 27 = 16,6 мм.

Меньший радиус профиля R_k=C_kD, где

С₀ = 0,015ω^0,75 = 0,015 х 25^0,75 = 0,168

Следовательно R₀ = 0,168 х 27 = 4,54 мм.

Ширина профиля В = R₀ + R_к = 16,6+4,54 = 21,14 мм.

10. По найденным размерам строим профиль канавочной фрезы.

Рис. 14

11. Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла.

Предельные отклонения диаметра сверла: D = 27 h12(_-0.21)

 

 

Допуск на общую длину и длину рабочей части сверла:

Радиальное биение рабочей части сверла относительно оси хвостовика не должно превышать 0,15 мм.

12 Технические требования:

1. Материал корпуса фрезы – сталь 40Х ГОСТ 4543. Твердость HRC 30-40.

2. Материал пластины - твердый сплав, твердость HRC 60-67

3. Неуказанные предельные отклонения – отверстий H14, валов h14,

остальных размеров IT14/2 по ГОСТ 25347.

4. Маркировать на корпусе диаметр и длину сверла, обозначение пластины, товарный знак завода – изготовителя (27х160х GPMT110304-U3- )

2. 10 Расчет и конструирование приспособления

2.10.1 Описание конструкции приспособления.

 

Приспособление с поршневым пневмоприводом для фрезерования зубьев звездочки устанавливается на столе станка и вращается вместе со столом в процессе нарезания зубьев. В приспособление вмонтирован пневмопривод для зажима и отжима заготовки. Втулка, на которую устанавливаются штуцера привода насаживается на приспособление, но не вращается. А вращается внутренняя часть приспособления. Для выталкивания заготовки в приспособлении имеется выталкиватель. Зажим и базирование происходит по внутренней цилиндрической поверхности заготовки.

 

2.10.2. Назначение приспособления.

 

Приспособление с пневмоприводом применяется для установки и зажима различных деталей на зубофрезерных станках.

 

2.10.3. Принцип действия приспособления.

 

Приспособление с цанговым пневматическим зажимом для фрезерования цилиндрических зубчатых колёс червячной фрезой, устанавливают на зубофрезерном столе станка и закрепляют винтами 17. При переключении распределительного крана сжатый воздух через штуцер 14 поступает в верхнюю полость пневмоцилиндра, встроенного в корпусе 3 приспособления, и перемещает поршень 5 со штоком 1 и тягой 10 вниз, при этом тяга верхним коническим концом разжимает цангу 11, которая зажимает обрабатываемое колесо. После нарезания зубьев на колесе, распределительный кран переключается и сжатый воздух через штуцер 14 и воздушные каналы в пневмоцилинре и его крышки поступает в нижнюю полость пневмоцилиндра и перемещает поршень 5 со штоком 1 и тягой 10 вверх, верхний конический конец тяги выходит из отверстия цанги 10, которая под действием упругих сил сжимается, и обработанное колесо освобождается от зажима. При движении поршня вверх с ним перемещается втулка 6 и стежнями 12, снимает колесо с цанговой оправки.

 

2.10.4. Расчет приспособления.

Сила зажима определяется по формуле

W=К*Pz/f (39)

Коэффициент запаса К=К0*К₁*К₂*К₃*К₄*К₅*К₆

где: К₀-постоянный коэффициент запаса при всех случаях обработки, К₀=1,5

К₁ – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; К₁=1,5

К₂=1…1,9 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от затупления инструмента: принимаю К₂=1,2

К₃- для данного случая не учитывается

К₄= - коэффициент, учитывающий постоянство сил зажима приводом приспособления; К4=1

К₅-для данного случая не учитывается

К₆ = 1,0 коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку на опорах;

Коэффициенты К2-К6 выбираю [2].

К=1,5*1,2*1*1*1=1,8

 

2.10.5 Расчет усилия зажима заготовки в приспособлении

 

W=К*Pz*cos ω/f (40)

N_рез = =1,6 кВт

Отсюда Pz= 1020*60* N_рез/V = 1020*60*1,6/60 = 1632 Н.

Осевая сила Р_х = Pz*cos ω вызывает прокручивание детали.

f₀=0,2-коффициент трения стали по стали

W=1,8*1632*0,05234/0,2 = 769 Н.

Усилие на приводе Q = Wi = 769*4 =3075 Н.

Рисунок 4. Схема для расчёта усилия зажима.

 

1.5 Расчет основных параметров зажимного механизма

 

Диаметр пневматического цилиндра

Dц=1,44 , мм (41)

Dц=1,44 = 137 мм

Давление воздуха в сети, принимаю Р=0,4 МПа.

Принимаю стандартный диаметр пневмоцилиндра D=160 мм.

Диаметр штока принимаю в зависимости от диаметра цилиндра, принимаю d=40мм

Определяю действительную силу зажима пневмоцилиндра одностороннего действия штоковой полости

Q=0,785*(D²-d²)*p*η

Q=0,785*(160²-75²)*0,4*0,85=5330 H.

 

 

Рис. 5 Схема установки заготовки.