CC BY
126
621.9.04;07
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор, (4872)35-21-55,
(Россия, Тула, ТулГУ),
А.В. Степаненко, ассист.,. (4872)33-23-10, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ
Дан анализ возможных схем обработки поверхностей вращения фрезами различных конструкций и схем резания. Показана эффективность замены точения фрезерованием при съеме больших припусков при обработке поковок.
Ключевые слова: автоматизация производственных процессов, точение, сливная стружка, фрезерование тел вращения.
В настоящее время выпуск производственной продукции в машиностроении проходит в условиях отсутствия резервов рабочей силы. Отсюда следует, что сохранение высоких темпов развития возможно только за счет повышения производительности труда.
Рост производительности труда должен происходить одновременно как за счет внедрения прогрессивных технологических процессов, механизации и автоматизации производственных процессов, так и совершенствования организации и управления производством. Эти мероприятия позволят достигнуть существенного роста выпуска изделий с одновременным улучшением их качества и снижением удельных затрат живого труда, средств и времени на выпуск единицы продукции.
Наиболее массовый характер в определенных отраслях машиностроения носит выпуск изделий типа тел вращения, наружная поверхность которых имеет участки с образующими в виде отрезка прямой или дуги окружности (рис.1). Эти цилиндрические, конические и тороидальные участки поверхности могут быть открытыми 1, закрытыми 2 и полуоткрытыми 3,4.
В настоящее время обработка наружного профиля рассматриваемых изделий осуществляется в основном методами точения.
Токарная обработка практически позволяет обрабатывать все без исключения профили. Важными преимуществами точения является простота и сравнительно низкая стоимость применяемого инструмента; простота наладки и обслуживания станков, возможность изготовить на современных станках изделия требуемого качества при достаточно высокой производительности. Процесс точения является непрерывным и выполняется однолезвийным инструментом.
12 3
3 12 4
Рис. 1. Наружные контуры типовых изделий: 1 - открытые
поверхности; 2 - закрытые поверхности; 3,4 - полузакрытые поверхности
Отсутствие эффективных и надежных методов дробления стружки вызывает дополнительные трудности по обслуживанию, как отдельных станков, так и автоматических линий и не обеспечивает их надежной работы.
Совершенствование токарных процессов в течение длительного времени, в частности увеличение их производительности, определяется в основном успехами науки и техники в области совершенствования инструментальных материалов. Однако дальнейшее непрерывное увеличение скоростей резания ставит под сомнение в ряде случаев использование традиционных методов точения.
Имеются примеры [1,2,3] успешной замены токарной обработки поверхностей вращения фрезерованием. К ним следует отнести: фрезерование шеек коленчатых валов [4-6], фрезерование тяжелых и некруглых валов [3], тормозных колодок и накладок и др. В этих примерах замена точения фрезерованием позволяет избежать тяжелых динамических нагрузок при точении на высоких скоростях резания.
Повышение скоростей резания при работе лезвийным инструментом до 20 ... 30 м/сек [7], по-видимому, явится дальнейшим толчком к замене токарных процессов на фрезерные.
Если при этом ориентироваться на традиционные токарные процессы, то следует учитывать, что увеличение скоростей резания примерно на порядок повлечет за собой увеличение частоты вращения шпинделей то-
карных станков на тот же порядок. Само по себе это является сложной технической задачей, которая усложняется еще и тем, что обрабатывать приходится, главным образом, несбалансированные заготовки. Проблема защиты от сливной стружки с повышением скоростей резания также обостряется.
В связи с изложенным правомерными являются изыскания, имеющие целью заменить традиционный процесс токарной обработки фрезерованием. Подобные попытки имели место и раньше. Отечественными и иностранными предприятиями проводились работы по использованию для обработки деталей типа тел вращения процесса фрезерования набором дисковых фрез (способ Rotomille) [8], схема которого представлена на рис.
2. Преимуществом этого процесса является возможность получить наружный контур полностью за одну операцию, выполняемую за одну установку. Существенными недостатками является трудность изготовления и эксплуатации инструмента.
Для процесса характерна значительная активная суммарная длина режущих кромок, одновременно находящихся в работе. Она примерно соответствует длине обрабатываемого контура. Если учесть при этом еще и прерывистый характер работы инструмента, то станет очевидным, что работа подобным инструментом возможна, лишь при весьма высокой жесткости всей технологической системы в целом. Естественным выходом при недостаточной жесткости является снижение круговых подач. Однако при этом процесс становится непроизводительным.
В известных литературных источниках [8] не поясняется, вследствие каких причин метод Rotomille не получил практического распространения. Можно предположить, что решающую роль в этом сыграли указанные выше недостатки.
За последние годы была проделана большая работа по созданию и внедрению нового оборудования, прогрессивных высокопроизводительных конструкций режущего инструмента, в частности фрез, обеспечивающих значительное повышение производительности и точности обработки. В результате проведения этой работы изменились оптимальные режимы резания, периоды стойкости инструментов, затраты времени, связанные с эксплуатацией режущего инструмента.
Рис. 2. Схема обработки поверхностей вращения по способу ЯМотШв
В этих изменившихся условиях для выбора рационального варианта обработки необходимо располагать дополнительными данными, которые позволят решить вопрос о целесообразности использования фрезерных процессов для обработки тел вращения. При этом необходимо учитывать, что фрезерование имеет ряд существенных преимуществ. В частности, при фрезерных процессах резание осуществляется многолезвийным инструментом, что в принципе позволяет уменьшить составляющую погрешности, вызванную размерным износом инструмента, т.е. повысить размерную стойкость инструмента. Кроме того, при фрезеровании резание является прерывистым, что исключает образование длинных стружек, а это улучшает условия работы оператора; облегчает удаление и транспортировку
стружки, облегчает обслуживание станков и автоматических линий; повышает надежность работы автоматического оборудования и облегчает комплексную автоматизацию технологического процесса.
Круговое фрезерование тел вращения может производиться по схемам внутреннего и внешнего касания заготовки и инструмента. При работе по схеме внутреннего касания (рис.3, схема "a") значительно увеличивается длина контакта резцов фрезерной головки с заготовкой. Это позволяет по сравнению со схемой внешнего касания увеличить подачу на зуб (рис.
3, схема "б") и, в конечном счете, производительность инструмента. Однако применение схемы внутреннего касания при обработке тел вращения диаметром свыше 50 ... 60 мм встречает определенные затруднения ввиду необходимости пропустить заготовку через полый шпиндель инструмента. С увеличением обрабатываемого диаметра эти трудности возрастают, и схема внешнего касания оказывается практически единственно приемлемой.
Схема "б" внешнего касания (схема Rotomille) не нашла широкого применения по причинам, указанным ранее, хотя в тяжелом машиностроении она практически реализована, в частности, при обработке сравнительно нешироких шеек коленчатых валов [4-6].
Фрезерование наружных поверхностей тел вращения можно также осуществить по схеме тангенциального касания цилиндрической или торцовой фрезами (рис. 3, схемы "в" и "г" ), оси которых скрещиваются с осью обрабатываемой заготовки.
Все перечисленные процессы разрабатывались в различных условиях. Это затрудняет сопоставление результатов, полученных разными исследователями, и не позволяет принять обоснованное решение по выбору рациональной схемы обработки конкретных поверхностей вращения. Российские ученые в последнее время уделяли большое внимание развитию процессов фрезерования тел вращения [9-11].
Сопоставление различных процессов в принципе целесообразно проводить на основе кинематического анализа способов обработки [12]. Однако такой анализ не проводился применительно к типовым изделиям отрасли. Это означает, что для предварительной оценки возможностей различных процессов необходимо провести анализ, учитывающий конструктивные особенности изделий отрасли.
а
Рис. 3. Схемы фрезерования поверхностей вращения: а — дисковой фрезой; б — охватывающей головкой; в — цилиндрической фрезой; г — торцовой фрезой
При кинематическом анализе сложно учесть все реальные условия протекания процесса. Поэтому выбранный на основе кинематического анализа процесс должен быть экспериментально проверен и исследован.
На основании изложенного можно считать актуальной и важной задачей выбор и исследование способа фрезерования наружных поверхностей тел вращения, обеспечивающего повышение производительности и точности обработки, а также надежности оборудования.
Список литературы
1. А.с. 3I9380 (CCCP). Способ токарной обработки/ Опубл. в Б.И.,
1971.
2. А.с. 346029 (СССР). Способ механической обработки/ Опубл. в Б.И., 1972, № 23.
3. Полехин B.C. Исследование торцовых головок для точения длинных валов: Новые технологические процессы в машиностроении: сборник науч. трудов. М., 1971. С.11-12.
4. High Speed crankshaft milleer-Iron Age Metallwork Int. 1973. № 12. № 5. C.35-36.
5. Kuljanic Elso, Merchant M. E. An ivestigation of wear in single-tooth and multi-tooth milling // GIRP. 1973. 22. № 1. P. 133-134.
6. Rohs H.G. Wirbeln von Kurbelwellen // Werkstatt und Betrleb. 1972. 105. № 9. Р.633-636.
7. We^ Charles. Future of material a delphi foresanst // Manuf. Eng. (USA) 1977. 79. № 1. Р.59-60.
8. Технология механической обработки артиллерийских снарядов. М.: Оборонгиз, 1948. 658 с.
9. Полетаев В.А., Волков Д.И. Особенности стружкообразования при фрезеровании и фрезоточении тел вращения // Инженерный жур-нал.2001.№7. С. 18-21.
10. Полетаев В.А. Конструктивные особенности приводов подач станков для кругового фрезерования //Инженерный журнал. 2001. №8. С.63-64.
11. Созинов А.И., Котляров А.Я., Совиель В.В. Торцовое фрезерование заготовок валов из труднообрабатываемых материалов // Авиационная промышленность. 1979. №9. С. 29.
12. Этин А.О. Кинематический анализ методов обработки металлов резанием. М.: Машиностроение, 1964. 324 с.
M.V. Gryazev, A.V. Stepanenko
PROMISING TREATMENT TECHNOLOGIES of surfaces SPEED MILLING The article analyzes the possible schemes of treatment of surfaces of rotation of milling of diverse designs and cutting schemes. The efficiency of the replacement for milling turning renting large allowances for the processing of forgings.
Key words: automation of production processes, turning, drain chips, milling bodies of revolution.
Получено 10.02.10
