Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
При изготовлении изделий ракетно-космической техники часто требуется выфрезеровать в сплошном материале закрытые карманы, полости, окна различных форм и размеров в деталях из разных обрабатываемых материалов, включая труднообрабатываемые. При такой обработке необходимо ввести концевую фрезу вглубь материала заготовки, что возможно сделать или после предварительного сверления, или при засверливании фрезой по спирали (под углом), или при осевой подаче концевой фрезы. Последний способ обеспечивает бóльшую производительность обработки, по сравнению с другими методами, но имеет ряд недостатков, сдерживающих его применение и связанных с плохим удалением стружки из отверстия, получаемого фрезой. Выполненная исследовательская работа направлена на устранение проблем удаления стружки из отверстия и повышение производительности обработки, что является актуальной задачей для ракетно-космической отрасли.
Известны различные конструкции концевых фрез, позволяющие повысить производительность обработки. Среди них выделяются фрезы с прерывистой или волнистой режущей кромкой на периферийных зубьях (серейторные или черновые фрезы) [1, 2]. В ряде работ [3, 4] показано, что волнистая режущая кромка позволяет разделить срезаемый слой по ширине и снизить силу резания до 20 % за счет удаления более толстого срезаемого слоя. Принцип утолщения срезаемого слоя и разделения его по ширине и был положен в основу новой разработанной конструкции концевой фрезы — фрезы, у которой торцовые зубья фрезы выполнены с режущими зубчиками, расположенными в шахматном порядке. Каждый зубчик срезает часть срезаемого слоя, а все зубчики вместе — весь срезаемый слой, т. е. происходит разделение срезаемого слоя по ширине с одновременным его утолщением.
В качестве объекта исследования была выбрана концевая фреза Æ28 мм, выполненная из быстрорежущей стали марки Р6М5 по ГОСТ 17026–71 «Фрезы концевые с коническим хвостовиком». На торцовых зубьях этой фрезы были изготовлены зубчики высотой 1,5 мм и шириной 1,9 мм (0,25 длины режущей кромки). Зубчики расположены в шахматном порядке, так, чтобы каждый зубчик срезал свою часть припуска. В этом случае при осевом движении подачи каждый торцовой зуб срезает лишь часть припуска — полоску толщиной равной подаче на оборот (а не на зуб, как у традиционных фрез), и шириной 0,25 режущей кромки стандартной фрезы. Стружка при этом разделяется на полоски и легко удаляется из отверстия.
Для успешного резания с осевой подачей на вспомогательных режущих кромках зубчиков на торцевых зубьях необходимо обеспечить задний угол в осевой плоскости в пределах 6…8°. При заточке зубчиков это требование может быть обеспечено за счет расположения вспомогательной режущей кромки на зубчиках под углом 29…40° относительно оси фрезы. Поэтому экспериментальная фреза была изготовлена со вспомогательными углами в плане на зубчиках 30°.
Боковую поверхность можно выполнить плоской (при прямолинейном перемещении заточного круга) или по конусу (при вращении фрезы). Выполненное компьютерное 3D-моделирование позволило установить, что при затачивании боковых сторон зубчиков по плоскости возможно обеспечить незатирание зубчиком поверхности, обработанной предыдущими зубьями, а при затачивании по дуге — нельзя, в любом случае боковая сторона зубчика будет тереться об обработанную поверхность.
Описанная концевая фреза была испытана при резании с осевой подачей, а также были проведены динамометрические исследования.
Измерение крутящего момента и осевой силы, действующих на фрезу, проводилось при вертикальной подаче фрезы на вертикально-сверлильном станке модели 2Н135 при помощи программно-аппаратного комплекса, разработанным на кафедре МТ-2 на базе динамометра Kistler [5, 6]. Все эксперименты производились при частоте вращения шпинделя 63 об/мин, что обеспечивало скорость резания на периферии фрезы 55,4 м/мин. Осевую подачу изменяли от 0,1 до 0,28 мм/об, что соответствовало изменению подачи на зуб Sz от 0,025 до 0,7 мм/зуб.
В экспериментах измеряли крутящий момент, действующий на фрезу, и сравнивали его с рассчитанным как сумма моментов, возникающих на каждом зубчике, по формуле:, где M — крутящий момент, Н; kc1.1 — удельная сила резания при сечении срезаемого слоя площадью 1 мм2, Н/мм2; Ai — площадь сечения слоя, срезаемого i-ым зубчиком, мм2; ai — толщина срезаемого слоя, срезаемого i-ым зубчиком, мм; Ri — радиус центра масс сечения слоя, срезаемого i-ым зубчиком, мм. Для расчетов принимали: kc1.1 = 1780 Н/мм2, m= 0,17 [7].
Для динамометрических исследований использовали специальную трубную заготовку из стали 45 с внутренним диаметром 15 мм, соответствующим диаметру расточки на торце фрезы, и наружным диаметром 36 мм, Такая форма заготовки обеспечивала при осевом врезании участие в работе только торцевых зубьев.
Сравнение рассчитанных и измеренных величин крутящего момента показало, что примененная методика расчета позволяет определить крутящий момент для диапазона осевых подач 0,025…0,007 мм/зуб с погрешностью не выше 1,5 % для стандартной фрезы и с погрешностью не более 2,5 %, что является отличным результатом для инженерных расчетов.
Экспериментальная проверка работоспособности новой концевой фрезы показала, что фреза с зубчиками на торцевых зубьях легко врезается в материал заготовки при осевой подаче и разделяет срезаемый слой по ширине на четыре узкие полосы. Образующаяся стружка легко выходит из отверстия, не застревая и не пакетируясь в стружечных канавках фрезы.
Сравнение величин крутящего момента и осевой силы, действующих на фрезы со стандартными торцевыми зубьями и с зубчиками показало, что при осевом врезании фрезой новой конструкции крутящий момент снижается на 19…23 %, а осевая сила — на 21…30 % в зависимости от величины подачи.
Для обеспечения того крутящего момента и осевой силы резания на новой фрезе следует увеличить подачу в 1,5 и 1,4 раза, соответственно. Что дает увеличить производительность обработки при осевом врезании до 1,5 раз.
1. Предложена новая конструкция концевой фрезы с разделением срезаемого слоя по ширине обеспечивающая облегченное врезание в материал при фрезеровании глухих карманов и окон и разделение стружки на полоски.
2. Показано, что фреза новой конструкции позволяет уменьшить крутящий момент и осевую силу резания на 23 % и 30 %, соответственно.
3. Установлено, что использование фрезы новой конструкции позволяет увеличить осевую подачу при врезании фрезы в заготовку до 1,5 раз.
