ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к технологии машиностроения, а именно к обработке деталей, имеющих криволинейные участки поверхности, расположенные в труднодоступных, полузакрытых местах (детали с каналами, пазами и т.д.) и требующие для их обработки применения многокоординатных фрезерных станков или обрабатывающих центров (четыре, пять или шесть и более одновременно управляемых осей), например, пера лопаток моноколес газотурбинных двигателей и установок, прессформ и т.д.
Известен режущий инструмент для реализации способа формообразования сложнопрофильных межлопаточных каналов моноколеса газотурбинного двигателя (ГТД) (патент РФ №2264891, МПК7: В23С 3/18, В23С 5/14, опубл. 27.11.2005 г.) - аналог.
Недостатком данного решения является невозможность его применения для обработки деталей с узкими каналами и с лопатками знакопеременной кривизны.
Известен инструмент для обработки детали (А.С. СССР №127680, МПК4: В23С 5/10, БИ №43 за 1986 г.) - прототип.
Недостатком известного инструмента является невозможность его применения для обработки деталей с узкими каналами и лопатками знакопеременной кривизны.
Техническим результатом на достижение которого направлено заявляемое решение является улучшение показателей качества поверхности (шероховатости, волнистости) и сокращение времени обработки деталей,
имеющих криволинейные участки поверхности расположенные в труднодоступных, полузакрытых местах (детали с каналами, пазами и т.д.) и требующие для их обработки применения многокоординатных фрезерных станков или обрабатывающих центров (четыре, пять или шесть и более одновременно управляемых осей).
Указанный технический результат достигается в инструменте для обработки детали, по меньшей мере, часть поверхности которого выполнена криволинейной тем, что инструмент выполнен в виде цилиндрической или конической фрезы с рабочей частью и для нее выполняются условия 0≤φ<γmax≤90° и R>Rвращ, где φ - угол конусности конической концевой фрезы, γmax - максимальный угол отклонения, между осью инструмента и касательной плоскостью к криволинейной поверхности рабочей части фрезы, R - радиус кривизны криволинейного участка поверхности рабочей части фрезы, Rвращ - максимальный радиус вращения криволинейного участка поверхности фрезы.
Например, γmax - максимальный из всех для данной криволинейной поверхности угол отклонения (как показано на фиг.1), в данном случае соответствующий нижней точке дуги с радиусом R, однако, расположение угла γmax зависит от формы криволинейной поверхности и его величины и может меняться для различных случаев.
Для обычных концевых фрез со скругленной сферической рабочей частью Rвращ является радиусом сферы Rсф (Rвращ=Rсф×cosφ), а для обычных концевых фрез со скругленной торовой рабочей частью - радиусом вращаемой окружности тора Rт (Rвращ=Ro+Rт×cosφ, где Ro - расстояние от оси вращения до центра вращаемой окружности).
Известен режущий инструмент для реализации способа формообразования сложнопрофильных межлопаточных каналов моноколеса газотурбинного двигателя (ГТД) (патент РФ №2264891, МПК7: В23С 3/18, В23С 5/14, опубл. 27.11.2005 г.) - аналог.
Недостатком данного решения является невозможность его применения для обработки деталей с узкими каналами и с лопатками знакопеременной кривизны.
Известен инструмент для обработки детали по меньшей мере часть поверхности которого выполнена криволинейной (А.С. СССР №127680, МПК4: В23С 5/10, БИ №43 за 1986 г.) - прототип.
Недостатком известного инструмента является невозможность его применения для обработки деталей с узкими каналами и лопатками знакопеременной кривизны.
Техническим результатом на достижение которого направлено заявляемое решение является улучшение показателей качества поверхности (шероховатости, волнистости) и сокращение времени обработки деталей, имеющих криволинейные участки поверхности расположенные в труднодоступных, полузакрытых местах (детали с каналами, пазами и т.д.) и требующие для их обработки применения многокоординатных фрезерных станков или обрабатывающих центров (четыре, пять или шесть и более одновременно управляемых осей).
Указанный технический результат достигается тем, что, в инструменте для обработки детали, по меньшей мере, часть поверхности инструмента выполнена криволинейной и состоящей, по меньшей мере, из двух участков различной кривизны, причем для одного из них выполняются соотношения 0≤φ<γmax≤90° и R>Rвращ, где φ - угол конусности конической концевой фрезы, γmax - максимальный угол отклонения, между осью инструмента и касательной плоскостью к участку криволинейной поверхности в точке соединения двух соседних участков различной кривизны один из которых с максимальным радиусом кривизны, R - максимальный радиус кривизны криволинейного участка поверхности рабочей части фрезы, Rвращ. - максимальный радиус вращения криволинейного участка поверхности фрезы.
Инструмент для обработки детали может быть выполнен в виде цилиндрической или конической фрезы.
l
2
l
2
l
В случае, если криволинейная часть поверхности обрабатывающего инструмента состоит более чем из одной части, например из двух частей с радиусами кривизны R и R, то заявляемые соотношения должны выполняться для участка с максимальным радиусом кривизны и γmax определяется в точке сопряжения криволинейных участков поверхности с радиусами R и R, причем γmax и φ определяются в каждом конкретном случае в зависимости от параметров как обрабатываемой детали, так и фрезы, например, формы, размеров и т.д. Например, γmax - максимально допустимый угол отклонения, соответствующий нижней точке дуги с наибольшим радиусом R (фиг.1).
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-3, где на фиг.1 - схема расположения обрабатываемой поверхности и концевого инструмента с рабочей частью состоящей из одного криволинейного участка, на фиг.2 - схема расположения инструмента при выполнении соседних проходов объемной обработки при использовании обычных концевых цилиндрических или конических фрез со скругленной сферической или торовой рабочей частью, на фиг.3 - схема расположения обрабатываемой детали и обрабатывающего инструмента с рабочей частью состоящей из двух участков различной кривизны.
Rи - радиус кривизны нормального сечения рабочей части обычной радиусной фрезы, проходящего через ось инструмента; для обычных концевых фрез со скругленной сферической рабочей частью Rи является радиусом сферы Rсф., а для обычных концевых фрез со скругленной торовой рабочей частью Rи является радиусом вращаемой окружности тора Rт.
Ro - радиус кривизны нормального сечения обрабатываемой поверхности, проходящего через ось инструмента;
Δор - допуск на оребрение (максимально допустимая из технических условий высота гребешка, остающегося на обрабатываемой поверхности между последовательными проходами).
φ - угол конусности конической концевой фрезы; для цилиндрической фрезы φ=0.
Sстр - подача на строку (расстояние между соседними проходами фрезы).
Заявляемое решение основывается на следующих предпосылках.
При использовании цилиндрических или конических фрез со стандартной скругленной сферической или торовой концевой частью для многокоординатного фрезерования деталей, например, пера лопаток моноколес, расстояние между соседними проходами фрезы Sстр. - подача на строку (расстояние между соседними проходами фрезы) зависит от Rи и Ro.
Для соответствующих практике случаев, когда Δор на несколько порядков меньше чем Rи и Ro, величина Sстр определяется следующей формулой:
Анализ формулы (1) показывает, что увеличение Rи приводит к увеличению Sстр, что в свою очередь сокращает количество проходов (строк), длину траектории и время обработки. Как следует из (1)
Анализ (2) показывает, что увеличение Rи при фиксированном значении Sстр уменьшает высоту гребешка, остающегося на обрабатываемой поверхности между проходами, т.е. результатом является
повышение качества обработки деталей, например, пера лопаток моноколес при одновременном сокращении времени обработки.
На основании проведенных заявителем исследований был сконструирован и экспериментально проверен новый профиль обрабатывающего инструмента, а именно фрезы.
Параметр фрезы φ зависит от параметров поверхности обрабатываемой детали и определяется для каждого отдельного случая, однако для достижения заявляемого технического результата должны выполняться условия, изложенные в независимом пункте формулы изобретения для инструмента.
Кроме того, для обеспечения заявленного технического результата при обработке детали обрабатывающим инструментом в каждой i-ой точке траектории движения инструмента его ось должна быть расположена к обрабатываемой поверхности таким образом, чтобы выполнялось условие 0≤φ≤γi≤γmax≤90°.
стр
стр_вращ
В случае, если R<Rвращ, то технический результат достигаться не будет, так как S<S, где
ор_вращ
ор
а Δ>Δ, где
В случае, если φ>γmax, то фрезерование осуществляется прямолинейным участком фрезы (цилиндрическим или коническим), что неприемлемо для обработки деталей, по меньшей мере, часть поверхности которых выполнена криволинейной.
Обработку осуществляют следующим образом.
Предварительно спроектированный, в соответствии с заявляемыми условиями, изготовленный и настроенный на размер концевой инструмент устанавливают в шпинделе, например, с использованием устройства автоматической смены инструмента, включают вращение шпинделя и на ускоренной подаче перемещают в точку подвода, расположенную, как правило, вблизи первой точки первого рабочего хода. В точке подвода ось инструмента, как правило, ориентируют вертикально для станков с вертикальным расположением шпинделя и горизонтально для станков с горизонтальным расположением шпинделя. Из точки подвода инструмент на подаче врезания перемещают в точку врезания, в которой ось инструмента ориентируют с учетом необходимого угла отклонения и включают охлаждение. После этого инструмент перемещают в первую точку рабочего хода (стартовую точку), причем ориентация инструмента при выполнении этой операции остается неизменной. Первый рабочий ход производят строчным методом для чего концевой инструмент перемещают по строчке вдоль поверхности обрабатываемой детали. В процессе обработки контролируют положение не только расчетной точки инструмента, но и положение его оси.
Причем ось инструмента располагают в пространстве по отношению к обрабатываемой детали таким образом, чтобы выполнялись заявляемые соотношения параметров.
После завершения рабочего хода по текущей строчке выполняют перемещение на следующую строчку, осуществляя подачу на строку. При выполнении этого движения осуществляют ориентацию инструмента с учетом необходимого угла отклонения, который соответствует заявляемому интервалу значений.
Затем аналогично первому рабочему ходу производят следующий
рабочий ход строчным методом. Рабочие ходы повторяют до тех пор, пока не будет полностью обработана определенная для данного технологического перехода часть поверхности детали.
Из последней точки последнего рабочего хода на подаче отвода инструмент перемещают в точку отвода, причем, ориентация оси инструмента при выполнении этого движения остается неизменной, и в точке отвода отключают охлаждение.
Из точки отвода инструмент на ускоренной подаче перемещают в начальную точку следующего технологического перехода или в конечную точку траектории данной технологической операции. В конечной точке этого перемещения ось инструмента ориентируют или вертикально (для станков с вертикальным расположением шпинделя) или горизонтально (для станков с горизонтальным расположением шпинделя). Процесс обработки детали закончен.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Необходимо осуществить чистовую обработку пера лопатки моноколеса ГТД со следующими параметрами: наружный диаметр моноколеса - 614,3 мм, ширина решетки профилей пера - 119 мм, высота пера 180 мм, горло решетки профилей (диаметр минимальной окружности, вписанной в межлопаточный канал - 22 мм.
Для осуществления такой обработки используют коническую концевую фрезу с одним участком криволинейной поверхности. Результаты обработки приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Прототип: φ=6 град.; Rсф=4,5 мм; высота гребешка - 20 мкм; время обработки - 38 мин
φ град
0
6
10
25
35
55
70
80
89
γ<sub>mах</sub> град
2
8
12
27
37
57
72
82
89.9
R<sub>2</sub> мм
100
100
100
100
100
100
100
100
100
R<sub>1</sub> мм
1
1
1
1
1
1
1
1
0.5
R<sub>вр</sub> мм
11,06
11,41
11,64
12,42
12,85
13,44
13,61
13,58
1,57
Высота гребешка, мкм
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
время обработки, мин
8
8
8
8
8
8
8
8
8
Пример 2
Необходимо осуществить чистовую обработку пера лопатки моноколеса ГТД со следующими параметрами: наружный диаметр моноколеса - 603,5 мм, ширина решетки профилей пера - 60 мм, высота пера - 110 мм, горло профилей (диаметр минимальной окружности, вписанной в межлопаточный канал) - 22 мм.
Для осуществления такой обработки используют коническую концевую фрезу с двумя участками криволинейной поверхности.
Таблица 2.
Прототип: φ=1 град; Rсф=9 мм; высота гребешка - 83 мкм; время обработки - 77,4 мин
φ град
0
6
10
25
36
49
58
79
89
γ<sub>max</sub> град
2
7
12
27
37
49
57
77
89.9
R мм
100
100
100
100
100
100
100
100
100
R<sub>вр</sub> мм
10,05
10,2
10,6
11,5
12
12,7
12,9
13,4
1,5
высота гребешка, мкм
25
25
25
25
25
25
25
25
25
время обработки, мин
23,45
23,45
23,45
23,45
23,45
23,45
23,45
23,45
23,45
Как следует из таблиц 1 и 2 во всем диапазоне угла φ для обоих вариантов реализации полезной модели достигается заявленный технический результат.