УДК 621.14.2

КОНЦЕВАЯ ФРЕЗА С УВЕЛИЧЕННОЙ ДЛИНОЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТРУЖКОЛОМНЫХ ЗУБЬЕВ В ТОРЦОВОЙ ЧАСТИ

Водилов Андрей Валерьевич1, Черкашин Валентин Павлович2
1НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова, г. Жуковский, инженер-программист
2ОАО «Объединенные машиностроительные технологии», г. Москва, кандидат технических наук

Аннотация
Представлена новая конструкция концевой фрезы c дополнительными увеличенными по длине стружколомными зубьями в торцовой части, и представлен анализ работы этой фрезы.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Водилов А.В., Черкашин В.П. Концевая фреза с увеличенной длиной дополнительных стружколомных зубьев в торцовой части // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/04/89104 (дата обращения: 19.04.2019).

Известно, что дополнительные зубья в торцовой части концевой фрезы помогают в работе резания основным зубьям, увеличивая стойкость фрезы в целом [1-7] и делая равностойкими цилиндрическую и торцовую части фрезы. При этом увеличение стойкости достигается не только при фрезеровании пазов и уступов, но и при врезании под углом, при плунжеровании, при трохоидальном фрезеровании.

Концевые фрезы применяются для обработки уступов в деталях машин и для фрезерования пазов в виде колодцев, углублений, щелей, карманов. Пазы бывают сквозные, то есть не имеющие донышка и несквозные. В свою очередь несквозные (глухие) пазы могут быть открытые, полуоткрытые и закрытые с обеих сторон по длине.

При фрезеровании закрытых пазов в деталях сложной формы стружка накапливается в зоне торцовой части фрезы, делая ее наиболее уязвимой для выхода фрезы из строя [ 10 ].

При фрезеровании уступов происходит в зоне торцовой части свободный выход стружки из зоны резания; в этом случае при наличии на зубьях стружкоразделительных канавок наибольшему износу подвержены режущие лезвия в средней части фрезы из за наличия большей толщины срезаемой стружки [ 9 ]. Это особенно важно для торцово-цилиндрических концевых фрез фирмы PRAMET (Чехия), где расстояние между пластинами не являются стружкоразделительными канавками (как во фрезах ГОСТ 24637-81, ГОСТ 20538-76, фрезах фирмы СКИФ), а соизмеримо (несколько меньше) с протяженностью самих режущих пластин.

В технологии обработки корпусных деталей со сложным контуром, к которым относятся корпуса редукторов, опорных конструкций, переходных элементов и фитингов, наибольшую трудность представляет осуществление вымывания эмульсией стружки из зоны резания. При наличии сливной стружки, которая цепляется острыми зазубринами за контуры зубьев фрезы и неровности обрабатываемой поверхности, удалить путем вымыванмя такую стружку эмульсией очень трудно. Это связано с заполнением стружкой стружечных канавок, утрамбовка и пакетирование этой стружки в стружечных канавках, что создает условия для поломки фрезы. Из- за трудностей удаления сливной стружки из зоны резания в некоторых конструкциях концевых фрез предусматриваются сменные торцовые части.

На сайте промышленного интернет-портала WWW.mirprom.ru в разделе «Особенности инструмента для высокопроизводительного фрезерования на обрабатывающих центрах» изложена следующая информация фирмы СКИФ (Россия) «Одной из проблем процесса обработки сложных поверхностей деталей фрезерованием является возможность пакетирования стружки в зоне резания и, соответственно, повреждения фрезы, детали или самого станка. При черновой обработке крупногабаритных деталей сложной формы наиболее уязвимой частью сборных концевых торцово-цилиндрических фрез является нижний ряд зубьев (при вертикальном положении фрезы) имеющих меньший ресурс».

Фирма СКИФ (Россия) имеет сменные торцовые части.

Конструкция фрезы на рис.1 является развитием конструкции фрезы [ 2 ]. Отличительной особенностью или существенным признаком такой конструкции является введение стружколомов на дополнительных зубьях в торцовой части.

Дополнительные зубья в торцовой части концевых фрез встречаются в работах [1-7], а также в работе [ 8 ]. Дополнительные зубья в [ 2 ] крепятся пайкой, а в [ 1 ] крепятся винтами с учетом их прочности и запаса нераскрытия стыка

В настоящее время важным фактором является способность фрезы выполнять различные технологические операции, то есть возможность применять одну и ту же фрезу в различных приложениях и тем самым снизить вспомогательное время, связанное с заменой инструмента и повторной настройкой станка, а также уменьшить в магазине номенклатуру режущего и вспомогательного инструмента.

Технически и технологически целесообразно одной фрезой различные по высоте пазы и уступы, если это уменьшит в разумном пределе набор фрез в магазине и снизит вспомогательное время. Это, естественно, должно сочетаться с числом переточек конкретной фрезы и условиями ее работы.

Торцовая часть фрезы не только наиболее сильно подвержена механическим и термическим нагрузкам, но она вступает в работу резания более часто и участвует в работе резания более длительное время по сравнению с остальной частью фрезы.

Необходимо отметить следующее. В современном производствн заготовка все в большей степени становится похожей на готовую деталь. Поэтому фрезерование происходит с удалением меньшего объема стружки, то есть черновое фрезерование встречается все реже. Фрезерование происходит или чистовое или получистовое под последующую финишную операцию.

На рис. 1 представлена конструкция концевой фрезы с дополнительными стружколомными зубьями в торцовой части. В этой фрезе для возможности удаления эмульсией стружки из зоны резания эту стружку измельчают на мелкие фрагменты (мелкие частицы) стружколомными зубьями (стружколомами).


Рис. 1. Концевая фреза с увеличенной длиной стружколомных зубьев в торцовой части;


На рис. 1 : 1 – хвостовик; 2 – тело; 3-ось (осевая линия); 4- торцовая плоскость; 5 -основные винтовые режущие зубья; 6 – затылки, на которые опираются основные зубья;7 – дополнительные винтовые режущие зубья; 8 -– затылки, на которые опираются дополнительные зубья; Н- протяженность основных винтовых зубьев с затылками от торцовой плоскости до хвостовика; C – протяженность дополнительных стружколомных винтовых зубьев с затылками от торцовой плоскости (C=0,4Н).

Объективно проявляющийся технический результат состоит в возможности обрабатывать фрезой на рис.1 узкие пазы, которые в технологическом отношении являются наиболее сложным элементом сложнопрофильных поверхностей. Экспериментальное подтверждение состоит с следующем. Фрезеруемая деталь сталь 35 ГОСТ 4543-71 НВ120-140. Если будем обрабатывать в этой детали узкий, длинный и полуоткрытый (то есть откртый с одной стороны) паз фрезой, которая не имеет стружколомы на дополнительных зубьях то на выходе паза будем иметь намотанную на зубья стружку,что видно визуально. При обработке фрезой на рис.1 будем иметь стружку размельченную (перемолотую) на мелкие фрагменты (мелкие частицы).

Увеличение длины дополнительных зубьев ограничивается необходимостью их шлифовки при их износе, которое является альтернативой увеличения стойкости зубьев в торцовой части и во фрезе в целом.

У фрезы на рис.1 есть аналог. В конструкциях концевых фрезах фирмы ИСКАР имеется семейство четырехзубых фрез FINISHRED. В этих фрезах два противоположных зуба снабжены стружколомами. Два других зуба стружколомов не имеют, то есть имеют сплошные лезвия. Такие фрезы стружколомами измельчают стружку, улучшая процесс резания, но при этом ухудшается шероховатость обрабатываемой поверхности.

Фреза на рис.1 формирует шероховатость обрабатываемой поверхности основными зубьями. Вспомогательные зубья помогают основным зубьям в работе резания,увеличивая их стойкость. Причем шероховатость обрабатываемой поверхности не зависит от количества зубьев [ 11,12 ].

Число дополнительных стружколомных зубьев для фрезы на рис.1 равно числу основных зубьев. На каждом дополнительном стружколомном зубе 7 имеются стружкоразделительные канавки 9, которые в сочетании с расположенными между ними зубцами 10 образуют стружколом для измельчения в торцовой части получаемой при фрезеровании стружки на мелкие части с целью возможностью удаления этих мелких частиц эмульсией, причем стружкоразделительные канавки каждого дополнительного зуба расположены вдоль винтовой линии на одинаковом, соответственно, расстоянии от торцовой плоскости и начинаются на расстоянии L=0,9 мм от торцовой плоскости с учетом переточки зубьев при затуплении, а сами стружкоразделительные канавки имеют прямоугольную форму шириной К=0,6
мм и 
глубиной h= 0,45 мм с учетом правки при затуплении, ширина зубцов n= 0,6 мм с учетом их прочности, при этом шаг стружколома равен Р=1,2 мм.

На рис.1 показаны наиболее простые применяемые формы прямоугольные стружкоразделительные канавки 9 и зубцы между ними 10 , (то есть стружкоразделительные канавки в сочетании с расположенными между ними зубцами) образуют стружколом или зуб со стружколомом 7. Стружкоразделительные канавки прямоугольной формы являются стружкоразделительными канавками общего назначения. Для каждого дополнительного зуба каждая канавка находятся, соответственно, на одинаковом удалении от торцовой плоскости.

Торцовая часть фрезы – это часть фрезы протяженностью равную протяженности дополнительных зубьев при отсчете от торцовой плоскости.

Торцовая часть фрезы участвует в работе резания значительно чаще по сравнению с основной (цилиндрической) частью фрезы.

Стружечная канавка это пространство, между зубьями и затылками;более детально это пространство между конкретным зубом и затылком соседнего зуба .

Высота стружколомных зубьев С от высоты основных зубьеы Н составляет от С= 0,2 Н до С= 0,4 Н в зависимости от конкретных условий фрезерования. Увеличенная длина стружколома соответствует более высоким пазам и уступам.

Пазы и уступы бывают рзличной высоты. Некоторые из них по высоте меньше торцовой части фрезы, а некоторые равны по высоте всей режущей части фрезы. Cреднестатистическая их высота соизмерима с высотой торцовой части фрезы.

Стружкоразделительные канавки это узкие канавки, нарезанные поперек режущих зубьев или что одно и то же поперек режущих лезвий; режущее лезвие это заостренный, заточенный участок режущего зуба.

Набор таких стружкоразделительных канавок на зубе и представляет собой стружколои, а такой зуб называют стружколомным зубом.

Стружкоразделительные канавки стружколомов бывают различной формы и конфигурации; прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, с переменным радиусом. Каждым стружкоразделительным канавкам стружколомов соответствуют свои положительные и отрицательные стороны.

Во фрезе на рис.1 приведены наиболее простые в изготовлении стружкоразделительные канавки прямоугольной формы, например по сравнению со стружкоразделительными канавками транcцеидальной формы. Прямоугольная форма стружкоразделительных канавок упрощает их изготовление и правку шлифовальными кругами при затуплении, причем шлифовальный круг не нужно править по профилю.

На рис.2 представлено взаимное положение концевой фрезы и детали с узким пазом.



Рис.2. Взаимное положение концевой фрезы и детали с узким пазом.

На рис.2: 1 – концевая фреза; 2 – узкий паз.

Стружка, находящаяся в зоне торцовой части фрезы измельчается стружколомами на мелкие фрагменты и вымывается эмульсией из зоны резания. Cтружка, находящаяся выше торцовой чсти фрезы поднимается вверх по винтовым стружечным канавкам (которые играют роль транспортера) и выходят из зоны резания (на верхнюю часть детали2). Зона торцовой части концевой фрезы при обработке закрытого паза наиболее (по сравнению с остальной частью фрезы) сильно подвержена износу [ 10 ]. Применение стружколомных дополнительных зубьев решает задачу увеличения стойкости торцовой части фрезы и следовательно фрезы в целом.

На рис.3 представлено взаимное положение концевой фрезы и детали с уступом.



Рисю.3. Взаимное положение концевой фрезы и детали с уступом.

На рис.3: 1 – концевая фреза; 2 – уступ.

При фрезеровании уступов удаление стружки из зоны резания не вызывает затруднений и интенсивного износа торцовой части от вторичного резания стружки не происходит. Но этом случае положительная роль стружколомных зубьев сказывается на том, что для этих (стружколомных) зубьев усилие резания уменьшается [ 9 ]; это положительно сказывается на всем процессе резания.

ВЫВОДЫ

Представлена концевая фреза новой конструкции c увеличенной длиной дополнительных стружколомных зубьев в торцовой части; заявка на полезную модель № 2019104536 Концевая фреза, 2019 г. Представлен также анализ работы этой фрезы при обработке пазов и уступов.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Водилов А.В., Черкишин В.П. Конструктивные и технологические особенности фрезерования концевой фрезой с дополнительными сменными режущими пластинами в торцовой части // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/11/
  2. РЖ ВИНИТИ 55 (MH07) 14.03-14А.21. Анализ температурных полей концевой фрезы с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий при фрезеровании труднообрабатываемых сталей [Текст] : научное издание / В. П. Черкашин, А. В. Водилов // СТИН. – 2013. - N 9. – С. 23-28.
  3. 3. Cherkashin  V.P.,  Vodilov A.V.    Temperature Fields of a Face Mill with Uniform Cutter Life in Milling Hard Steel  // Russian Engineering Research. 2014, т. 34, No. 4, C. 261–265.
  4. Патент на полезную модель №125502 В23С5 Концевая фреза повышенной стойкости. Авторы: Черкашин В.П., Водилов А.В.
  5. Патент на полезную модель №153802 В23С5 Комбинированная концевая фреза повышенной стойкости. Авторы: Черкашин В.П., Водилов А.В.
  6. Патент на полезную модель №158628 В23С5 Концевая фреза повышенной стойкости, имеющая сменные режущие пластины. Авторы: Черкашин В.П., Водилов А.В.
  7. Патент на полезную модель № 184374 В23С5 Концевая фреза повышенной стойкости, имеющая сменные режущие пластины. Авторы: Водилов А.В., Черкашин В.П. 9.
  8. Патент на изобретение №2568231 В23С5  Концевая фреза для обработки слоистых пластиков. Авторы Тренин А.В.,Осипов А. М.,Норкин Н.С.
  9. Розенберг А.М. Динамика кукурузной обдирочной фрезы//Известия Томского политехнического института. -1948.-Т.61. C.73-84.
  10. Реклама компании ISAR (Израиль) «Кукуруза» на участке механической обработки» // Рубрика «Статьи на обложке журнала Оборудование и инструмент для профессионалов».- 2014.-№2.
  11. Елкин М.С. Влияние наноструктурированных покрытий режущего инструмента на шероховатость обработанной поверхности при фрезеровании концевыми фрезами//XLI Гагаринские чтения. Научные труды Международной  научной конференции в 4 томах. Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева». – М. – 2015.- Т. 2,  С. 81.
  12. Жигалов А.Н.   Влияние износа  твердых сплавов  упрочняющих аэродинамическим воздействием, на шероховатость обработанной поверхности при фрезерно-карусельном резании// Вестник российско-белорусского университета-2018-№3. C.5-15.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Водилов Андрей Валерьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация