Проектування геометрії косозубих торцевих фрез з ступінчастими схемами різання (стр. 2 из 3)
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.
4. Експерементальна перевірка теоретичних розрахунків.Розроблення рекомендацій щодо визначення параметрів якості
Об’єктом досліджень була спроектована торцева ступінчаста фреза діаметром 320 мм, оснащена гексанітом–Р. Максимальна ширина оброблюваної деталі – 90 мм.
Для співставлення складових
сили різання, що виникають при різанні ножами фрези, які мають безвершинну косокутну геометрію, знадобилися додаткові досліди. Для виключення похибки співставлення, пов’язаної з фізико- механічними властивостями і твердістю оброблюваного матеріалу, проводилося фрезерування деталей з чавуну СЧ21 та загартованої сталі 45 ножами з косокутними безвершинними ножами (матеріал різальної частини – гексаніт-Р) без рухомого різального ножа та фрезою з рухомим різальним ножем.Встановлено, що питоме навантаження на одиницю довжини різальної кромки для ножів чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання складає близько 250 Н/мм, що відповідає стандартним умовам чистового косокутного різання, що дозволяє припустити їх високу зносостійкість.
Збільшення швидкості різання
для спроектованих фрез призводить до зменшення всіх складових сил різання, що особливо важливо при умові недостатньої жорсткості технологічної системи. Підвищення подачі 
призводить до збільшення складових сил різання, особливо при обробці загартованих сталей. При використанні чистової торцевої фрези з рухомим різальним ножем складова сили різання 
перевищує складову , що сприяє створенню у об’ємі різального клину напружень стиску.Для порівняння статистичних параметрів профілограм для фрез з традиційною і комбінованою схемами різання проводилась обробка чавунних деталей (матеріал – СЧ21) фрезою з комбінованою схемою різання. Обробка виконувалась з використанням рухомого різального ножа і без нього. Розташування різальних ножів за спірально-ступінчастою схемою різання. Режими різання: n =120 хв-1, Sхв= 15 мм/хв,
= 0,75 мм, глибина різання рухомим ножем –0,05 мм.Фотографія обробленої поверхні . Отримані параметри мікрогеометрії обробки.
Дисперсія відхилень отриманих значень від середніх складає відповідно: 0,02 мкм і 0,011 мкм. При використанні запропонованої конструкції фрези досягається зменшення дисперсій відхилень значень середньоарифметичної висоти мікронерівностей
в 1,82 рази відповідно до фрези зі схемою різання без рухомого різального ножа. Відмічається зменшення середнього кроку нерівностей профілю 
, висот найбільшого виступу профілю 
, найбільшої висоти нерівностей профілю 
.Обробка деталей із чавунів і загартованих сталей на ВАТ "Беверс" (м. Бердичів) показала, що розроблена чистова торцева фреза має більш високу якість обробки по відношенню до чистових торцевих фрез стандартних конструкцій. За рахунок ступінчастого розташування ножів, використання косокутної геометрії ножів і формування рухомим ножем прямолінійних штрихів обробки перпендикулярно до вектора подачі заготовки фрези можуть бути застосовані для напівчистової та чистової обробки деталей з додержанням всіх вимог до якості обробки.
Впровадження фрези у виробництво показало, що при обробці деталей із чавунів і загартованих сталей досягається підвищення продуктивності обробки до 20% по відношенню до обробки стандартними фрезами, оснащеними НТМ.
Встановлено, що використання комбінованої схеми різання веде до вирівняння шорсткості обробки за шириною фрезерування, формування прямолінійних штрихів обробки в напрямку перпендикулярному повздовжній подачі.
Середньоарифметична висота мікронерівностей оброблених поверхонь для чавунних деталей становила Ra = 0,6 – 1,1 мкм, для стальних загартованих деталей – Ra = 0,6 – 1,5 мкм.
ВИСНОВКИ
1. Проведене теоретичне дослідження аспектів чистового торцевого фрезерування дозволило розробити спосіб плоского фрезерування та конструкцію чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання, оснащену надтвердими матеріалами, для чистової обробки плоских поверхонь чавунних та стальних загартованих деталей і тим самим підвищити якість обробки, порівняно із фрезами стандартних конструкцій.