Применение однозубой фрезы при чистовом фрезеровании сложнопрофильных поверхностей тонкостенных заготовок из труднообрабатываемых материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics), 2014, pp. 1-6. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005669.

КОЛЬЦОВ Александр Германович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов. БЛОХИН Дмитрий Андреевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов, студент гр. КТОм-151 факультета элитного образования и магистратуры.

БУГАЙ Иван Анатольевич, ассистент и аспирант кафедры металлорежущих станков и инструментов.

ВАСИЛЬЕВ Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов. НАЗАРОВ Павел Владиславович, ассистент и аспирант кафедры металлорежущих станков и инструментов.

Адрес для переписки: a.g.koltsov75@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 12.10.2016 г. © А. Г. Кольцов, Д. А. Блохин, И. А. Бугай, Е. В. Васильев, П. В. Назаров

УДК 621.95:669.295

Л. С. НИТЕЙСКИЙ Л. В. РЛСЩУПКИН

Омский государственный технический университет

Публичное акционерное общество «Сатурн», г. Омск

ПРИМЕНЕНИЕ ОДНОЗУБОЙ ФРЕЗЫ ПРИ ЧИСТОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТОНКОСТЕННЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ_

Рассмотрены преимущества, св язанные с применением однозубых твердосплавных фрез при чистовом фрезеровании криволинейных поверхностей з аготовок из титановых сплавов. Проанализированы факторы, определяющие возникновение вибрации инструмента в процессе обработки. Н а основе экспериментальных данных произведен анализ п ара метров процесса резания, влияющих н а г еометрические и качественные характеристики обрабатываемой поверхности. Определена специальная для данного вида обработки геометрия концевой фрезы, способствующая уменьшению вибрационной активности в зоне резания, приведены п ара метры обработки. Ключевые слова: титановые сплавы, шероховатость, числовое программное управление, фреза, р адиальная глубина, стойкость инструмента.

Тонкостенное фрезерование труднообрабатываемых материалов на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) характеризуется возникновением технологических проблем, связанных с получением геометрических характеристик искомого профиля и заданных параметров шерохова-§ тости поверхности, обусловленных возникновением вибраций инструмента и заготовки в процессе резания. Стратегия совершенствования станков с ЧПУ, режущего и вспомогательного инструмента оказывает огромное влияние на производственные и технологические процессы современного машиностроения.

Уменьшение влияния негативных характеристик обработки является основной задачей для технологов и инженеров механической обработки, которая успешно решается специалистами ПАО «САТУРН»

г. Омск. Применение специального инструмента успешно реализуется в ответственных работах на фрезерном оборудовании с ЧПУ при обработке жаропрочных и титановых сплавов.

Основной недостаток стандартных концевых фрез заключается в том, что, имея небольшой угол подъема винтовой канавки, они воспринимают большую ударную радиальную нагрузку [1]. Частота периодического силового воздействия фрезы первого порядка на заготовку равняется частоте удара режущего зуба фрезы, т.е. произведению частоты вращения фрезы на число зубьев фрезы. Форма импульсов воздействия зависит от технологических параметров обработки, при этом, как правило, импульсы имеют пилообразную форму (рис. 1а).

Для снижения воздействия гармоник колебаний с частотами, кратными частоте удара зуба, необхо-

Рис. 1

Таблица 1

б

а

Марка инструмента Фактический диаметр*, мм Обороты шпинделя 5, мин-1 Подача на зуб /2, мм/об. Радиальная глубина срезаемого слоя ае, мм Осевая глубина срезаемого слоя ар, мм Номинальный размер, мм t, мкм i, мкм А, мкм

SECO 9,93 6000 0,03 0,05 10 48 35 40 5

SGS 9,97 6000 0,03 0,05 10 48 32 38 6

Однозубая фреза 9,99 6000 0,03 0,05 10 48 23 27 4

SECO 9,95 10000 0,05 0,02 10 47 41 48 7

SGS 9,99 10000 0,05 0,02 10 47 38 45 7

Однозубая фреза 9,99 10000 0,05 0,02 10 47 18 21 3

димо использовать инструмент с минимально возможным количеством зубьев, поэтому рекомендуется в данном случае, при тонком фрезеровании, использовать фрезы с одним или двумя зубьями. Применение подобного инструмента сводит к минимуму действие низкочастотных колебаний на закон вибрационной активности, распространяющейся от инструмента в зоне резания [2].

Для решения этой задачи в попытках совместить достоинства фрезы и резца инженеры предприятия ПАО «САТУРН» (г. Омск) проводили исследования по разработке положительной геометрии инструмента, результатом которых стала однозаходная фреза с малой глубиной винтовой канавки, которая прошлифована под углом 56 — 58 градусов. Угол винтовой канавки для этой фрезы обусловлен материалом заготовки, формой и размером обрабатываемой детали. Задняя поверхность фрезы обладает небольшими шлифованными канавками, предназначенными для вывода и дробления стружки, таким образом защищая фрезу от налипания стружки. Данная фреза является однозубой и обладает значительным преимуществом над другими фрезами, имея при этом большую жесткость и меньшее радиальное биение вследствие упрощенной геометрии. При оптимальных режимах резания и правильной стратегии обработки, фреза имеет большую стойкость по сравнению со стандартными чистовыми фрезами. Это происходит потому, что один из зубьев стандартной фрезы раньше остальных изнашивается, что приводит к ухудшению поверхности и переменной величине срезаемого слоя для обработки последующими зубьями. Как правило, износ происходит по одному зубу, поскольку, при тонком фрезеровании, глубина срезаемого слоя варьируется в пределах от 0,05 до 0,02 мм, то данные ограничения оказывают значительное влияние на протекание процесса резания.

Недостаточная жесткость фрезы приводит к дисбалансу, вследствие чего инструмент начинает воспринимать большие радиальные нагрузки и теряет свойства стабильного резания [3, 4].

Лезвие зуба в процессе обработки вследствие геометрических особенностей при достаточной осевой глубине резания находится в контакте по двум точкам с обрабатываемой поверхностью, что благоприятно действует на стабильность процесса резания [5]. Форма силовых импульсов, оказываемых данным инструментом на заготовку, схематично изображена в виде графика (рис. 1б).

Преимущество однозубой фрезы было выявлено эмпирическим методом, по результатам сравнения качественных и геометрических параметров получаемой поверхности при равных режимах резания. Данные измерений приведены в табл. 1 и на рис. 2 — 3.

В табл. 1 приведены показания измерений геометрической точности поверхностей обработанных цилиндрической частью фрез и отклонения от их номинальных значений. Обработка сплава ВТ-14 производилась наиболее распространенными производителями цельного осевого твердосплавного инструмента. Измерения линейных размеров проводились на двух уровнях относительно осевой глубины резания, чтобы определить радиальное отклонение инструмента в процессе резания. Данные показывают, что процесс фрезерования однолезвий-ным инструментом с рекомендованной геометрией проходит в более стабильных условиях, способствующих снижению сил резания, следовательно, повышающих точность обработки поверхностей.

Прогнозирование результатов тонкого фрезерования титановых сплавов является особо важной составляющей для работы технологов в области точного машиностроения. Проведен ряд измерений, при которых были выявлены наиболее благоприятные области комбинации режимов резания.

Рис. 2

Рис. З

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Используя эти данные, инженер может учитывать прогнозируемую стабильность на протяжении всего цикла чистовой лезвийной обработки. На рис. 4-6

приведены качественные характеристики профиля поверхности, обработанной однозубой фрезой при величине срезаемого слоя осевой t=10 мм и радиальной ap = 0,05 мм, число оборотов шпинделя составляет 800 об./мин, 3000 об./мин и 6000 об./мин соответственно, при пропорциональной радиальной подаче.

Результаты, полученные в ходе эксперимента, сведены в таблицу и представлены в виде схемы (рис. 7), для выбора оптимальных режимов обработки в базовых условиях, которые позволят получить более стабильный результат.

Очевидно, что фрезерование инструментом, который имеет только одну режущую кромку, имеет более стабильные показатели вибрационной активности в процессе резания. Более того, при нежестком закреплении обрабатываемой детали такая фреза снижает вероятность возникновения паразитирующих колебаний в зоне резания, что привело бы к значительным вибрациям всей системы СПИД. Благодаря тому, что фреза оснащена только одним режущим зубом, показатели шероховатости обрабатываемой поверхности при корректном подборе режимов резания могут соответствовать показателям при растачивании.

Однозубые фрезы отличаются относительно высокой стойкостью в процессе тонкого фрезерования труднообрабатываемых материалов — их конструкция исключает неравномерный износ зуба. Неравномерный износ лезвия многозубых фрез приводит к динамическому изменению такого параметра, как «подача на зуб», что, в свою очередь, приводит к резкому повышению радиальной нагрузки на инструмент. Изменение этого параметра способствует снижению точности обработки, повышению вибраций и, как следствие, ухудшению параметров шероховатости и повышенному риску поломки инструмента. Очевидно, что применение режущего инструмента с одним зубом значительно снижает влияние вышеперечисленных факторов.

Вывод. Однозубая фреза менее требовательна к качеству закрепления обрабатываемой заготовки. При нежёстком креплении возникающие при обработке вибрации заготовки на порядок ниже вследствие меньших сил резания и более стабильного процесса фрезерования, которые не оказывают столь разрушительного влияния на фрезу. Кроме того, рациональный выбор режимов резания позволяет легко добиться желаемой шероховатости обрабатываемой поверхности, по этому показателю однозубая фреза практически не имеет себе аналогов.

Библиографический список

Ю. С. Андреев, В. А. Валетов // Трибология и надежность : сб. науч. тр. XI Междунар. конф. / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - СПб., 2011. - № 11. - С. 44-52.

2. Валетов, В. А. Возможные критерии оценки шероховатости обработанных поверхностей / В. А. Валетов // Сб. тр. Ленингр. кораблестроит. ин-та. - Л., 1976. - С. 135-140.

3. Мамаев, И. И. Комплексная оптимизация параметров режущего инструмента / И. И. Мамаев // Станки и инструмент. -1991. - № 2. - С. 11-12.

4. Табенкин, А. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт / А. Н. Табенкин, С. Б. Тарасов, С. Н. Степанов. - СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2007. -136 с.

5. Шагун, В. И. Режущий инструмент / В. И. Шагун. -Мн. : Пион, 2002. - 495 с.

НИТЕЙСКИЙ Антон Сергеевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры инженерной геометрии и САПР Омского государственного технического университета. Адрес для переписки: antongth@gmail.com РАСЩУПКИН Артем Вадимович, инженер-технолог 1-й категории, ПАО «Сатурн», г. Омск. Адрес для переписки: archijoke@mail.ru

1. Андреев, Ю. С. Исследование микрогеометрии поверхности пары трения скольжения в период приработки /

Статья поступила в редакцию 10.10.2016 г. © А. С. Нитейский, А. В. Расщупкин

УДК 622.276.7

В. А. ПЕННЕР

Омский государственный технический университет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СБОРКИ КОНИЧЕСКОГО РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ МУФТЫ И НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЫ_

В статье рассмотрен анализ факторов, влияющих на относительное расположение муфты и насосно-компрессорной трубы (НКТ) при их сборке. Приведены зависимости углов перекосов деталей с резьбовым коническим соединением от глубины ввода и смещения осей («муфта—НКТ»). Представлены зависимости для определения погрешности базирования при установке сопрягаемых деталей на роликовые опоры. Ключевые слова: насосно-компрессорная труба, муфта, погрешности базирования.

Актуальной задачей является установление зависимости процесса обеспечения точности относительного положения собираемых деталей, дающих возможность выявить и количественно оценить влияние основных показателей, характеризующих определенные характеристики оборудования и собираемых деталей [1, 2].

Схема предварительного этапа навинчивания при сборке конического резьбового соединения «муфта -насосно-компрессорная труба» (рис. 1):

1) сопряжение — цилиндрическая выточка муфты — конусная резьба трубы;

2) наживление и навинчивание муфты на конусную резьбу трубы.