Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ виброустойчивости процесса торцового фрезерования 9
1.1. Особенности процесса торцового фрезерования 10
1.2. Анализ динамических характеристик конструкций торцовых фрез 19
1.3. Повышение виброустойчивости процесса фрезерования на основе совершенствования конструкций торцовых фрез 30
2. Теоретическое описание процесса изгибных колебаний торцовых фрез с постоянной и переменной жесткостью зубьев 54
2.1. Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с постоянной жесткостью зубьев .:... 54
2.2. Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с переменной жесткостью зубьев 68
Выводы 80
3. Исследование влияния переменной жесткости зубьев фрезы на динамику процесса фрезерования 81
3.1. Математическая модель процесса изменения силы резания фрезой, оснащенной зубьями с переменной жесткостью 81
3.2. Моделирование процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев 88
3.3. Сравнение вибраций зубьев фрез с постоянной и переменной жесткостью 106
Выводы 109
4. Особенности конструирования торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев 111
4.1. Методы получения разной жесткости зубьев торцовой фрезы 111
4.2. Обоснование и выбор характера изменения жесткости зубьев торцовой фрезы 124
4.3. Технико-экономические особенности торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев 134
Выводы 136
Основные результаты и выводы 138
Список используемых источников 141
Приложение 149
- Повышение виброустойчивости процесса фрезерования на основе совершенствования конструкций торцовых фрез
- Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с переменной жесткостью зубьев
- Моделирование процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев
- Обоснование и выбор характера изменения жесткости зубьев торцовой фрезы
Введение к работе
Процесс торцового фрезерования является весьма распространенным в машиностроении. Он может использоваться не только при обработке плоских, но и, в ряде случаев, фасонных поверхностей вместо борфрез [15], обеспечивая высокую производительность. Вместе с тем, торцовые фрезы используются для обработки кромок листов под последующую сварку [70], торцов валов на фрезерно-центровальных станках [33].
Однако торцовое фрезерование сопровождается нестационарностью срезания металла, которая связана с кинематикой и динамикой этого процесса обработки. В связи с этим, при торцовом фрезеровании возникают как вынужденные колебания, так и автоколебания, связанные с проявлением регенеративного эффекта. Динамика процесса торцового фрезерования усложняется в результате действия случайных факторов, таких как: биение зубьев фрезы, переменная жесткость технологической системы по длине обработки, случайные колебания физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов и т.д. [19]. Известно [26], что при фрезеровании, сопровождающемся вибрациями, стойкость инструмента в четыре раза ниже, чем без них. При этом снижается производительность ввиду увеличения времени простоя оборудования, связанного с заменой и наладкой инструмента.
Вместе с тем, на предприятиях функционирует сегодня большое количество металлорежущих станков с ЧПУ и типа «обрабатывающий центр», которые в будущем станут неотъемлемой составляющей интегрированных автоматизированных систем, использующих, в частности, и торцовые фрезы. Несмотря на существующее многообразие способов предотвращения вибраций при торцовом фрезеровании, задача стабилизации процесса резания требует дополнительных исследований.
В связи с этим, решение задачи повышения виброустойчивости процесса торцового фрезерования, оказывающей непосредственное влияние на достижение требуемой точности и шероховатости обработанной поверхности, повышение стойкости режущего инструмента и производительности обработки при минимальной себестоимости изготовления деталей, путем использования торцовых фрез переменной жесткости является весьма актуальным при функционировании промышленных предприятий в условиях рынка.
В первом разделе дан анализ работ по исследуемому вопросу. При этом рассмотрены особенности процесса торцового фрезерования, приведен анализ динамических характеристик конструкций торцовых фрез и описаны пути повышения виброустойчивости процесса фрезерования на основе совершенствования конструкций торцовых фрез.
Во втором разделе представлены разработанные математические модели процессов изгибных колебаний фрезы как с постоянной, так и с переменной жесткостью зубьев.
Третий раздел посвящен исследованию влияния переменной жесткости зубьев фрезы на динамику процесса фрезерования. Для этого разработана математическая модель процесса изменения силы резания фрезой, оснащенной зубьями с переменной жесткостью. Приведены результаты моделирования процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев. Кроме того показана эффективность устранения автоколебаний путем сравнения размахов виброперемещений зубьев торцовых фрез с переменной жесткостью и стандартной, имеющей зубья с одинаковой жесткостью.
В четвертом разделе рассмотрены особенности конструирования торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев. Разработаны методы получения разной жесткости зубьев торцовой фрезы, а также обоснован выбор характера изменения жесткости зубьев торцовой фрезы. Приведены
технико-экономические особенности торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев.
В заключение приведены основные результаты и сформулированы выводы по работе.
Целью работы является повышение виброустойчивости процесса торцового фрезерования на основе его стабилизации путем дискретного изменения жесткости зубьев торцовой фрезы.
Поставленная цель определяет следующие основные задачи работы:
Разработать математические модели процессов изгибных колебаний торцовых фрез с постоянной и переменной жесткостью зубьев.
Разработать математическую модель процесса изменения силы резания фрезой, оснащенной зубьями с переменной жесткостью.
Провести компьютерное моделирование процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев.
Установить характер изменения жесткости зубьев торцовой фрезы.
5. Разработать методические рекомендации по получению разной
# жесткости зубьев торцовой фрезы для повышения виброустойчивости
процесса фрезерования
Методы исследования.
Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания металлов, динамики станков, классической механики, общей теории колебаний и устойчивости систем, теории математического моделирования. Компьютерное моделирование и реализация проектных расчетов осуществлялись ПЭВМ.
Автор защищает:
1. Математические модели процессов изгибных колебаний торцовых фрез с постоянной и переменной жесткостью зубьев.
Математическую модель процесса изменения силы резания фрезой, оснащенной зубьями с переменной жесткостью.
Результаты компьютерного моделирования процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев.
Характер изменения жесткости зубьев торцовой фрезы.
Методические рекомендации по получению разной жесткости зубьев торцовой фрезы для повышения виброустойчивости процесса фрезерования.
Научная новизна заключается в решении задачи повышения виброустойчивости процесса фрезерования на основе использования торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев, изменяющейся в большую (или меньшую) сторону относительно ее первоначального значения в пределах малого диапазона варьирования, образованного из чередующихся треугольников.
Практическая ценность.
На основе проведенных исследований установлен характер изменения жесткости зубьев торцовой фрезы и разработаны методические рекомендации по получению разной жесткости зубьев торцовой фрезы для повышения виброустойчивости процесса фрезерования. Реализация работы.
Результаты данной работы приняты к внедрению на производстве ООО Щекинский завод «РТО». Материалы диссертации используются в учебном процессе в курсах лекций: «Технология машиностроения», «Металлорежущие инструменты».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на Второй международной научно-технической конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении» (г.Тула, 2001г.), а также на ежегодных
8
научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
состава Тульского государственного университета.
Публикации.
Основное содержание работы изложено в 5 публикациях объемом 1,6 п.л., из них авторских 1,25 п.л.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 78 наименований и приложения. Работа содержит 148 страниц машинописного текста, включая 55 рисунков и 7 таблиц.
Повышение виброустойчивости процесса фрезерования на основе совершенствования конструкций торцовых фрез
Режущая пластина базируется в гнезде, которое выполнено в державке, и закрепляется со стороны передней поверхности клиновой вставкой 5, перемещаемой винтом 6. Данная конструкция фрезы отличается универсальностью: корпус фрезы с прямыми пазами может быть использован с унифицированными державками, гнезда в которых выполняют в зави 28 симости от требуемых форм и размеров СМП. К недостаткам конструкции следует отнести: - необходимость изменения параметров клина при использовании пластин различной толщины; - крепление каждой из пластин с помощью клина со стороны ее передней поверхности ограничивает возможность создания фрез с числом зубьев z 0,06 Д},; - отсутствуют возможности увеличения размеров канавки для размещения сходящей стружки; - практически невозможно регулирование ножей в осевом направлении.
Фрезы с креплением пластин винтом через отверстие {тип IV). Фреза (рис. 1.12) состоит из корпуса 1, в пазах которого установлены вставки 2 с режущими пластинами 3. Вставки закрепляют клином 4, расположенным в гнезде, образованном выборками в корпусе и во вставке. Клин 4 поджимается винтом 5, ввернутым в его резьбовое отверстие, ось которого параллельна плоскости выборки во ставке 2. Вставка 2 имеет скос в сторону дна паза.
При завинчивании винта последний стягивает клин и вставку, поворачивая при этом ее вокруг боковой плоскости б паза поджимая к опорной плоскости паза корпуса, т.е. в направлении действия силы резания. Такой метод крепления вставок обеспечивает гарантированную жесткость стыков в нагруженной зоне вставки и корпуса, что исключает появление дополнительных вибраций. Расположение клина в гнезде, образованном выборками во вставке и корпусе, способствует размещению большего числа зубьев в корпусе фрезы.
На фрезах могут быть использованы пластины разных форм и размеров, что позволяет получить различную геометрию режущей части. Пластины крепят специальным винтом, который проходит через центральное отверстие пластины и поджимает ее к базовым поверхностям гнезда своей цилиндрической частью или головкой при использовании пластин с задними углами, имеющими центральное отверстие, тороидального сечения. Для повышения качества обработанной поверхности, при использовании пластин с зачищающими фасками, в конструкции предусмотрено регулирование положения ножей в осевом направлении. На выступающем буртике корпуса, в который упирается вставка, выполняют отверстия для установки эксцентрикового ключа, с помощью которого при его повороте производится осевое регулирование вставок с закрепленными пластинами. Точность регулирования может достигать 0,01 мм. Отмеченные положительные особенности конструкции позволили характеризовать данные фрезы как наиболее перспективные.
На основе проведенного анализа конструкций торцовых фрез, выпускаемых предприятиями по производству режущего инструмента, можно констатировать, что их развитие происходит в направлении повышения жесткости. Однако на динамику процесса фрезерования, наряду с жесткостью торцовых фрез, оказывают влияние специфические особенности их конструкции, связанные как с повышением демпфирующей способности, так и устранением причин, вызывающих вибрации. Поэтому перейдем к рассмотрению других эффективных конструкций торцовых фрез, повышающих виброустойчивость процесса фрезерования, а соответственно, обеспечивающих более высокое качество обработанной поверхности, увеличивающих стойкость режущего инструмента и, соответственно, производительность механической обработки.
Повышение виброустойчивости процесса фрезерования может достигаться на основе совершенствования конструкции инструмента. В этом случае в технологической системе используются: - торцовые фрезы с повышенной жесткостью; - фрезы, в конструкции которых имеются элементы, обладающие высокими демпфирующими способностями, или эффект демпфирования достигается конструктивно. Повышение жесткости конструкции торцовой фрезы может обеспечиваться реализацией таких мероприятий, как: - уменьшение количества деталей в конструкции фрезы; - увеличение точности изготовления присоединительных и посадочных поверхностей, в том числе и поверхностей, на которые базируются сменные многогранные пластины; Элементы, обладающие повышенными демпфирующими способностями, могут дополнять уже известные конструкции торцовых фрез. Так, в торцовой фрезе, приведенной на рис. 1.13 [А.С. СССР 87482, МКИ В23сВ23с], таким элементом является резиновая прокладка, установленная между одной из граней державки и корпусом.
Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с переменной жесткостью зубьев
Фазы вращения корпуса 1 и маховика б согласовывают между собой так, что радиальные плоскости корпуса и маховика, имеющие наибольший вылет относительно оси вращения фрезы, совпадают при пересечении ими вектора скорости продольного перемещения фрезы.
В процессе резания зубом фрезы центробежные силы от неуравновешенных масс корпуса и маховика складываются и гасят радиальную составляющую силы резания. При движении зуба в нерабочей зоне усилия от неуравновешенных масс корпуса и маховика стремятся уравновесить друг друга.
В ранее рассмотренных конструкциях торцовых фрез повышение виброустойчивости процесса фрезерования достигалось путем использования дополнительного элемента (или узла), обладающего демпфирующими способностями, или существенного изменения конструкции фрезы. Наряду с этим разработана конструкции торцовой фрезы, в которой повышение виброустойчивости достигается без увеличения количества ее элементов [А.С. СССР 63206]. Устранение вибраций в процессе резания металлов здесь достигается управлением вынуждающей силой при резании. Механизм управления базируется на законе поочередного изменения наклона лезвий фрезы под определенный угол. Такой же эффект обеспечивается в конструкции фрезы с режущими зубьями, имеющими углы в плане, отличающиеся друг от друга [патент RU 2005006 С1, МКИ в23С5/06].
Вместе с тем, процесс торцового фрезерования сопровождается не только вынужденными колебаниями, но и автоколебаниями, связанными с образованием вибрационного следа на поверхности резания. Работа по вибрационному следу имеет место в случае эксплуатации многолезвийных инструментов, в том числе и торцовых фрез, когда последующий зуб срезает с поверхности резания слой с волнистой поверхностью, образованной предыдущим режущим элементом (зубом).
Для устранения вибраций такого вида необходимо устранить причину, вызывающую их, а именно: удалить вибрационный след с поверхности резания, образованный при предыдущем обороте детали. В связи с этим проф. А.И. Кашириным был предложен способ устранения вибраций путем срезания одним из резцов волн, образующихся от другого резца на поверхности резания при начавшихся вибрациях под определенным углом, но при этом создаются различные условия резания на одном и другом резцах за счет различной их геометрии. В частности, углы Х\ и А,2 наклона кромок обоих резцов подбираются так, чтобы удовлетворять неравенству:
Данный способ виброгашения можно применить к многолезвийным инструментам. В таких инструментах, согласно данному способу, лезвия поочередно наклонены как в торцовой плоскости, так и по цилиндрической поверхности с соблюдением вышеуказанного неравенства.
Вместе с тем, для минимизации вибраций торцовых фрез предлагается их изготавливать с неравномерным расположением лезвий [23, 72]. В этом случае снижение вибраций осуществляется, как и в ранее описанном способе, а именно: путем срезания вибрационных следов, расположенных на поверхности резания. Это следует из того, что два-три зуба такой фрезы, имеющие весьма малый по отношению к основной части зубьев окружной шаг, а, следовательно, и наименьшую подачу на зуб, удаляют с поверхности резания вибрационные волны, образованные предыдущими зубьями. Этим в основном и объясняется снижение уровня относительных вибраций фрезы и детали и предотвращение возникновения «регенеративного эффекта». Наряду с этим при использовании торцовых фрез с неравномерным шагом зубьев одновременно снижаются их вынужденные колебания, так как нерегулярные удары лезвий о деталь вызывают колебания, спектр которых близок к «белому шуму».
Оба рассмотренных способа являются весьма эффективными для создания безвибрационных условий резания. Однако для их осуществления в первом случае необходимо знать длину вибрационной волны на поверхности резания и усложнять конструкцию многолезвийного инструмента, а в другом случае - частотную характеристику конкретной технологической системы при заданной скорости резания. Вместе с тем неравномерный шаг зубьев приводит к различным толщинам среза, а следовательно, и к разным силам резания, приходящимся на зубья фрезы. В результате зубья совершают колебания разной амплитуды и оставляют на поверхностях резания вибрационные волны разной длины, которые будут постоянно препятствовать проявлению «регенеративного эффекта» и усилению автоколебаний. Недостатком фрез с нерегулярным шагом является неравномерный износ режущих кромок ввиду различных толщин среза, приходящихся на каждый из зубьев.
Такие методы повышения виброустойчивости как непрерывное изменение скорости и неравномерное расположение зубьев одновременно реализуются в процессе работы ступенчатых торцовых фрез [21], зубья которых имеют неравномерный окружной шаг и устанавливаются в корпусе так, чтобы режущие лезвия каждого из них находились на разных расстояниях от оси вращения и от торца фрезы. При этом зубья фрезы, расположенные на разных радиусах, при постоянной частоте ее вращения осуществляют обработку с разными скоростями резания. В результате ступенчатые торцовые фрезы позволяют практически полностью стабилизировать процесс фрезерования.
Таким образом, для предотвращения возникновения «регенеративного эффекта» разработаны два основных направления. Первое заключается в срезании волн, образованных на поверхности резания при снятии припуска предшествующим зубом фрезы. Второе направление преследует цель создать в процессе обработки условие для получения на поверхности резания , образующихся при каждом из последовательно осуществляемых резов (при фрезеровании) волн неодинаковой длины.
Моделирование процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев
Процесс фрезерования торцовой фрезой происходит при постоянно изменяющейся силе резания, и, следовательно, сопровождается вибрациями, уровень которых можно снизить, используя метод, заключающийся в изменении собственной частоты автоколебательной системы. Учитывая, что собственную частоту системы определяет такой ее параметр как жесткость, то, изменяя ее по определенному закону, можно управлять динамическими характеристиками колебательных процессов.
Для реализации этого метода необходимо решить вопрос о том, как получить изменение параметра жесткости технологической системы при фрезеровании. Известно, что жесткость технологической системы зависит от жесткости всех входящих в нее звеньев, поэтому она вычисляется из выражения: где j-x - жесткость /-го звена. Отсюда следует, что изменять жесткость технологической системы можно посредством изменения жесткости одного из ее звеньев, например, торцовой фрезы. При фрезеровании торцовой фрезой доминирующее влияние на образование вибрационных волн на поверхности резания оказывает жесткость державок зубьев. Следовательно, применяя фрезы, режущие зубья которых имеют равномерный шаг, но различную жесткость/1,,/2,/з, ...,/п в направлении, перпендикулярном их опорным поверхностям, можно снизить вибрации. Фреза состоит из корпуса 1 и зубьев 2 (рис. 1.24).. При этом первый зуб имеет жесткость, равную величинеу і, второй -J2, третий -уз и т.д. Для повышения технологичности изготовления следует принимать разную жесткость не для всех зубьев инструмента при их числе большем четырех, а назначать следующим образом: - при четном числе зубьев, одновременно участвующих в работе, число значений жесткости должно быть нечетным, например, у 1,у2,/з илиу ь yWwVs (рис. 4.1); - -при нечетном числе зубьев - четным, например,/і,7 2, wmji,J2,J3, /4 (рис. 4.1). Чередование зубьев с различной жесткостью осуществляют в соответствии со схемами, приведенными на рис. 4.1. Кроме того, при выборе количества разных жесткостей необходимо учитывать число зубьев фрезы. Теперь рассмотрим возможные пути получения разной жесткости зубьев торцовой фрезы. Размеры вибрационных волн в основном зависят от частоты собственных колебаний (жесткости) державок зубьев. Учитывая, что державка зуба фрезы может быть представлена как балка с одним закрепленным, а другим свободным концом, получаем выражение для частоты ее собственных колебаний: где / - вылет зуба фрезы; т - масса консольной части зуба; E-J- изгибная жесткость зуба фрезы; E - модуль упругости; J - момент инерции площади поперечного сечения державки зуба фрезы. Из выражения для определения частоты собственных колебаний державок зубьев следует, что на их жесткость и длину вибрационной волны оказывают влияние величины Е и J. Однако при конструировании фрез можно использовать три пути получения разной жесткости зубьев: 1) использование материалов с разным модулем упругости Е для державок зубьев; 2) изготовление державок зубьев с разным поперечным сечением для изменения момента инерции J от зуба к зубу; 3) применение державок из наборов пластин, склеенных между собой по плоскостям," параллельным опорной поверхности. Реализацию указанных направлений проследим на иллюстративных примерах. Рассмотрим сначала фрезу, имеющую 8 зубьев, разная жесткость которых получается вследствие использования для державок материалов с разным модулем упругости Е (табл. 4.1). Для повышения технологичности изготовления фрезы с четным числом зубьев число различных значений жесткости зубьев принимаем равным четырем, предполагая, что одновременно в работе участвует нечетное число зубьев. Проследим характер изменения длины вибрационной волны при изменении модуля упругости материала державок зубьев, считая, что они вступают в работу, последовательно один за другим. Обозначим длину вибрационной волны, которую будет образовывать на поверхности резания зуб с державкой из серого чугуна СЧ 15, как 1\. Тогда длина вибрационных волн, полученных при резании другими зубьями, может быть выражена в долях длины волны 1\ (табл.4.2).
Обоснование и выбор характера изменения жесткости зубьев торцовой фрезы
В четвертом опыте (табл. 4.4) использовалась вновь форма треугольника, но с изменением жесткости зубьев фрезы в интервале от 0,8 С0 до 1,2 С0 (рис. 4.12, а), то есть происходило знакопеременное изменение жесткости зубьев относительно номинала С0. Результат моделирования процесса фрезерования оказался по характеру изменения идентичным полученному в предыдущем опыте (рис. 4.11, б). Различие графиков колебаний фрез в этих опытах (рис. 4.11, б и рис. 4.12, б) заключается в том, что огибающая крайних точек размахов в третьем опыте является прямолинейной, а в четвертом - криволинейной. Таким образом, форма (закон) треугольника при знакопеременном изменении жесткости зубьев фрезы - также является неприемлемым. В пятом опыте применяется форма треугольника с основанием, охватывающим все зубья фрезы (табл. 4.4, рис. 4.13, а). При этом применяется дискретное знакопеременное изменение жесткости зубьев в интервале от 0,8 С0 до 1,2 С0, то есть в пределах 40 % от С0. В этой ситуации графики изменения колебаний торцовой фрезы переменной жесткости и стандартной фрезы практически не отличаются (рис.4.13, б и рис.4.8, б). Однако у фрезы переменной жесткости наблюдается ф несколько меньший размах колебаний. Естественно, такой закон изменения жесткости зубьев фрезы применять не следует. Наряду с изложенным проводилось исследование влияния переменной жесткости зубьев на собственную частоту колебания торцовой фрезы. Для этого были рассчитаны и построены амплитудно-частотные характеристики для торцовых фрез с постоянной и переменной жесткостью зубьев (рис.4.14). Из сравнения графиков амплитудно-частотных характеристик (рис.4.14) следует, что при переходе к торцовым фрезам с переменной жесткостью зубьев происходит смещение их собственной частоты в сторону ее увеличения по отношению к собственной частоте стандартной фрезы, имеющей постоянную жесткость зубьев. Полученный результат соответствует данным работам [3], в которой отмечено, что «частота собственных колебаний зависит главным образом от массы, упругости и в малой степени от демпфирующих свойств самой системы». Таким образом, при кусочно-постоянном изменении жесткости зубьев торцовой фрезы происходит относительно небольшое (в условиях примера 5%) увеличение ее собственной частоты, т.е. подсистема инструмента чувствительна к варьированию жесткости зубьев. Известно, что энергия возбуждения колебаний прямо пропорциональна квадрату частоты. Следовательно, сдвиг собственной частоты колебания торцовой фрезы, зубья которой имеют разную жесткость, в сторону ее увеличения повышает виброустойчивость процесса фрезерования. Вместе с тем переменную жесткость можно получить, изменяя размеры поперечного сечения державки зуба торцовой фрезы, выполняя в ней два симметричных паза определенной глубины. Рассмотрим методику определения глубины пазов в державках зубьев торцовой фрезы. В вопросе выбора между стандартными торцовыми фрезами (с постоянной жесткостью зубьев) и фрезами с переменной жесткостью зубьев решающее значение имеет качество обработанной поверхности и экономичность обработки. Качество плоской поверхности, полученной фрезерованием при одинаковых режимах резания, определяется в основном уровнем виброустойчивости как инструмента (торцовой фрезы), так и процесса фрезерования [43, 61]. Процесс фрезерования поверхностей торцовыми фрезами с переменной жесткостью зубьев характеризуется, в отличии от использования фрез стандартной конструкции, меньшим (1,5...2 раза) размахом изменения динамической компоненты силы резания, т.е. является более виброустойчивым. Наряду с этим необходимо учитывать, что торцовые фрезы с переменной жесткостью имеют размах колебаний зубьев в 3 раза меньший, чем зубья стандартной фрезы. Поэтому шероховатость поверхности, обработанной торцовой фрезой с переменной жесткостью зубьев, будет меньше, чем при использовании фрезы стандартной конструкции [61]. Вместе с тем, известно [26], что при обеспечении безвибрационного режима фрезерования стойкость инструмента возрастает в 3-4 раза, т.е. стойкость торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев в 3-4 раза больше, чем стандартных. При более высокой стойкости торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев снижаются следующие затраты на фрезерную операцию, связанные с: - уменьшением количества замен инструмента и его наладок; - сокращением расхода инструментального материала; - уменьшением времени простоя оборудования и рабочего, а соответственно, доли амортизационных отчислений и заработной платы в себестоимости выпускаемой продукции.
Вместе с тем, для изготовления торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев требуются относительно небольшие затраты на доработку конструкции стандартной фрезы. Они связаны, например, с получением пазов разной глубины на державках зубьев торцовых фрез или с изготовлением державок из материалов с разным модулем упругости.
Следовательно, экономический эффект от внедрения торцовых фрез с переменной жесткостью зубьев зависит от объема затрат на доработку державок зубьев стандартной фрезы и величины снижения затрат на изготовление продукции при эксплуатации данных фрез в основном производстве.
В заключение следует отметить, что во всех случаях выбор между простым и сложным инструментом состоит в достижении максимальной производительности [18] при одновременном обеспечении требуемой точности обработки [43]. Поэтому, используя торцовую фрезу с переменной жесткостью зубьев и ужесточив режимы резания, можно повысить производительность обработки при том же качестве обработанной поверхности и стойкости инструмента.
