Исследование влияния ориентации инструмента на шероховатость обработанной поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическими фрезами

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Исследование влияния ориентации инструмента на шероховатость обработанной поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическими фрезами

Аннотация

При чистовой обработке поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ часто используются сфероцилиндрические фрезы, что позволяет свести излишки металла (необрабатываемость) к минимуму и исключить вмятины (дефекты) на обработанной поверхности. Однако, процесс металлообработки сфероцилиндрическими фрезами имеет сложный механизм обработки, так как режущая кромка фрезы расположена на сфере. Поэтому, в результате обработки образуются микронеровности на обрабатываемой поверхности и снижается качество поверхности. Кроме того, для сложных криволинейных поверхностей кривизна поверхности в разных точках поверхности будет разной, изменение оси инструмента сильно влияет на качество обрабатываемой поверхности.

Ключевые слова: сфероцилиндрические фрезы, ориентация режущего инструмента, шероховатость поверхности

Abstract

When finishing surfaces of complex shape on CNC machines, spherical cutters are often used, which makes it possible to minimize excess metal (machinability) and eliminate dents (defects) on the machined surface. However, the process of metalworking with spherical cutters has a complex processing mechanism, since the cutting edge of the cutter is located on the sphere. Therefore, as a result of processing, microroughnesses are formed on the treated surface and the surface quality decreases. In addition, for complex curved surfaces, the curvature of the surface at different points of the surface will be different, changing the axis of the tool greatly affects the quality of the machined surface.

Keywords: spherical cutters, cutting tool orientation, surface roughness.

Введение

Ввиду особенностей конструкции сфероцилиндрической фрезы, угол наклона инструмента оказывает значительное влияние на скорость резания и на качество обрабатываемой поверхности детали.

Угол наклона между осью сфероцилиндрической фрезы и нормалью к рабочей поверхности (ось z) в направлении подачи (ось у) анализируется на два составляющих угла наклона: вдоль направления подачи - называется продольным наклоном угла Р и перпендикулярно направлению подачи - называется боковым углом наклона Р (Рис. 1) [1, 3].

Рис. 1. Типичная стратегия плоской обработки (а, б - одностороннее фрезерование с боковым углом наклона вn; в - двухстороннее фрезерование с боковым углом наклона вn; д, е - одностороннее фрезерование с продольным углом наклона вf; г - двухстороннее фрезерование с продольным углом наклона вf)

При обработке простых деталей, таких как плоскости, а также детали со сложными поверхностями имеется возможность использовать сфероцилиндрические фрезы на 5-осевых фрезерных станках с ЧПУ с гибкими стратегиями обработки.

Рис. 2. Геометрические параметры сфероцилиндрической фрезы и резания

Обрабатываемая поверхность формируется из траекторий, созданных программным обеспечением CAM, обычно состоящих из параллельных и равномерно расположенных траекторий а,, (поперечная подача). Сфероцилиндрическая фреза имеет структуру режущей кромки, расположенную на полусферической поверхности, поэтому после завершения траекторий на обрабатываемой поверхности появляются гребни (Рис. 2, 3). Высота гребня h зависит в основном от двух параметров: подачи зуба f_z и поперечной подачи а, [5].

Рис. 3. Моделирование фрезеруемой поверхности сфероцилиндрической фрезой

При резании, движение элемента на режущей кромке является суммой перемещения и вращения инструмента вокруг оси. Известно, что количество режущих кромок конечно. Таким образом, при вращении фрезы на один оборот, имеется точка, в которой лезвие не прорезает до конца, образуя гребни типа 1, а в направлении движения инструмента образуются гребни типа 2 (Рис. 4).

Рис. 4. Образование гребней после фрезерования сфероцилиндрической фрезой

Высота гребня h определяется с помощью геометрического анализа. Расстояние шага представляет собой радиальную глубину резания (глубина резания перпендикулярно оси инструмента) в сочетании с радиусом вершины инструмента для определения теоретической шероховатости поверхности в направлении движения инструмента (высота гребни типа 2) в соответствии с формой [2, 3]:

(1)

Где hth,a - теоретическая высота волнистости поверхности; ае - Горизонтальная подача; R- Радиус кончика инструмента.

Теоретическая шероховатость поверхности в направлении подачи (высота гребня типа 1) при пренебрежении влиянием числа зубьев и распределения каждого зуба на инструменте имеет следующий вид [4, 5]:

(2)

Где h_th,f - Теоретическая высота волнистости поверхности в направлении подачи;

fz - Количество подачи на зуб;

R - Радиус кончика инструмента.

Высота гребней типа 1 определяется очень сложно, потому что данный параметр в основном зависит от подачи, направления инструмента, радиуса инструмента и количества режущих кромок. В данной стати представляется экспериментальное исследование влияния ориентации режущего инструмента на качество поверхности при фрезеровании сфероцилиндрической фрезой на 5-осевых фрезерных станках с ЧПУ.

шероховатость поверхность наклон сфероцилиндрический фреза

1. Построение экспериментальной модели для исследования влияния ориентации режущего инструмента на качество поверхности при обработке сфероцилиндрической фрезой на 5-осевом станке с ЧПУ

С целью исследования влияния ориентации режущего инструмента на качество обрабатываемой поверхности при фрезеровании сфероцилиндрической фрезой на 5-осевом станке с ЧПУ, выполняются следующие этапы:

Шаг 1. Построение тестовой CAD-модели и создание управляющих программ для станка с ЧПУ.

Шаг 2. Обработка заготовки на 5-осевом станке с ЧПУ в соответствии с различными условиями обработки и заданной ориентацией инструмента.

Шаг 3. Измерение параметров шероховатости обрабатываемой поверхности.

Шаг 4. Проведение обработки данных и анализ влияния режимов резания и ориентации инструмента на качество обрабатываемой поверхности с помощью программ Matlab и Statistica.

Станок

Эксперименты проводятся на пятикоординатном фрезерном станке с ЧПУ DMU 65 monoBLOCK (Рис. 5) с основными технологическими параметрами, приведенными в таблице 1.

Таблица 1

Технологические параметры 5-осевого фрезерного станкас ЧПУDMU 65 monoBLOCK