Проектирование металлорежущего инструмента в курсовом и дипломном проектах по технологии машиностроения

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология машиностроения»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В КУРСОВОМ И ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТАХ

ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Минск 2 0 0 3

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология машиностроения»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В КУРСОВОМ И ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТАХ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Методические указания для студентов специальности 36 01 01 −

«Технология машиностроения»

Минск 2 0 0 3

УДК 621.001

В методических указаниях изложены содержание и последовательность расчетов металлорежущих инструментов, наиболее часто применяемых в курсовом и дипломном проектах.

Составители:

В.И. Романенко, В.А.Шкред

Рецензент А.А.Сакович

© Романенко В.И., Шкред В.А., составление, 2003

Введение

Курсовой и дипломный проекты по дисциплине "Технология машиностроения" содержат раздел "Проектирование металлорежущего инструмента". Этот раздел должен состоять из чертежа режущего инструмента на листе формата А2-А4 (A1) в масштабе 1:1 и его описания с необходимыми расчетами в пояснительной записке. Описание инструмента следует снабжать необходимыми иллюстрациями (эскизами, рисунками, схемами), а также расчетами режущей и соединительной частей.

При конструировании режущей части инструмента в общем случае решается комплекс вопросов, включающих:

–выбор инструментальных материалов;

–назначение оптимальных геометрических параметров инструмента;

–размещение и отвод стружки;

–прочность зубьев режущей части;

–определение размеров и профиля рабочей части инструмента;

–отвод тепла от режущих лезвий;

–экономия инструментальных материалов.

Соединительная часть режущего инструмента должна надежно передавать мощность, полученную от шпинделя станка, на рабочую часть инструмента, что необходимо доказать соответствующим расчетом. Наиболее употребительными конструкциями соединительных частей инструментов являются фрикционные, жесткие и комбинированные.

В настоящих методических указаниях приведены содержание и последовательность расчетов проектируемых металлорежущих инструментов, наиболее часто применяемых в проектах. В качестве основы для методических указаний принят учебник "Основы резания материалов и режущий инструмент" [14]. Обозначения параметров металлорежущих инструментов соответствуют этому учебнику, в котором содержатся необходимые расчетные зависимости и рисунки. Поэтому при расчетах инструментов следует пользоваться учебником [14] и другой рекомендуемой литературой.

Данные методические указания унифицируют требования к разделу проекта "Проектирование металлорежущих инструментов" и могут быть полезны также и преподавателям, контролирующим полноту разработки и изложения этого раздела в пояснительной записке.

3

Методика предполагает ручной расчет инструмента, способствующий закреплению знаний, но может быть также использована для составления программы расчета инструмента на ЭВМ.

1. РАСЧЕТ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

1.1. Расчет фрикционной соединительной части хвостового инструмента, снабженного конусом Морзе [1, 2]

Передача крутящих моментов обеспечивается силами трения в стыке между соединительной частью инструмента и станка. Конус должен удерживаться от проворачивания силами трения в гнезде шпинделя. Поэтому образующиеся силы трения на поверхности конуса должны создавать момент, превышающий момент резания.

Расчет величины среднего диаметра конуса ведут по максимальному крутящему моменту, соответствующему резанию затупившимся инструментом, т.е. Мmax = sМкр..

где sМкр. − максимальный крутящий момент сил трения; М1 − коэффициент трения, равный 0,096; Р0 − осевая сила, действующая вдоль оси инструмента;

d1 и d2 − больший и меньший диаметры конуса хвостовика; θ − угол конусности (для конусов Морзе − 1°30′).

Для сверления осевая сила может быть рассчитана по эмпирической формуле Р0 = Cр SYp DZp Kp, или с помощью табл. C. 5 с. 124-126 справочника "Режимы резания металлов" под ред. Барановского Ю.В., М., Машиностроение, 1972.

Р0 = Ртабл. Кр.

4

Крутящий момент Мкр. = См SYp DZp Kp.

Дополнительно рассчитывается прочность на кручение шейки и самого конуса исходя из полученного момента трения.

Проверочный расчет спроектированного инструмента может включать определение разрушающего крутящего момента, расчет разрушающей осевой силы, расчет на продольный изгиб.

Хвостовик с конусом Морзе представлен на рис. 1.1, a.

Конус Морзе

Рис. 1.1. Соединительные части хвостового режущего инструмента: а) фрикционное соединение (Конус Морзе); б) жесткое крепление (квадратный хвостовик); в) комбинированное крепление (конус и шпонки)

5

1.2. Расчет жесткого крепления (на примере квадратного хвостовика) [1, 2]

Квадратный хвостовик часто встречается у ручных разверток, гаечных и ручных метчиков и других инструментов и служит для передачи вращательного движения резания. В этом случае определяется напряжение на скручивание

τ = Kτ Kкв МВкв3 ,

где Кτ − коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в местах перехода плоскостей квадрата в круглое сечение (Кτ = 2);

Kкв − коэффициент, равный 4,8; В − сторона квадрата;

Мкв. − крутящий момент, передаваемый квадратом. На рис. 1.1, б представлен квадратный хвостовик.

1.3. Расчет комбинированного крепления инструмента [1, 2] (на примере крепления оправки фрезы в шпинделе станка)

В этом случае силы передаются как шпонками, так и силами трения, возникающими между элементами соединений.

Общий крутящий момент, передаваемый комбинированным соединением:

Мкр = М1 + М2,

где М1 − крутящий момент, передаваемый шпонками, работающими на срез или смятие;

М2 − крутящий момент, передаваемый силами трения на конусе.

M1 = σc F Dср ,

2

где σс − допускаемое напряжение на срез у шпонок; F − площадь среза шпонок;

Dcp − средний диаметр действия сил (по серединам шпонок).

6

Крутящий момент, передаваемый силами трения на конусе, определяется таким же образом, как для обычных хвостовых инструментов, по формуле

М2 = М1 Ро dср 0,8. 2sinθ

Осевая сила Ро обеспечивается затяжкой болта.

На рис. 1.1, в представлено комбинированное крепление инструмента посредством конуса и шпонок.

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХВОСТОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

2.1.Проектирование сверла [1, 2, 14]

Исходные данные: диаметр отверстия D, мм, глубина сверления

h, мм, тип сверла, обрабатываемый материал, НВ, σв, модель станка, режимы резания (S, мм/об, V, м/мин), материал сверла, хвостовика.

Определить:

−крутящий момент Мкр. и осевую силу Ро;

−размер конуса хвостовика;

−длину сверла L;

−угол при вершине 2ϕ;

−угол наклона винтовых канавок ω;

−шаг винтовых канавок H;

−диаметр сердцевины у режущей части сверла d;

−диаметр сверла D1 по спинке за ленточкой;

−ширину ленточки f;

−ширину пера сверла B;

−элементы профиля канавочной фрезы, которой будут фрезеровать канавки сверла; построить профиль канавочной фрезы;

−размеры подточки перемычки A;

−место сварочного шва (если сверло сварное).

Выполнить чертеж сверла и указать технические требования к его изготовлению. Параметры рабочей части сверла см. на рис. 2.1.

7

6.Рассчитать соединительную часть зенкера.

7.Выполнить чертеж зенкера с указанием технических требований. Параметры режущей части зенкера представлены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Зенкер

2.3. Проектирование метчика [1, 2, 3, 14]

Исходные данные: диаметр резьбы, ее точность, шаг резьбы Р; материалы: метчика, обрабатываемой детали, НB, σв.

1.Найти по ГОСТ основные размеры резьбы d, d2 , d1, Р.

2.Выбрать степень точности метчика по ГОСТ и установить отклонения диаметров метчика d, d2 , d1.

3.Определить:

а) допуски изготовления наружного и среднего диаметров резьбы метчика N и N2;

б) исполнительные размеры наружного диаметра d, среднего диаметра d2, внутреннего диаметра d1 с указанием нижних отклонений, равных допускам изготовления размеров диаметров резьбы метчика N и N2;

в) отклонение половины угла профиля резьбы ±α'.

4. Установить габаритные размеры метчика L и l, диаметр торца

dT, длину режущей части l1 по ГОСТ. 5. Рассчитать угол в плане ϕ.

9