CC BY
17
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 -
^ (в - -)
с1 (г + Я - )
а
п„ • 2п
пв • г
2
(г + Я - £)вш0.
п „ • 2п
а =
тах
пв •2
(г + Я - Бо )вш
агссоБ
1 -■
^ (в - -)
г + У
а (г + я-^о)
2
где $>о - осевая подача; - - величина припуска.
(1)
(2)
(3)
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
£ (я - -)
й(г + Я - )
2
(4)
в = arccos
21(929 - 297)
^^ 297 + 21, 335(715 + 464,5--)
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.
