CC BY
7УДК 621.914.1 Ежкова А.Д., Шкарин К.Н.
Ежкова А.Д.
магистрант 1 курса направления подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Рязанский филиал Московский политехнический университет (г. Рязань, Россия)
Шкарин К.Н.
студент 2 курса направления подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» Комоленский филиал Московский политехнический университет (г. Коломна, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ ТРОХОИДАЛЬНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ В МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
Аннотация: в статье поднимается тема применения высокопроизводительного метода обработки - трохоидального фрезерования.
Ключевые слова: трохоидальное фрезерование, силы резания, стойкость инструмента.
Металлообработка - это комплекс технологических процессов, направленных на изменение формы, размеров и свойств металлических заготовок с целью получения готовых деталей и изделий. В данной статье мы рассмотрим один из вариантов механической обработки.
Трохоидальное фрезерование - это метод обработки материалов, который позволяет улучшить эффективность резания и продлить срок службы инструмента за счет использования определенных траекторий резания.
В отличие от традиционного фрезерования, где фреза движется по прямолинейной траектории, при трохоидальном фрезеровании инструмент перемещается по сложной, похожей на трохоиду, траектории. Это позволяет значительно улучшить качество поверхности, снизить силы резания и увеличить стойкость инструмента.
Основные преимущества трохоидального фрезерования:
- Повышенное качество поверхности: Из-за плавного движения инструмента, поверхность детали получается более гладкой, с меньшим количеством следов от обработки. Это особенно важно при обработке деталей с высокими требованиями к точности и чистоте поверхности.
- Снижение сил резания: Плавная траектория движения фрезы уменьшает пиковые нагрузки на инструмент и станок, что приводит к снижению вибраций и повышению стабильности процесса обработки.
- Увеличение стойкости инструмента: Меньшие силы резания и более равномерное распределение нагрузки на режущие кромки фрезы увеличивают её срок службы.
- Повышение производительности: Несмотря на более сложную траекторию движения, трохоидальное фрезерование может быть более производительным, чем традиционное, за счет оптимизации параметров резания и уменьшения времени на обработку.
- Возможность обработки труднообрабатываемых материалов: Снижение сил резания позволяет эффективно обрабатывать материалы с высокой прочностью и твердостью.
Однако, трохоидальное фрезерование имеет и некоторые недостатки:
- Требуется специальное программное обеспечение: Для программирования траектории движения фрезы необходимо использовать
специализированное CAM-программное обеспечение, которое умеет генерировать трохоидальные траектории.
- Более высокая стоимость инструмента: Трохоидальные фрезы обычно стоят дороже, чем стандартные.
При традиционном фрезеровании паза, фреза удаляет материал на ширину равному полному диаметру фрезы, поэтому величина подачи на зуб соотносится со скоростью перемещения фрезы в сторону подачи. При таком фрезеровании эта величина остаётся неизменной на протяжении всего процесса.
На величину 1 влияет ширина контакта ае, которая также отражает угол контакта, диаметра фрезы Э и средняя толщина стружки Ит. Данные значения зависят от материала и процесса обработки, и остаются постоянными до тех пор, пока не изменится направление движения инструмента.
В отличие от традиционного фрезерования, где параметры резания обычно постоянны, в трохоидальном фрезеровании они могут динамически изменяться вдоль траектории движения фрезы, что позволяет оптимизировать процесс и повысить его эффективность. Поэтому, хотя базовые физические законы те же, реализация и управление процессом значительно сложнее и основано на алгоритмах оптимизации и точном управлении движением фрезы.
Например, для алюминия, чтобы получить лучший результат, фреза должна контактировать с материалом под углом, равным не более 66,4 градусов, что составляет примерно 3/10 диаметра фрезы. Поскольку эта ширина контакта (ае) постоянно меняется, формула расчета параметров резания должна быть изменена:
Рис. 1. Пример пересчета модели обработки.
Современные компьютерные системы управления станками (CAM и ЧПУ) способны рассчитать и задать оптимальный путь фрезы, основываясь на постоянной средней толщине снимаемого слоя металла. Это позволяет добиться максимальной производительности обработки.
Этот метод обработки достигается за счет комбинированного движения фрезы: прямолинейного и эллиптического, которые частично накладываются друг на друга. Это обеспечивает ряд преимуществ: малый и постоянный угол контакта фрезы с материалом, высокую скорость съема материала, низкие силы резания и возможность использовать всю длину режущей кромки, минимизируя износ инструмента.
Для повышения эффективности существуют и другие варианты спиральных траекторий движения фрезы, например, имитирующие маятниковое движение или чередующие режимы фрезерования (попутное и встречное), что позволяет сократить время простоя станка.
Рис. 2 Пример трохоидальных траекторий.
Кроме того, в некоторых CAM-системах, таких как Siemens NX, SolidCAM и InventorCAM, применяется технология iMachining для высокоскоростной черновой обработки различных материалов с помощью цельных твердосплавных фрез. В отличие от обычного трохоидального фрезерования, в iMachining подача инструмента не постоянна, а изменяется автоматически: она уменьшается на сложных участках (углах, пазах) и увеличивается на открытых участках детали, обеспечивая оптимальную обработку.
В целом, трохоидальное фрезерование является передовым методом обработки металлов, который позволяет значительно улучшить качество и эффективность производства. Его применение особенно актуально при обработке сложных деталей с высокими требованиями к точности и качеству поверхности. Данный метод обработки неоднократно демонстрировал свою высокую эффективность. Он позволяет сократить время обработки до 70% что приводит к ускорению производства и снижению себестоимости деталей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 томах. Изд.: Машиностроение, 2001 г;
2. Sandvik Coromant Учебное пособие «Технология обработки резанием» 2017
Ezhkova A.D., Shkarin K.N.
Ezhkova A.D.
Moscow Polytechnic University (Ryazan, Russia)
Shkarin K.N.
Moscow Polytechnic University (Kolomna, Russia)
USE OF TROCHOIDAL MILLING IN METALWORKING
Abstract: the article raises the topic of using a high-performance processing method -trochoidal milling.
Keywords: trochoidal milling, cutting forces, tool durability.
