Проектирование и изготовление концевых фрез снижающих вибрации при высокоскоростном фрезеровании

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СНИЖАЮЩИХ ВИБРАЦИИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Известно, что процесс фрезерования представляет собой прерывистое резание и сопровождается колебаниями инструмента и заготовки, которые приводят к увеличению абсолютного значения параметров шероховатости, снижению точности обработки и отрицательно влияют на стойкость инструмента.

Особенностью современных процессов фрезерования в машиностроении является увеличение частот вращения режущего инструмента с целью увеличения производительности при обработке деталей.

Высокие скорости резания сопровождаются изменением физико - механических процессов в зоне резания и динамических процессов в станочной системе. Поэтому снижение вынужденных колебаний (вибраций) при фрезеровании на высоких скоростях (более 150 м/мин) является актуальной задачей современной инструментальной промышленности.

Современная мировая индустрия по производству режущего инструмента с приходом на рынок современного многокоординатного шлифовально-заточного оборудования находится в условиях жесткой конкуренции. Вышеуказанное оборудование позволяет без значительных знаний и пониманий процессов проектирования и производства выпускать режущий инструмент стандартных позиций, таких как концевые фрезы.

Такое оборудование на 99% выпускается вне границ России и предполагает применение зарубежного специализированного программного обеспечения, которое не позволяет в полной мере управлять всеми геометрическими параметрами проектируемого и изготавливаемого инструмента[1]. Это обусловлено тем, что сами западные фирмы активно импортируют режущий инструмент на территорию РФ и на этом зарабатывают хорошие деньги.

Так некоторое время назад на машиностроительные предприятия (в том числе и оборонно - промышленного комплекса) стали поставляться и активно внедрятся в технологические процессы концевые фрезы со специаль-

Истоцкий Владислав Владимирович

к.т.н., г. Тула

ной геометрией режущей части, позволяющей, по заявлению производителей, снизить вибрации при работе и повысить производительность.

Основными конкурентами на этом направлении были фирмы ISCAR (с названием геометрии VariMill), Guhrind (с названием геометрии RF10VA), SGS (с названием геометрии Z-CARB).

Остальные производители инструментов концевые фрезы с такой геометрией не поставляли. Это связано с тем, что установленное на шлифовально-заточных станках с ЧПУ программное обеспечение не позволяло выпускать такие инструменты, а фирмы поставщики программного обеспечения не торопились его продавать.

Рассмотрим подробнее конструктивные отличия обычных концевых фрез и концевых фрез, названных автором как инструменты с модернизированной режущей кромкой (МРК, латинское название Variable Cutting Edge - VaCutEdge. Указанные названия проходят процедуру па-тентирования).

На рис. 1 показаны развертки режущей части концевой фрезы с различными способами нарезки зубьев.

На рис. 1а показана развертка рабочей части длиной l традиционной четырёхзубой концевой фрезы с углом подъёма спирали ю° на каждом зубе. Из рисунка понятно, что каждый последующий зуб производит резание с периодом а, относительно предыдущего.

На рис. 1б показана развертка рабочей части длиной l четырёхзубой концевой фрезы с постоянным углом подъёма и° для каждого зуба, но со смещением окружного шага зубьев на величину ф. Значения смещения окружного шага могут быть регламентированы [4], или определены экспериментально для обработки специального материала. Из рисунка понятно, что периодичность врезания зубьев (сечения S-S и S1-S1) инструмента в обрабатываемый материал имеет периодичность b и c (соответственно для каждой пары зубьев).

а)

б)

в).

Рис. 1. Развертка рабочей части концевой фрезы.

В СССР такие инструменты назывались концевыми фрезами с неравномерным окружным шагом.

На рис. 1в показана развертка рабочей части длиной l четырёхзубой концевой фрезы типа VaCutEdge.

Основным отличием фрез типа VaCutEdge от фрез с переменным окружным шагом является то, что каждая пара зубьев (для инструментов с четным числом зубьев) имеет угол подъёма режущей кромки ю° и ю°+5° соответ-свенно (сечения S-S и S1-S1), что в свою очередь обеспечивает периодичность d, e, f, g. Для инструментов с нечетным числом зубьев каждая режущая кромка имеет свое смещение 5°. Величины смещения окружного шага ф и угла подъёма 5° представляют "know how" любого производителя и определяются исходя из геометрической состоятельности режущей части (применением виртуальных аналогов шлифовально-заточных станков с ЧПУ) [3] и эмпирическими зависимостями справедливыми для различных материалов. В СССР такие фрезы в 60х...70х годах прошлого века изучались в Тульском политехническом институте под руководством проф. В.Ф. Боброва. Они получили название фрез с переменным наклоном режущей кромки.

Проектирование фрез с геометрией VaCutEdge представляет определенную сложность и возможно только с применением виртуального аналога шлифо-вально-заточного станка с ЧПУ [2]. 3D модель инструмента, спроектированного с применением разработанного автором статьи отечественного программно- методического комплекса, показана на рис. 2а.

На рис. 2б показано фото изготовленного и подвергнутого сравнительным испытаниям инструмента.

До проведения сравнительных испытаниях для обработки ряда легированных сталей были проведены работы по подбору величин смещения окружного шага и угла подъёма режущей кромки.

В качестве оборудования применялся вертикально-фрезерный станок с ЧПУ с мощностью шпинделя 7,5 кВт и максимальной частотой вращения шпинделя 15000 мин-1 В качестве измерительной аппаратуры применялись специальные датчики вибрации с частотным диапазоном 0,5.30000 Гц, специализированное программное обеспечение фирмы National Instrument и персональный компьютер для обработки полученной информации.

а). 3-Э модель фрезы б). Фотография фрезы

Рис. 2. Концевая фреза с геометрией VaCutEdge.

В качестве режущего инструмента применялась концевая фреза 010 мм, числом зубьев 2=4 производства ООО НПП "РИТ-Инжиниринг" с технологией нарезки режущей части VaCutEdge. Скорость резания при обработке составляла 160 м/мин, подача на зуб Sz=0,07 мм, глубина резания t=2мм, ширина резания В=20 мм.

Проведение измерений сил резания, при работе вышеуказанной фрезой, позволило зафиксировать их снижение до 14%.

Известно, что при фрезеровании имеет место упругое смещение (отжатие) режущего инструмента от обрабатываемой поверхности, что представляет собой

размерную погрешность обработки. По результатам проведения измерений оказалось, что концевые фрезы VaCutEdge снижают усилия резания и уменьшают размерные погрешности при высокоскоростном фрезеровании почти на 18% (см. графики на рис. 2).

Таким образом, практически доказано, что применение концевых фрез с переменной режущей кромкой целесообразно применять при высокоскоростном фрезеровании.

Выпуск такого инструмента требует более тщательной подготовки производства (получение параметров

смещения исходя из геометрической состоятельности инструмента), и несколько усложняет настройку технологического оборудования на выпуск партии, а также усложняет контроль качества изготовленного инструмента, но это с лихвой окупается в процессе его эксплуатации.

Подводя итог вышесказанному можно сказать, что отечественный производитель режущего инструмента в лице ООО НПП "РИТ-Инжиниринг", создал конкурентно-способный современный аналог, отвечающий последним требованиям, предъявляемых к режущим инструментам для высокоскоростной обработки.

Смешение инструмента, s а). обычная концевая фреза.

0 0 10 20 30 4

Смешение инструмента, мкы

б). фреза с геометрией VaCutEdge.

Рис. 2. Траектория смещения (отжим) концевой фрезы при обработке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Истоцкий В.В. Формирование режущей части фасонных борфрез с применением шлифовально-за-точных станков с ЧПУ: Дис. канд. техн. наук: 05.03.01: Тула, 2005 124 е., 61:05-5/4083.

2. Истоцкий В.В., Протасьев В.Б. Проектирование режущей части фасонных инструментов с использованием виртуальных аналогов шлифовально-заточ-ных станков с ЧПУ, основанных на положениях булевой алгебры// Известия ТулГУ. Вып.2: Труды Междунар. юбил. научн.-техн. конф. "Проблемы

формообразования деталей при обработке резанием", посвящ. 90-летию со дня рождения С.И. Лашнева, 29-30 января 2007 г. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006.-(Инструментальные и метрологические системы). с. 170-174.

3. Протасьев В.Б., Истоцкий В.В. Проектирование фасонных инструментов, изготавливаемых с использованием шлифовально-заточных станков с ЧПУ. -М.: ИНФРА -М. 2011 - 128с. -(Научная мысль).

4. Фрезы концевые твердосплавные. Технические условия. ГОСТ 18372-73

АНАЛИЗ ЭФФЕКТА СИНЕРГИЗМА В КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ Ni-B-ПОКРЫТИЯХ

Балакай Владимир Ильич

Д-р техн. наук, профессор Иванов Валерий Владимирович

Канд. хим. наук, доцент

Южно-Российского государственного политехнического университета им. М.И. Платова, Новочеркасск ANALYSIS OF SYNERGIC EFFECT IN COMPOSITIONAL ELECTROLITIC Ni-B-COATINGS

Balakai V.I., D in Technique, professor, Platov South-Russian state polytechnic university (Novocherkasskpolytechnic institute), Novocherkassk

Ivanov V.V., PhD in Chemistry, associate professor, Platov South-Russian state polytechnic university (Novocherkassk polytechnic institute), Novocherkassk