Особенности фрезерного сборного инструмента с изменяемыми углами: передним и наклона режущей кромки

УДК 630*652.54

А. А. Гришкевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой (БГТУ); А. Ф. Аникеенко, ассистент, кандидат технических наук (БГТУ);

В. Н. Гаранин, кандидат технических наук, доцент

ОСОБЕННОСТИ ФРЕЗЕРНОГО СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА С ИЗМЕНЯЕМЫМИ УГЛАМИ: ПЕРЕДНИМ И НАКЛОНА РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ

В работе представлена конструкция фрезы сборной с изменяемыми углами передним и наклона режущей кромки. Получены теоретические зависимости влияния угла наклона режущей кромки X на величину отклонения от плоскостности AR при различной длине режущей кромки лезвия и высоте обрабатываемой заготовки. Определен критерий возможного угла наклона режущей кромки при конкретной ее длине и ширине фрезерования.

In work the construction modular mills with changeable front and inclination angles are presented. The theoretical dependence of the influence of the angle of inclination on the X value of flatness deviation AR at different length of the cutting edge of the blade and the height of the workpiece are obtained. The criterion possible angle of inclination at a specific length and width of its milling are determined.

Введение. Обработка древесины и древесных материалов методом фрезерования является широко распространенной технологической операцией в деревоперерабатывающей промышленности. Фрезерный инструмент по количеству конструкций наиболее разнообразен в сравнении с другими видами дереворежущих инструментов. Технические инновации фрезерного дереворежущего инструмента в основном связаны с обеспечением качества получаемой продукции и уменьшением мощности на резание. При этом интенсификация процесса механической обработки древесины и древесных материалов возрастает.

Основная часть. На кафедре деревообрабатывающих станков и инструментов проводятся научно-исследовательские работы по созданию новых конструкций рефлекторного (от латинского слова reflecto - загибаю назад, поворачиваю) фрезерного инструмента, позволяющего частично решать поставленные задачи по ресурсо- и энергосбережению. Известно одно из ранее полученных авторских свидетельств учеными кафедры [1], также работавших в этом направлении.

Цель исследований - разработка новой конструкции фрезы сборной с изменяемыми углами - передним и наклона режущей кромки, которые позволят уменьшить мощность резания, повысить качество обрабатываемой поверхности и период стойкости инструмента.

Одна из разработок такого инструмента представлена на рис. 1. Особенностью конструкции является то, что держатель ножа 3 имеет возможность перемещаться относительно корпуса 2 по трем относительным координатам, изменяя при этом: передний у (±10°) или задний а (±10°) углы; угол наклона кромки X (±180°);

угол между осью вращения и режущей кромкой ножа 1 ((±25°) (цилиндрическое или коническое фрезерование).

2

Рис. 1. Фреза сборная с изменяемыми углами передним и наклона кромки

Рассмотрим пример обработки кромки заготовки высотой к с размерами Н*Ъ*Ь, представленной на рис. 2.

В результате поворота держателя ножа на угол X обработанная поверхность заготовки 1 будет иметь криволинейную (выпуклую) форму 3 вследствие изменения диаметра резания по ширине обработки к (рис. 3). Максимальное отклонение от размера составит величину АЯ.

176_ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2014. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность

i:

Рис. 3. Схема для расчета отклонения от плоскостности: 1 - заготовка; 2 - нож; 3 - криволинейная (выпуклая) обработанная поверхность; Г - проекция режущей кромки 1н /2 на плоскость нормальную к оси вращения инструмента; к'- проекция высоты заготовки к / 2 на плоскость нормальную к оси вращения инструмента; 1н - длина режущей кромки лезвия

Если принять допущение, что геометрическая ось фрезы совпадает с геометрической осью обрабатываемой заготовки и она будет обработана симметрично, то в результате изменения угла наклона кромки лезвия (90° > X > 0 °) поверхность заготовки на максимальной длине режущей кромки лезвия (максимальный радиус резания) может иметь отклонение от плоскостности. Это отклонение ограничивается ГОСТ [2] на величину, которую можно определить зависимостью (1) или (2).

(рис. 5) для деталей высотой к = 10, 15, 20, 30, 40, 50 мм при фрезеровании режущей кромкой длиной 1н = 60 мм.

AR = -

R

cos | arctgy • sin X

- R

или

AR ^VR2 +

—  sin X

\2

R,

где Я - радиус резания; 1н - длина режущей кромки ножа; X - угол наклона кромки.

Если рассматривать отклонение от плоскостности ДЯ в зависимости от угла наклона режущей кромки X при разных высотах обрабатываемых деталей (разная ширина фрезерования), то величину ДЯ можно определить по формуле (3):

AR =

По формуле (2) строим графики (рис. 4), характеризующие зависимость отклонения плоскостности ДЯ от угла наклона режущей кромки X для длин режущих кромок ножа 1н = 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 мм, и формуле (3) графики

X, град

Рис. 4. Влияние угла наклона режущей кромки X на величину отклонения от плоскостности ДЯ для установленных длин режущих кромок

Из приведенных графиков видно, что для лезвия с длиной режущей кромки 10 мм ее поворот на угол 30° увеличит радиус резания ДЯ (крайней точки режущей кромки) на 0,045 мм. То есть, заготовку высотой до 10 мм можно фрезеровать с углом X = 30° при степени точности по 14-муквалитету (до 0,10 мм).

Что касается лезвия с длиной режущей кромки 15 мм, то при угле X = 30° степень точности достигнет 0,10 мм (по 14 квалитету - 0,12 мм). Фрезеровать заготовку высотой к = 15 мм можно

только при X = 26,5° с точностью 0,10 мм. При ширине фрезерования заготовки лезвием с длиной режущей кромки 20 мм ни 13-го, ни 14-го квали-тета (0,10 и 0,16 мм соответственно) мы получить не сможем при X = 30°. Получить сможем только 15-й квалитет (до 0,25 мм), а 13-й квалитет точности получим с углом X не более 22°.

5р = аг^ (8м • ео8 X),

X, град

Рис. 5. Влияние угла наклона режущей кромки X на величину отклонения от плоскостности АЯ для установленных высот обрабатываемых деталей при фрезеровании режущей кромкой длиной /н = 60 мм

Аналогично можно провести анализ и по другим длинам режущих кромок, согласовав их при этом с высотами обрабатываемых деталей, и определить необходимый угол X для установленного квалитета точности.

По методике, разработанной профессором Бершадским А. Л. [3], на мощность резания при фрезеровании влияет угол резания 8, зависящий от угла наклона кромки X и определяемый по формуле (4):

где 8р - рабочий угол резания; 8^ - угол резания в нормальном сечении лезвия; X - угол наклона кромки.

При этом с увеличением угла X уменьшается и мощность резания, поскольку уменьшается рабочий угол резания 8р.

Таким образом, можно отметить, что поворот режущей кромки лезвия на угол X до 90° будет способствовать уменьшению мощности резания, однако отрицательным образом влиять на степень точности обработки и в конечном счете степень точности обработки будет критерием при оптимизации угла X.

Заключение. Предлагаемая конструкция фрезы сборной дает возможность изменять угол наклона кромки (угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью) и передний (задний) угол, что позволяет уменьшить составляющие силы резания, повысить полный период стойкости инструмента по критерию качества (отсутствие: сколов при обработке ламинированных древесностружечных плит, отрыва волокон, сколов при обработке древесины). Она позволит решить научно-исследовательскую задачу по оптимизации угла X по показателям качества обработанной поверхности (отклонение от плоскостности) и мощности на резание, а также стать универсальным инструментом при обработке различных видов материалов на деревоперерабатывающих предприятиях.

Литература

1. Цилиндрическая фреза: а. с. № 666080 / Л. В. Лабурдов, А. П. Клубков, А. П. Фридрих; заявитель Белорусский технологический институт им. С. М. Кирова. № 2424015/29-15. Минск: Вышэйшая школа, 1976.

2. Изделия из древесины и древесных материалов. Допуски формы и расположения поверхностей: ГОСТ 6449.3-82. Минск, 1982.

3. Бершадский А. Л., Цветкова Н. И. Резание древесины, Минск: Вышэйшая школа, 1975.

Поступила 28.02.2014