Введение к работе
Актуальность проблемы.
Фрезерование концєеьіми фрезами находит широкое применение в машиностроении при выполнении многих операций черновой и чистовой обработки. Процесс фрезерования характеризуется прерывистостью резания и мгновенно изменяющейся толщиной среза, что приводит к возникновению колебаний силы резания, которые в свою очередь вызывают нежелательные вибрации в технологической системе, высокую шероховатость обработанной поверхности и поломку инструмента. Для повышения качества поверхности и производительности механической обработки необходимо располагать моделями силы резания, достоверно описывающими процесс фрезерования.
Одновременно, модель силы резания должна быть удобной для использования при проектировании виброустойчивых технологических процессов, режущего инструмента и металлорежущих станков в производственных условиях.
Существующие математические модели динамической составляющей силы резания, как правило, содержит величины, которые следует определять из экспериментов. Данные модели хороши для описания процесса фрезерования при проведении исследований, однако они не приемлемы для производственных условий.
Вместе с тем, неоднозначны литературные данные о составе спектра силы резания при фрезеровании концевыми фрезами, а именно: в одних источниках утверждается, что динамическая составляющая силы резания изменяется на частоте прохождения зубьев через зону резания , а в других, что колебания силы резания происходят на частоте вращения фрезы и зубцовой частоте.
В связи с этим, возникает необходимость исследования характера изменения силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой и установления доминирующей частоты ее изменения, и построение на этой основе математической модели силы резания, включающей в себя постоянную и динамическую составляющие, пригодной для использования в условиях производства. Вместе с тем, не менее важно установить степень влияния вылета концевой фрезы на величину динамической составляющей силы резания, а также выявить причины поломки инструмента при работе с большим вылетом.
Одним из способов повышения виброустойчивости процесса фре-
зерования является применение концевых фрез со стружкораздели-тельными канавками на периферийных режущих кромках. Однако, в литературных источниках отсутствуют данные о рациональной величине шагов стружкоразделительных канавок, степени их влияния на силу резания и ее динамическую составляющую при фрезеровании, а также спектральный состав силы резания и качество обработки.
Учитывая вышеизложенное, исследование динамики процесса фрезерования концевым фрезами как обычной конструкции, так и со стружкоразделительными канавками на периферийных режущих кромках, является актуальным.
Цель работы.
Целью работы является повышение виброустойчивости процесса фрезерования плоскостей концевыми фрезами со стружкоразделитель-ными канавками на периферийных режущих кромках и качества обработанной поверхности.
Автор защищает:
-
Результаты исследований особенностей динамики процесса фрезерования концевыми фрезами обычной конструкции.
-
Результаты исследований влияния вылета концевой фрезы на силу резания и ее динамическую составляющую.
-
Эмпирические зависимости силы резания и ее динамической составляющей от режимов резания и вылета концевой фрезы.
-
Математическую модель силы резания и ее динамической составляющей при фрезеровании плоскости концевой фрезой.
-
Результаты исследований зависимости динамики процесса фрезерования концевыми фрезами со стружкоразделительными канавками от их шага.
-
Математическую зависимость для определения оптимального шага стружкоразделительных канавок на периферийных режущих кромках концевой фрезы.
Общая методика исследований. При выполнении работы использованы основные положения теории колебаний и устойчивости систем, динамики станков, теории резания металлов, технологии машиностроения, теории вероятности и математического моделирования, теории гармонического анализа. Экспериментальная проверка результатов исследования производилась с помощью современной зарубежной виброизмерительной аппаратуры фирмы "Брюль и Кьер" (Дания).
Научная новизна.
-
Получена математическая модель силы резания при фрезеровании плоских поверхностей концевой фрезой и установлен закон изменения ее динамической составляющей. Доказано, что низкочастотная компонента спектра силы резания, соответствующая частоте вращения фрезы, является доминирующей при фрезеровании плоской поверхности концевой фрезой. Установлены эмпирические формулы, определяющие зависимость динамической составляющей силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой от режимов резания и вылета инструмента.
-
Установлено, что оптимальный шаг стружкоразделительных канавок на периферийных режущих кромках концевой фрезы зависит от диаметра инструмента.
Разработана математическая зависимость для определения оптимального шага стружкоразделительных канавок.
Практическая ценность.
-
Разработана математическая модель динамической составляющей силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой, позволяющая на этапе проектирования технологической операции производить необходимые динамические расчеты.
-
Получена математическая зависимость для определения оптимального шага канавок, которая рекомендуется для применения при проектировании концевых фрез.
-
Установлено незначительное снижение шероховатости обработанной поверхности при использовании концевых фрез со стружкораз-делительными канавками.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены на двух научно-технических конференциях ТулГУ (1995, 1996 гг.).
Реализация работы.
Отдельные положения работы приняты к промышленному внедрению на АО "Туламашзавод" (Математическая модель динамической составляющей силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой) и ГНПП "Сплав" г.Тулы (Математическая зависимость для определения оптимального шага стружкоразделительных канавок).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 4 статьи.
- б -
Структура и объем работы.
Похожие диссертации на Влияние конструкции режущей части концевой фрезы на динамику процесса фрезерования
