Анализ методов фрезерования глубоких кольцевых пазов дисковой фрезой

Анализ методов фрезерования глубоких кольцевых пазов дисковой

фрезой

Ю.В. Иванов, Ю.Н. Скорская Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Аннотация: в статье рассмотрен один из способов обработки глубоких пазов на роторе турбины дисковой фрезой, проанализированы параметры срезаемого слоя, определены режимы обработки и основное технологическое время.

Ключевые слова: методы фрезерования, параметры срезаемого слоя, максимальная толщина среза, режимы резания, силы резания, основное технологическое время обработки.

Фрезерование глубоких пазов на валах турбин можно реализовать двумя способами [1-5]:

1. Фрезерование дисковой фрезой с круговой подачей на всю глубину

паза.

2. Фрезерование дисковой фрезой одновременно с круговой и радиальной подачами.

Кинематический анализ подобных схем обработки рассматривался в литературе [6].

Анализ первого способа был проведен ранее [7-10]. В данной статье рассматривается второй способ обработки, при котором инструмент -цилиндрическая фреза не получает предварительного врезания на всю глубину припуска, а в течение всего времени обработки совершает добавочное равномерное движение к центру детали - радиальную подачу (рис.1).

Движение резания обеспечивается вращением фрезы, движения подачи - круговое обеспечивается вращением детали, радиальное - перемещением фрезы к центру детали. Траекторией относительного перемещения инструмента является спираль Архимеда с шагом Б0.

Учитывая указанные общие и отличительные особенности двух способах обработки [3], были получены выражения для определения основных параметров данного процесса:

СОБ0 = 1 -

^

с1

а

п„ • 2п

пв • г

2

(г + Я - £)вш0.

п „ • 2п

а =

тах

пв •2

(г + Я - Бо )вш

агссоБ

1 -

^

г + У

а

2

где $>о - осевая подача; - - величина припуска.

Рис. 1. Схема фрезерования дисковой фрезой с круговой и радиальной подачей

Поиск режимов резания производился аналогично случаю с обработкой на всю глубину припуска по допустимому значению amax. Величинами,

подлежащими определению, являлись nA и So. Радиальная подача в данном

случае соответствовала глубине резания. С помощью программой Mathcad был получен график зависимости осевой подачи и основного технологического времени от частоты вращения детали при условии amax = 0,7 мм (рис. 2).

150140130120110 ш

9Ü-

ЩЩ0 SD.

6050403020-lü-

\

\

\

1.2 0 .3 0.4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 О .9 1.1 1 .2 1 .3 1 .4 1.5

ш

Рис. 2. График зависимости радиальной подачи и основного технологического времени от частоты вращения детали

Чем меньше частота вращения заготовки, тем больше осевая подача и меньше основное время обработки. В случае с радиальной подачей, ограничивающим фактором являлась величина подачи за оборот. Как видно из графика, максимальная производительность достигается при минимальной частоте вращения детали (пА = 0,3 мин-1) и максимальной подачи станка = 115 мм/об). С учетом данных полученных при первом способе обработки

[7], когда глубина резания не должна превышать 33мм, назначили частоту вращения заготовки пл = 0,6 мин-1. При этом радиальная подача составила

около 26 мм/об.

Ближайшая меньшая подача по станку составила Бо = 21 мм/об., для которой были определены подача на зуб фрезы:

/ -

п • Я

V 2

пв • 2

Л огпЛ

п 2 • 3,14 •

"л

464,5

297

• 0,3

22

Б7 =-^-^-=-^--= 0,635 мм/зуб.

7 25•75

- 297

и основное время обработки: -о =-=--0,3 = 23,57 мин.

о £ • п. 21 • 0,6

о Л ?

Таким образом, способ фрезерования с круговой и радиальной подачами являлся более производительным. Основное время при этом равнялось 23,57 мин., а в способе только с круговой подачей основное время составляло 32,58 мин. Также способ фрезерования с круговой и радиальной подачами более прост в реализации, т. к. достаточно включить вращение шпинделя и радиальную подачу. В случае же с круговой подачей, необходимо предварительное врезание на глубину обработки, остановка, включение оборотов шпинделя и вновь остановка после полного оборота детали.

Большое значение для плавности и стабильности процесса, надежности работы станка и инструмента является равномерность фрезерования. Поэтому был проведен анализ равномерности фрезерования.

Для данного метода, определили число зубьев, одновременно находящихся в работе:

7 = 2 • (/ + Ь) 2 •п • г

где / - длина дуги контакта;

Ь - ширина среза, снимаемого каждым зубом.

/ = £7 ' £0

а

где аср - среднее значение толщины срезаемого слоя [6].

а

£7 ^ £0

ср

в• V •1000

V 2 п пв у

где в - угол контакта.

+

£7 2

в = arccos

£

й

2

в = arccos

21

^^ 297 + 21, 335

2

= 16,017°

0,635 • 21

а =

ср

16,017 • 112,225 • 1000 2 • 3,14 • 25

+

0,635

= 0,067 мм.

2

0,635 • 21

/ =-=200,2 мм.

0,067

7 = 75 •Ж + 25) =3,76.

2 • 3,14 • 715

Следовательно, в работе одновременно участвуют поочередно то три, то четыре зуба, что обеспечивает достаточную равномерность фрезерования [3,8].

Литература

1. Иванов Ю.В., Скорская Ю.Н. Экономическая целесообразность применения новых методов обработки и проектирования оборудования для их реализации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. -2011. -

спец. выпуск. «Актуальные проблемы управления машиностроительными предприятиями». - с. 270-278.

2. Иванов Ю.В., Скорская Ю.Н. Режимы резания и эффективность новых методов обработки // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: Материалы 13-й международной научно-практической конференции 12-15 апреля 20011года. Часть 1. - С.П.: Изд-во Политехнического университета, 2011. - С.345-355.

3. Litvin F.L. Theory of Gearing // NASA References Publication 212, AVSCOM Technical Report 88. Washington, D.C., 1989. р. 620.

4. Созинов А. И., Иванов Ю.В., Строшков А.М. Фрезерование крупных заготовок из труднообрабатываемых сплавов // Станки и инструмент. - 1991. - №2. - с. 15-17.

5. Ермаков Ю.М. Комплексные способы эффективной обработки резанием: Библиотека технолога. - М.: Машиностроение, 2003. - 272 с.

6. Этин А.О., Юхвид М.В. Кинематический анализ и выбор эффективных методов обработки лезвийным инструментом. - М.: АО ЭНИМС, 1994. - 240 с.

7. Иванов Ю.В., Скорская Ю.Н. Анализ процесса фрезерования специальной фрезой торцевых поверхностей дисков // Инженерный вестник Дона, 2016, №4 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3914.

8. Иванов Ю. В. Исследование и разработка процесса фрезерования поверхностей вращения заготовок из титановых сплавов: дис. канд. тех. наук: 05.03.01. М., 1993. 280 с.

9. Иванов Ю.В., Скорская Ю.Н. Анализ процесса фрезерования специальной фрезой торцевых поверхностей дисков // Инженерный вестник Дона, 2015, №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3422.

10. Eckstein u. Sorge K. - P. Drehfräsen - ein Bearbeitung sverfahren mit grober Anwendung Sbreite//Werkstatt und Betried. - 1981. - № 3. -ss. 181-182.

References

1. 1. Ivanov Yu.V., Skorskaya Yu.N. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Mashinostroenie. 2011. spets. vypusk. «Aktual'nye problemy upravleniya mashinostroitel'nymi predpriyatiyami», pp. 270-278.

2. Ivanov Yu.V., Skorskaya Yu.N. Tekhnologii remonta, vosstanovleniya i uprochneniya detaley mashin, mekhanizmov, oborudovaniya, instrumenta i tekhnologicheskoy osnastki ot nano- do makrourovnya: Materialy 13-y mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii 12-15 aprelya 20011 goda. Chast' 1. S.P.: Izd-vo Politekhnicheskogo universiteta, 2011. pp.345-355.

3. Litvin F.L. Theory of Gearing. NASA References Publication 212, AVSCOM Technical Report 88. Washington, D.C., 1989. p. 620.

4. Sozinov A. I., Ivanov Yu.V., Stroshkov A.M. Stanki i instrument. 1991. №2. pp. 15-17.

5. Ermakov Yu.M. Kompleksnye sposoby effektivnoy obrabotki rezaniem: Biblioteka tekhnologa. M.: Mashinostroenie, 2003. p 272. [Ermakov Y.M. Complex methods for the effective cutting: technology library.].

6. Etin A.O., Yukhvid M.V. Kinematicheskiy analiz i vybor effektivnykh metodov obrabotki lezviynym instrumentom. M.: AO ENIMS, 1994. p 173. [Kinematic analysis and selection of effective methods of machining by an edge cutting tool.].

7. Ivanov Yu.V., Skorskaya Yu.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3914.

8. Ivanov Yu. V. Issledovanie i razrabotka protsessa frezerovaniya poverkhnostey vrashcheniya zagotovok iz titanovykh splavov: dis. kand. tekh. nauk: 05.03.01. M., 1993. p 280. [Research and development process of milling

surfaces of revolution billets of titanium alloys: dis. cand. technical Sciences: 05.03.01].

9. Ivanov Yu.V., Skorskaya Yu.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3422.

10. Eckstein u. Sorge K. - P. Drehfräsen - ein Bearbeitung sverfahren mit grober Anwendung Sbreite. Werkstatt und Betried. 1981. № 3. ss. 181-182.