Повышение точности дисковых фасонных затылованных фрез при перетачивании

Дисковые фасонные фрезы с затылованными зубьями используются для обработки разнообразных поверхностей деталей машин и приборов в различных отраслях промышленности. Наиболее распространены цельные фрезы из быстрорежущих сталей с задними поверхностями зубьев, затылованных резцом или шлифовальным кругом.

Существенным преимуществом фасонных дисковых затылованных фрез является сравнительная простота их конструкции и эксплуатации. Фрезы обеспечивают получение поверхностей разнообразного профиля на недорогих фрезерных станках с простой кинематикой формообразующих движений.

Перетачивание фрез данного типа также не требует дорогого оборудования и может осуществляться на заточных станках с простой настройкой, — особенно при плоской передней поверхности фрезы.

Одно из основных достоинств затылованных фрез — сохранение постоянства формы режущей кромки при перетачивании по передней поверхности после износа. В одном из основных ГОСТ-ов на режущий инструмент это свойство нашло отражение в определении: «затылованный зуб лезвийного инструментазуб лезвийного инструмента, форма задней поверхности лезвия которого обеспечивает постоянство профиля режущей кромки при повторных заточках по передней поверхности» [13].

В серийном производстве экономические преимущества имеют дисковые фрезы с острозаточенными, не затылованными зубьями благодаря большей стойкости и производительности. Вместе с тем, перетачивание таких фрез —. достаточно трудоемкая операция, требующая применения специальных станков или сложных приспособлений и, кроме того, не всегда осуществимая для фрез с внутренней (вогнутой) формой кромки.

Также достаточно давно используются сборные конструкции дисковых и концевых фрез с расположенными на фасонной поверхности вращения кромками, которые образованны сменными многогранными твердосплавными пластинами [35]. Такие фрезы обеспечивают высокую производительность, но сложны в изготовлении, имеют высокую стоимость и требуют использования жестких высокоскоростных и дорогостоящих станков. Другой серьезный недостаток таких фрез — высокая вероятность образования макронеровностей на обработанной поверхности из-за погрешности взаимного расположения кромок многогранных пластин. При обработке простых плоских поверхностей в форме уступов концевыми фрезами такого типа, при высоте уступа 30−40 мм, по данным фирмы «Искар», вел тина макронеровностей составляет 0,07 — 0,12 мм. 78].

Повышение точности взаимного расположения пластин на корпусе таких фрез может уменьшить макронеровности, но при этом стоимость фрезы существенно возрастает. Затылованная фреза с непрерывной фасонной кромкой в этом отношении имеет существенные преимущества.

Дисковые фрезы с затылованными зубьями остаются достаточно распространенным инструментом для обработки поверхностей сложной формы, обеспечивающим удовлетворительную производительность и точность при относительно небольших затратах как на сам инструмент, так и на его эксплуатацию. В зависимости от размеров и технологии изготовления дисковые затылованные фрезы обеспечивают точность формы обработанной поверхности 0,01.0,15 мм и шероховатость Rz 5. 20 мкм при высоте (ширине) обработанной поверхности до 40.80 мм.

Таким образом, повышение технико-экономических показателей дисковых затылованных фрез является актуальной задачей.

Из научнотехнической литературы и практики промышленности [18], [37], [41], [65], [69], [75], [77] известно, что вследствие сложной формы задней затылованной поверхности зубьев, при перетачивании по передней поверхности фрезы ее кромки, в общем случае, несколько изменяют свою форму.

Также известно, что эти изменения могут быть достаточно велики, что приводит к недопустимой потере точности фрезы, существенно уменьшая ее суммарную размерную стойкость и количество допустимых переточек. При этом теряется основное преимущество таких фрез — сохранение точности формы кромок при перетачивании. Для отдельных, частных случаев выполнены расчеты погрешностей при перетачивании фрез, предложены некоторые способы их уменьшения, в частности за счет изменения геометрии фрезы при переточках.

Однако, сколько-нибудь полное исследование возникающих при перетачивании погрешностей и степени влияния на них различных факторов не проводилось.

Целью данной работы является повышение точности дисковых затылованных фрез при перетачивании.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать методы расчета погрешностей фрез при перетачивании;

• выявить влияние на величину погрешностей различных факторов;

• разработать рекомендации по управлению точностью фасонных затылованных фрез в процессе эксплуатации.

Принятые обозначения da — наружный диаметр фрезы га — наружный радиус фрезы zfr — число зубьев фрезы к — величина затылования ji3 (jx) — угол косого затылования- «радиальное» затылование осуществяется при J! = О, а — задний угол (аВ — на наружном диаметре фрезы, вершинный задний угол) уа — передний угол на наружном диаметре фрезы Ха — угол наклона плоской передней поверхности фрезы аг — скорость радиальной составляющей в движении затылования р — скорость осевой составляющей в движении затылования 7 ba — расстояние от оси фрезы до торцевой линии передней поверхности, проходящей через точку кромки на наружном радиусе i — номер точки, индекс или символ, входящий в имя обозначаемой величины j — индекс или символ, характеризующий величину стачивания (степень сточенности) фрезыпри отсутствии перетачиваний (для новой фрезы) j=0- при увеличении количества переточек j увеличивается? — угол стачивания фрезы, между наружным радиусом новой, не переточенной фрезы и наружным радиусом сточенной фрезы — угол определенным образом зависимый от j f — индекс или символ, относящийся к какому-либо параметру или размеру фрезы г — индекс или часть имени какой-либо величины, относящейся к резцу уг — передний угол затыловочного резца в инструментальной системе координат.

Хтугол наклона передней грани резца в инструментальной системе координат.

R — радиус шлифовального круга.

Rv — внутренний радиус шлифовального круга h (или равноценное обозначение hg) — высотный размер обрабатываемой поверхности (детали) Ah — изменение размера обрабатываемой поверхности по высоте Ahij (равноценное обозначение Ahgij) — изменение размера обрабатываемой поверхности по высоте в i-й точке при обработке фрезой j — й степени сточенности.

AN — изменение размера обрабатываемой поверхности по нормали к профилю ANij — изменение размера обрабатываемой поверхности по нормали к профилю в i-й точке при обработке фрезой j-й степени сточенности Величина с символами (с индексами) ij равнозначна той ж величине с символами ji, например, hij = hji xyz (Oxyz) — неподвижная система координат.

XYZ (OXYZ) — система координат, жестко связанная с фрезой, Z — ось фрезы.

Г — коэффициент перевода градусной меры в радианную (Г=7г/180) Обрабатываемая поверхность (деталь) — поверхность заданная (заданной формы и размеров без учета микронеровностей) геометрически — определяемая перемещением образующей линии произвольной формы (профилем поверхности) по направляющей линииили полученная фрезерованием дисковой фрезой с движением подачи, направление скорости которой перпендикулярно оси фрезы и параллельно направляющей прямой. В некоторых уравнениях, в связи с использованием системы Mathcad, использованы символы этой системы: символ: = идентичен (равнозначен) символу = tan идентичен tg cot идентичен ctg asm идентичен arc sin atan идентичен arc tg .

Примечание: используются другие локальные обозначения с расшифровкой в тексте.

Общие выводы.

1. В результате комплекса проведенных исследований разработан научно-обоснованный метод определения погрешности фасонного профиля детали, обработанной затылованной фрезой, по мере ее переточек, учитывающий: диаметр фрезы, размеры профиля, степень стачивания, число зубьев, величины переднего уа и заднего аа углов, угол наклона передней поверхности Ха, способ перетачивания, направление затылования, а также геометрию и установку затылующего инструмента, как резца, так и шлифовального круга.

2. Проведенные исследования показали, что величина погрешности Ah высоты профиля h обрабатываемой поверхности без учета погрешностей изготовления и переточки фрезы на станке, при ее стачивании может достигать 0,3 мм и более при высоте обрабатываемого профиля 10 -30 мм. При этом в зависимости от геометрии фрезы и параметров затылующего инструмента (размера, геометрии, установки) высота профиля h при стачивании фрезы может, как увеличиваться, так и уменьшаться.

3. Погрешность профиля детали, обработанной затылованной фрезой с заданной степенью сточенности, может быть существенно минимизирована за счет обоснованного выбора рационального сочетания, способов изготовления и переточки фрезы и параметров конструкции, включающих диаметр фрезы, размеры профиля зуба в плоскости передней поверхности, передний угол уа, угол наклона передней поверхности Ха, величины затылования.

4. Установлено, что при обработке поверхностей с симметричным профилем фрезами и с положительным передним углом уа, затылованными как шлифованием, так и резцом, минимизация погрешностей профиля при стачивании обеспечивается изменением переднего угла, определяемым в зависимости от степени сточенности фрезы.

5. При обработке поверхностей с асимметричным профилем для повышения точности фрезы при стачивании с одновременным улучшением геометрии кромки фрезы целесообразно использовать фрезы с положительным передним углом уа и с углом наклона передней поверхности Ха. При этом погрешности профиля при перетачивании существенно уменьшаются при установленном в работе изменении углов уа и Ха, в том числе, при увеличении степени сточенности фрезы.

6. Обоснованное назначение допусков на положение передней поверхности (углы уа и Ха) и размеры кромки инструмента при переточках, возможно на основании проведенных численных исследований величины и характера погрешностей профиля, возникающих при малых (0,1 — 0,01) изменениях геометрических и конструктивных параметров фасонных затылованных фрез.

7. Внедрение результатов работы показало, что использование разработанных методик и программ по расчету погрешностей профиля при перетачивании, позволяет уменьшить погрешность профиля деталей (с высотой профиля 10−30 мм) обработанных переточенными фрезами диаметром до 200 мм, затылованными как резцом, так и шлифовальным кругом, до 0,04 мм и в результате этого обеспечить увеличение ресурса работы фрез за счет увеличения количества их переточек.