Оценка работоспособности сборного многолезвийного твердосплавного инструмента на фрезерных станках с ЧПУ

УДК 621.9

А.Л. Плотников, Е.Г. Крылов

ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СБОРНОГО МНОГОЛЕЗВИЙНОГО ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

Проанализированы причины недостаточной надежности сборного многолезвийного твердосплавного инструмента на фрезерных станках с ЧПУ; предложена методика назначения режимов обработки на фрезерных станках с ЧПУ на основе оперативной оценки свойств инструментальных и обрабатываемых материалов; приведено описание скорректированной математической зависимости для определения допустимой скорости фрезерования на основе измерения величины термоЭДС контактируемой пары.

A.L. Plotnikov, E.G. Krylov

EVALUATION OF SERVICEABILITY ASSEMBLED MULTIEDGED HARD ALLOY CUTTING TOOL ON MILLING MACHINES WITH NUMERICAL CONTROL

In this article the reasons of ineffective reliability of assembled multiedged hard alloy cutting tool on milling machines with numerical control were analyzed; the technique of mode cutting purpose on milling machines with numerical control on the base of operative property evaluation of instrumental and machining materials was suggested; the description of corrected mathematical relationship for determining of approved rate of milling on the base of magnitude of engagement pair thermo-emf determination was also offered.

Основной технологической величиной, влияющей на надежность и производительность процесса резания, его качественные характеристики, является скорость резания. В настоящее время расчет скорости резания для фрезерных станков с ЧПУ ведется по методике, разработанной применительно к универсальным станкам.

Допустимая скорость резания при фрезеровании стальных заготовок твердосплавным инструментом определяется по формуле [1]:

Су

К =---------у—ф-----------Ки  Км  К р  КС  Кп , м/мин ,

д Тт . 1Х¥ . $Уу . £пу . В2У и м Р ГС п V ;

где Су - коэффициент, определяющий некоторые постоянные условия резания; Оф -диаметр фрезы, мм; Т - стойкость фрезы, мин; (- глубина фрезерования, мм; В - ширина фрезерования, мм; 2 - число зубьев фрезы; В - ширина фрезерования, мм; ду, т, Ху, уу, пу, гу - показатели степени при диаметре фрезы Оф, стойкости Т, глубине фрезерования X, подаче на зуб £2, числе зубьев г и ширине фрезерования В соответственно; Ки -поправочный коэффициент на марку твердого сплава; Км - поправочный коэффициент на прочностные свойства обрабатываемой стали; Кр - поправочный коэффициент на

Отформатировано: Автор, По левому краю, Отступ: Первая строка: 0 см, Междустр.интервал: одинарный

Отформатировано: Заголовок статьи, По левому краю,

Междустр.интервал: одинарный

величину угла ф режущего зуба (пластинки); Кгс - поправочный коэффициент, учитывающий жесткость системы (для станков с автоматической сменой инструмента Кге=0,85; без автоматической смены инструмента Кге=0,9); Кп - поправочный коэффициент на состояние поверхности заготовки (прокат без корки, с коркой, отливка и т.п.).

Недостатком данного математического выражения (1) при определении допустимой скорости фрезерования (при заданной стойкости Т, глубине фрезерования /, подаче на зуб & и постоянных геометрических параметрах торцовой фрезы) является то, что в нем априорно принимается постоянство режущих свойств твердосплавных пластин в комплекте фрезы и одинаковость физико-механических и химических свойств партии поставки стальных заготовок.

На рисунке представлены данные о разбросе термоэлектрических свойств и стойкости твердосплавных режущих пластин марки Т15К6 (ГОСТ 19044-80, 01114, 015,875 мм) при обработке стали 40Х2НМА на режимах резания Г=120 м/мин, 5=0,4 мм/об, /=1 мм и данные о распределении содержания углерода в 85 промышленных партиях поставки стали 45. В качестве оценочной характеристики режущих свойств твердосплавных пластин использована величина термоЭДС пробного прохода [2].

8 9 10 11 12 13 Б, мВ

Разброс термоэлектрических свойств и стойкости партии твердосплавных пластин марки Т15К6

0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 С, %

Распределение содержания углерода в партиях поставки стали 45

Разброс термоэлектрических свойств и стойкости твердосплавных пластин марки Т15К6 и распределение содержания углерода в партиях поставки стали 45

Как видно из рисунка, при назначении допустимой скорости фрезерования по формуле (1) не учитываются все возможные сочетания свойств стальных заготовок и режущих свойств твердосплавных пластин. Коэффициенты Су, Ки, Км в формуле (1) взяты как постоянное осредненное значение из диапазона свойств твердосплавных пластин и свойств стальных заготовок внутри их марочных составов. На практике разброс режущих свойств твердосплавных пластин и обрабатываемости сталей может привести к различным вариантам сочетаний контактируемых материалов: высокой стойкости

инструмента и ухудшенной обрабатываемости заготовки и наоборот.

Для фрезерных станков с ЧПУ неоднородность режущих свойств твердосплавных пластин снижает надежность процесса резания и приводит к вынужденным простоям для замены изношенного раньше времени инструмента, которые составляют более 50% от времени всех простоев автоматизированного оборудования [3].

Первопричина преждевременного износа многолезвийного инструмента заключается в отказе его отдельных режущих кромок. Собранные в случайной последовательности в одном комплекте твердосплавные пластины с различными режущими свойствами имеют при постоянных режимах резания различную интенсивность износа. Пластинки с содержанием свободного графита (высокое значение термоЭДС) уже в период приработки имеют большой размерный износ. Объем металла, снимаемый этими пластинками, уменьшается с каждым оборотом фрезы, в то время как остальные зубья испытывают увеличенные силовые и температурные нагрузки, что в итоге приводит к увеличенному износу, а иногда и сколу. Совокупную стойкость фрезы в этом случае определяет пластина (группа пластин) с пониженными режущими свойствами.

Колебание процентного содержания элементов внутри марочного состава стали приводит к двукратному изменению прочности и теплопроводности, которые с точки зрения обрабатываемости являются интегральными показателями, определяющими контактные нагрузки на режущее лезвие инструмента, интенсивность тепловыделения и износа инструмента в задаваемый период его надежной работы.

В этой связи для обеспечения надежной и производительной работы фрезерных станков с ЧПУ в автоматическом режиме предлагается использование скорректированной математической модели выбора скорости резания, которая дает возможность оперативного учета изменяющихся условий резания.

Для учёта неоднородности свойств инструментального и обрабатываемого материалов разработан метод автоматизированного определения допустимой скорости резания на основе измерения термоЭДС пробного прохода на строго фиксированных режимах обработки (У=100 м/мин, 5=0,1 мм/об, 1=1 мм [4].

(625 - 24,7Е )•

Уд =------------------ , м/мин ,

д • 1ху • • Б2у • Е0,24

где Е- максимальная величина термоЭДС твердосплавной режущей кромки из набора фрезы, выявленная аппаратным способом в условиях пробного прохода фрезы по стальной заготовке при полной ширине симметричного фрезерования, мВ.

Отличительной особенностью формулы (2) является то, что в ней оперативно учитываются сочетание свойств режущего инструмента и обрабатываемость стальных заготовок по термоЭДС пробного прохода как переменная функция С=(625-24,7Е). Метод автоматизированного выбора допустимой скорости резания при фрезеровании рассчитан на диалоговую форму подготовки режимной части управляющей программы и наличие в системе ЧПУ специального блока или внешней ЭВМ, реализующих алгоритм

определения скорости резания. Диалог осуществляется оператором на основе данных технологического процесса и ручного ввода параметров фрезерной обработки.

Для оценки правильности выбранных режимов резания и полноты использования ресурса инструмента может служить коэффициент неравномерности стойкости режущих зубьев фрезы Кт. В отличие от коэффициента неравномерности по фаскам износа [4], который можно определить только после снятия фрезы со станка, коэффициент неравномерности стойкости определяется до начала обработки (в условиях пробного прохода путём обратного пересчёта стойкости пластин) как отношение максимальной стойкости твердосплавной пластины Ттах к минимальной Тщт по формуле (3):

Т

Кт = -Т^

тт

Численное значение коэффициента, лежащее в интервале 1,0<КТ<1,5, может считаться приемлемым для удовлетворительной оценки условий работы фрезы.

Метод автоматизированного определения допустимой скорости резания на основе измерения термоЭДС зоны резания может быть использован в работе фрезерных станков с диалоговыми системами ЧПУ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

2. Патент № 2063307 Россия, С1 В 23 В 25/06. Способ определения допустимой скорости резания при механической обработке детали твердосплавным инструментом / А.Л. Плотников. № 94010673/08; Заявлено 29.03.1994; Опубл. Бюл. № 19, 1996.

3. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве / В.К. Старков. М.: Машиностроение, 1989. 296 с.

4. Патент № 2203778 Россия, С1 В 23 В 25/06. Способ контроля состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов / А. Л. Плотников, А. А. Василенко.

№ 2001106305/02; Заявлено 05.03.2001; Опубл. Бюл. № 13, 2003.

Плотников Александр Леонтьевич -

доктор технических наук,

профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов»

Волгоградского государственного технического университета

Крылов Евгений Геннадьевич -

аспирант кафедры «Автоматизация производственных процессов»

Волгоградского государственного технического университета