Разработка процесса формообразования фасонных винтовых поверхностей инструментов на основе применения стандартных концевых и торцевых фрез

Современная промышленность характеризуется значительным увеличением создания, освоения и внедрения в производство новых высокоэффективных технологий, машин и техники, обеспечивающих рост производительности предприятия, улучшение качества выпускаемой продукции, повышение ее конкурентоспособности. Это обеспечивается за счет усовершенствования технологий, что неизбежно влечет за собой усложнение узлов и деталей, разработку и использование новых материалов, которые требуют совершенствования методов обработки, конструкции станков, режущих инструментов и методов их проектирования.

Основным способом достижения необходимой точности и качества поверхностного слоя деталей в металлообработке является механическая обработка и, в частности, обработка резанием. Каждый элемент системы СПИД играет ключевую роль в процессе механической обработки, но режущий инструмент требует особого внимания, так как быстро изнашивается в сравнении с другими элементами системы и в большей мере влияет на качество и эффективность всего процесса обработки.

Особенно возрастает роль режущего инструмента в условиях безлюдных технологий гибкого автоматизированного производства, так как затраты на инструмент с 3−5% при неавтоматизированном производстве в условиях ГПС достигают значительных размеров (20−25% в себестоимости обработки).

Современное направление развития проектирования режущих инструментов связано с созданием систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих с помощью современных вычислительных систем комплексно решать вопросы, возникающие на всех этапах проектирования и изготовления инструментов на базе лучших решений, полученных в результате целенаправленного поиска.

Среди многообразия типов и форм режущих инструментов значительную часть составляют инструменты со сложными рабочими и, в частности, винтовыми поверхностями. Необходимость в них диктуется не только конструктивными 4 особенностями инструмента, но и обусловлено тем, что, как правило, они обеспечивают более высокие эксплуатационные показатели, позволяющие в ряде случаев повысить производительность обработки, снизить динамические нагрузки на систему СПИД и увеличить тем самым точность обработки, улучшить условия резания, повысить качество обрабатываемой поверхности, обеспечить транспортировку стружки из зоны резания и т. д. Кроме того, на ряде ответственных деталей машиностроения рабочие поверхности также выполнены винтовыми, в частности, на лопатках турбин, роторах и лопастях циклоидальных насосов и др. Проектирование режущих инструментов для обработки этих поверхностей и их изготовление является наиболее сложными вопросами инструментального производства.

Это обстоятельство объясняется тем, что нет однозначного соответствия между профилем инструмента для обработки деталей с винтовой поверхностью и профилем этой поверхности. В связи с этим требуется разработка и использование различных методов профилирования, которые учитывают профили производящей и исходной поверхности, кинематику процесса формообразования, а также параметры установки инструмента на станке относительно заготовки. В связи с этим, при обработке винтовых поверхностей на станке возникают погрешности профиля полученного изделия из-за отличий между расчетными и фактическими размерами профиля инструмента, а также расчетными параметрами установки инструмента и его реальной установкой на станке, которые, кроме того, могут меняться при обработке, например, вследствие износа инструмента или из-за динамических нагрузок вследствие недостаточной жесткости системы СПИД.

Износ инструмента для обработки винтовых поверхностей неравномерный, вследствие того, что нагрузка на различные области режущей части разная из-за рознящихся скоростей резания и объемов срезаемого материала. Это приводит к низкой стойкости инструмента, что в свою очередь серьезно сказывается на себестоимости конечной продукции. До недавнего времени весь инструмент для обработки винтовых поверхностей изготавливался из быстрорежущих сталей, и в силу своих свойств он не обладает высокой стойкостью и производительностью. В настоящее время данный инструмент изготавливают преимущественно цельным твердосплавным. Он отличается повышенной стойкостью и производительностью, но срок службы продлевается не надолго, по причине малого количества возможных переточек или отсутствия таковых вообще.

Наиболее распространенный способ обработки фасонных винтовых канавок предусматривает в качестве режущего инструмента фасонную дисковую фрезу. Установка инструмента при обработке детали с винтовой поверхностью определяется относительным положением их осей и характеризуется в общем случае следующими параметрами: у/ - углом (или величиной Г), определяющим положение точки скрещивания осей инструмента и детали от исходного положения профиля-? — углом скрещивания осейт — межосевым расстоянием.

Однако данный способ обработки обладает рядом недостатков, к которым следует отнести в первую очередь трудоемкость технологической подготовки производства, которая обусловлена:

— сложностью проектирования;

— сложностью изготовления;

— необходимостью в большой номенклатуре режущего инструмента;

— сложностью, а зачастую невозможностью оснащения современными инструментальными материалами.

С целью сократить номенклатуру необходимого инструмента и, в некоторых случаях отказаться от проектирования и изготовления фасонных фрез, предлагается применять способ обработки винтовых фасонных поверхностей концевыми и торцевыми фрезами, в том числе оснащенными современными инструментальными материалами.

Это особенно актуально в условиях единичного и мелкосерийного производства, когда изготовление специального инструмента второго порядка себя не оправдывает. Также применение такого способа наиболее актуально в условиях инструментального цеха машиностроительного предприятия, так как позволяет изготавливать нестандартные инструменты без специального проектирования и изготовления инструмента второго порядка.

Особенностью данного способа является специальное позиционирование режущего инструмента относительно заготовки с последующим фрезерованием винтовой канавки за один проход. В качестве режущего инструмента может использоваться концевая или торцевая фреза.

Таким образом, решение задачи о возможности обработки фасонной винтовой поверхности фрезой с заданным профилем представляет не только научный, но и большой практический интерес.

Принятые обозначения. у/ - угол, определяющий положение точки скрещивания осей инструмента и детали от исходного положения профиля-? — углом скрещивания осейт — межосевым расстоянием;

СПИД — система «Станок — приспособление — инструмент — деталь» (система технологического процесса);

ГПС — Гибкие производственные системыСАПР — система автоматизированного проектированияГ- геликойдВ — диаметр фрезыг— число зубьевк — глубина канавкиу — передний угола — задний угол;

0С1 (ас) — угол наклона касательной к спинке зубар — радиус скругления дна канавки- / — величина фаски. фс — угол наклона главной режущей кромки к оси сверлаПримечание: используются другие локальные обозначения с расшифровкой в тексте.

11. Результаты работы используются в научно-исследовательском и образовательном процессах ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» в виде программ и методических материалов в рамках учебных курсов «Инструментальные системы интегрированных машиностроительных производств», «Компьютерная графика при проектировании инструментальной техники», «Информатика в инструментальном производстве» кафедры ИТиТФ. Разработка нового способа обработки винтовых канавок инструментов внедрена на ОАО «Станкоагрегат» и представлена для реализации на ОАО «МИЗ» .