Удосконалення комбінованої схеми різання з регулюванням положення профілюючого різального ножа в процесі обробки

2. Удосконалення комбінованої схеми різання з регулюванням положення профілюючого різального ножа в процесі обробки

Удосконалення схеми плоского фрезерування торцевими фрезами реалізується шляхом зняття припуску різальними ножами, де найбільшу частину припуску видаляють різальними ножами, які нерухомо закріплені відносно корпусу фрези. Корпус рухається за коловою траєкторією, після чого чистовий припуск видаляють різальними ножами, які розташовані в радіальному напрямку на найменшій відстані від осі фрези з найбільшим вильотом відносно нерухомих різальних ножів і рухаються за прямолінійною траєкторією перпендикулярно до вектора повздовжньої подачі заготовки, що забезпечить підвищення якості обробки в напрямку, перпендикулярному до вектора повздовжньої подачі заготовки .

Формування перерізу зрізу відбувається наступним чином:

Силовий аналіз здійснювався за рівняннями розробленими Розенбергом А.М. і Розенбергом О.О. з уточненнями до умов чистового торцевого фрезерування. Для розрахунку складових сили різання: колової сили , подачі  та осьової сили  різання була створена методика визначення кількості ножів, які приймають участь в різанні, та реалізований алгоритм і програма обчислення на ЕОМ на мові програмування С++.

Результати моделювання показують, що складові сили різання  для запронованого методу фрезерування розраховуються за наступною умовою:

де – поточний час обертання, – частина періоду обертання інструменту, в який здійснюється різання рухомим різальним ножем, – сумарна миттєва сила різання нерухомо закріпленими ножами, – сила різання, що діє на рухомий в процесі обробки різальний ніж.

Для визначення раціональної кількості ступіней фрези з комбінованою схемою різання був розраховані складові сили різання , ,  із врахуванням змінюваної кількості ножів, які приймають участь в різанні. Проведена апроксимація складових рядами Фур'є. Чисельний аналіз виконано в пакеті MathCad. За результатами аналізу отримані максимальні і середні значення складових сили різання і розрахований силовий коефіцієнт нестабільності фрезерування для одно- і багатоступінчастих фрез (табл. 1).

Таблиця 1

Результати розрахунків показують, що найбільш стабільними в процесі обробки є багатоступінчасті фрези. Для запропонованої комбінованої схеми різання рекомендована конструкція з 9-ма ступенями.

Одним із показників якості обробки є відхилення від площинності оброблених поверхонь.

Запропонована комбінована схема плоского фрезерування дозволяє отримати наступний профіль обробленої поверхні з відхиленням від площинності f = 0 мм :

1) при відхиленні вісі шпинделя в напрямку подачі ;

2) при відхиленні вісі шпинделя в напрямку, перпендикулярному подачі

3. Конструювання чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання

Запропоновано методику досліджень для визначення силових факторів обробки і методику визначення параметрів мікрогеометрії оброблених поверхонь.

Конструктивно фреза складається із корпуса, в якому закріплені різальні ножі. Установка фрези на верстаті. Кріплення різальних ножів здійснюється клиновим затискаючим механізмом. В плунжері встановлений і закріплений за допомогою гвинта рухомий різальний ніж з можливістю точного регулювання його осьового вильоту мікрометричним гвинтом. Копір, який забезпечує прямолінійний рух різального ножа в процесі обробки, закріплюється до корпусу шпиндельної коробки.

Вигляд фрези з торця і схематичне розташування різальних ножів за логарифмічними спіралями .

Запропонована конструкція чистової торцевої фрези з комбінованою схемою різання дозволяє:

– реалізовувати рух профілюючого різального ножа за прямолінійною траєкторією перпендикулярно до вектора подачі заготовки і вирівняти шорсткість обробки за шириною фрезерування;

– зрізати основну частину припуску різальними ножами, які рухаються відносно оброблюваної поверхні за коловими траєкторіями і закріплені нерухомо в корпусі фрези;

– за рахунок ступінчастого розташування різальних ножів підвищити максимальну глибину різання і поєднати чорнові і чистові операції за один прохід;

– здійснити регулювання осьового вильоту різальних ножів при необхідності корегування глибини різання;

– використовувати в якості матеріалу різальної частини ножі з НТМ, які дозволяють значно підвищити якість обробленої поверхні, стійкість інструмента та продуктивність обробки;

– забезпечувати косокутне різання, що дає можливість зменшити питомі навантаження на одиницю довжини різальних кромок ножів, і таким чином в значній мірі додатково підвищити стійкість різальних ножів;

– застосовувати фрезу для обробки плоских поверхонь на верстатах фрезерної і шліфувальної групи.

Диференційне рівняння руху профілюючого різального ножа в напрямку подачі має вигляд:

де – миттєве положення різального ножа, – маса рухомого вузла, – коефіцієнт тертя, – жорсткість пружини рухомого вузла, – рівнодіюча складових сили різання, які діють на профілюючий різальний ніж.

Результати моделювання в системі Excel XP :

Аналіз отриманих значень показує, що сила попереднього стиску пружини рухомого різального вузла забезпечує його лінійну траєкторію під час чистової обробки розробленою торцевою фрезою з комбінованою схемою різання (P < 100 Н).

Для забезпечення зрізання тонких перерізів зрізуваних шарів доцільно використовувати для фрез ножі з косокутною геометрією з кутами нахилу різальних кромок  із передньою плоскою та задньою циліндричною поверхнями.

Перетин задньої циліндричної з плоскою передньою поверхнею утворює монотонну різальну кромку, що полегшує процес її заточки та створює умови різання, близькі до вільного різання.

Для отримання значень складових сили різання , , , в процесі обробки був використаний монолітний трикомпонентний фрезерний динамометр з блоком датчиків, блоком спряження з ПЕОМ і пакетом обробки сигналів (ПОС).

Вимірювання мікрогеометрії оброблених поверхонь оброблених чистовими фрезами з комбінованою схемою різання проводилось на профілографі Talysurf 6 (Англія).

З метою забезпечення достовірності експериментальних досліджень визначалися характеристики геометричної точності і жорсткості верстата, на якому виконувалися дослідження.