автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Влияние конструкции режущей части концевой фрезы на динамику процесса фрезерования

На правах рукописи

ГОРОДНИЧЕВ Сергей Владимирович

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ КОНЦЕВОЙ ФРЕЗЫ НА ДИНАМИКУ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 - "Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула - 1996

Работа выполнена на кафедре "Инструментальные и метрологические системы" Тульского государственного университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.Е.Протасьев

Официальные оппоненты - Лауреат Государственной премии,

доктор технических наук, профессор А.С.ВЕРЕЩАКА

кандидат технических наук Е.Ф.Моисеев

Ведущее предприятие - ГП "Штамп"

Защита диссертации состоится 27 июня 1996 г. в 14.00 часов в 9 учебном корпусе, ауд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01 Тульского государственного университета (300600, г.Тула, пр. Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан 27 мая 1996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к. т.н.

Е.И.Федин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Фрезерование концеЕыми 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:

1. Результаты исследований особенностей динамики процесса фрезерования концевыми фрезами обычной конструкции.

2. Результаты исследований влияния вылета концевой фрезы на силу резания и ее динамическую составляющую.

3. Эмпирические зависимости силы резания и ее динамической составляющей от режимов резания и вылета концевой фрезы.

4. Математическую модель силы резания и ее динамической составляющей при фрезеровании плоскости концевой фрезой.

5. Результаты исследований зависимости динамики процесса фрезерования концевыми фрезами со стружкоразделительными канавками от их шага.

6. 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.

1. 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.

2. 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.

1. Разработана математическая модель динамической составляющей силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой, позволяющая на этапе проектирования технологической операции производить необходимые динамические расчеты.

2. Получена математическая зависимость для определения оптимального шага канавок, которая рекомендуется для применения при проектировании концевых фрез.

3. 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.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложения. Работа содержит 113 страниц машинописного текста, 67 рисунков, список использованных источников из 90 наименований и 2 страницы приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ"}

Во введении обоснована актуальность темы работы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе представлен анализ конструкции концевых фрез с волнистой режущей кромкой и концевых фрез со стружкоразделительными канавками на периферийных режущих кромках, которые обеспечивают дробление стружки и снижение усилия резания, а также уменьшают уровень вибраций подсистемы заготовки и повышают качество обработанной поверхности. В связи с этим рассмотрены геометрические параметры концевых фрез указанных выше конструкций.

Проведенный анализ показал: 1. Для концевых фрез с волнистыми режущими кромками установлены геометрические параметры волнообразной режущей кромки, а именно: период синусоиды больше 0,26 и амплитуда синусоиды меньше 0,2<1. Здесь с] - диаметр фрезы. Следовательно, дополнительные исследования данной конструкции инструмента не требуются. 2. Шаг стружкоразделительных канавок для зарубежных конструкций концевых фрез не оговаривается, а для концевых обдирочных фрез (ГОСТ 15086-69) принимается в зависимости от их диаметра. Вместе с тем, в литературных источниках отсутствуют данные о рациональной величине шагов стружкоразделительных канавок, степени их влияния на силу резания, ее динамическую составляющую, спектральный состав силы резания и качество обработки.

Не разработана математическая модель динамической составляющей силы резания при фрезеровании концевой фрезой, удобная для применения при проектировании технологических процессов в производственных условиях.

5Автор выражает благодарность к.т.н., доц. кафедры ИМС ТулГУ Ушакову М.В. за консультации при выполнении экспериментальных исследований.

В литературных источниках приведены неоднозначные данные о составе спектра силы резания при фрезеровании стандартными концевыми фрезами без стружкоразделительных канавок, а именно: в одних источниках утверждается, что динамическая составляющая силы резания изменяется на частоте прохождения зубьев фрезы через зону резания, а в других, что колебания силы резания происходят на частоте вращения фрезы и зубцовой частоте.

На основе проведенного обзора литературных источников в работе решались следующие задачи:

1. Исследование динамики процесса фрезерования плоскостей стандартными, без стружкоразделительных канавок, концевыми фрезами.

2. Исследование спектра возмущающих сил при фрезеровании концевыми фрезами.

3. Определение закона изменения динамической компоненты силы резания при фрезеровании концевыми фрезами.

4. Экспериментальное исследование динамики процесса фрезерования плоскостей концевыми фрезами со стружкоразделительными канавками, расположенными на периферийных режущих кромках.

5. Определение оптимального шага стружкоразделительных канавок.

6. Исследование влияния стружкоразделительных канавок на качество поверхности, получаемой при фрезеровании концевыми фрезами.

Во втором разделе установлено влияние режимов резания на характер изменения силы резания и состав ее спектра. Для измерения силы резания при фрезеровании концевыми фрезами использовалась экспериментальная установка на базе горизонтально-фрезерного станка модели 6Т83Ш-29 и комплекта виброизмерительной аппаратуры фирмы "Брюль и Къер" (Дания). В процессе испытаний применялись концевые фрезы из быстрорежущей стали Р6М5 с четырьмя винтовыми зубьями. Диаметр концевых фрез в большинстве случаев обработки заготовки из стали 45 составлял 40 мм. Фрезерование осуществлялось без применения СОЖ. В процессе фрезерования регистрировались сила резания и ее динамическая составляющая (рис.1). В процессе анализа полученных временных характеристик силы резания и ее динамической компоненты установлено, что кривые изменения силы резания при фрезеровании плоскости периферийными

зубьями концевой фрезы характеризуются экстремально большими значениям при частоте, соответствующей частоте вращения концевой фрезы (рис.1).

Очевидно, это обусловлено влиянием радиального биения конце-еой фрезы, которая увеличивает пиковое значение силы резания на оборотной частоте. Кроме того, на временных характеристиках видно, что наряду с пиковыми значениями силы на частоте вращения концевой фрезы содержатся пики меньшей величины, соответствующей зубцовой частоте.

Для определения состава частотного спектра динамической компоненты силы резания проводился спектральный анализ ее сигналов на анализаторе фирмы "Брюль и Кьер" модели 2034 следующих диапазонах частот: 0-25 Гц и 0-3200 Гц. Для идентификации частот, содержащихся в спектре силы резания, возникающей при фрезеровании плоскости концевой фрезой, при помощи виброизмерительной аппаратуры фирмы "Брюль и Кьер" были установлены собственные частоты изгибных колебаний концевой фрезы и других элементов технологической системы. Типичный график спектральной плотности мощности динамической компоненты силы резания для низкочастотной области приведен на рис.2. Он подтверждает периодический характер изменения силы резания. Причем доминирующей является гармоника на частоте, соответствующей частоте вращения фрезы. Одновременно в исследуемом спектре содержатся гармоники зубцовой частоты, определяемой частотой вращения и количеством зубьев фрезы, мощность которых почти на порядок меньше мощности гармоник на оборотной частоте фрезы, обусловленной наличием радиального биения концевой фрезы.

На основе полученных экспериментальных данных получены графики, устанавливающие зависимость спектральной плотности мощности гармоник динамической составляющей силы резания при фрезеровании концевой фрезой на оборотной и зубцовой частотах от минутной подачи (рис.3, а).

Установлено, что мощность гармоники на зубцовой частоте в 2.5-7 раз меньше мощности гармоники на частоте вращения фрезы. Мощность гармоник на первой и второй собственных частотах изгибных колебаний фрезы на один - два порядка ниже, чем для гармоник, соответствующих оборотной частоте.

Вместе с тем, выявлено, что при повышении скорости резания,

а)

01 TIME СН.А Y: 250U

X: 0.00ms + SO 0m 9

INPUT REF Y: H5U

X: 174.56ms AX: O.OOme

ЗаЦ

200

х: • 29U iS.SSa*

V^1 Ч-

¡0» loom iBOai 200a 290a 300a 390a

490a 'T 500a

6)

wll TIME CH.B 7: 50. OU

X: O.OOma ♦ 500ms

REAL, INPUT

REP Y: 16.3U x: 39S . 72<ne ¿X: 239 .26me

О 80a 100a 150a 200a 250a 300a 390a 400a 450a 500a

Рис.1. Типичные осциллограммы изменения силы резания (а) и ее динамической составляющей (б), возникающих в процессе фрезерования плоскости концевой фрезой

wM INST SPEC CH.B MAS у; 1 .50kU«/Hz PSO LIN X: O.OOOHr +• 50Hz LIN

[BaHflBL.

INPUT DELT Y: 905(nU2/Hz .

X: 16.437Hz I

ДХ: i.ooohz ¿TOTAL: 21.4U&

: 1.llkl ■ /Hi

1Л9ЦЗ/Нг

1 i t

>0 13 20 S3 30

40 48 f~ 50

A'

Рис.2. Типичный график спектральной плотности мощности силы резания, возникающей в процессе фрезерования плоскости концевой фрезой

Г 10 -

а)

В

(М>% woo ¡00 600 700 600 ¡00 wo

; то 200

20 w SO SO 100 120 т ISO W 200 220 Vs

мм/мин

б)

■В (Mi/Гц 1 ISOO

да то да да т

600 700

soo ¡00 w т гоо юо

<0 20 ¡0 43 ¡0 i0 70 60 s0 100 НО ¡20 Ш ПО \

(¿.ми ;

Рис.3. Графики зависимости спектральной плотности мощности-гармоник динамической составляющей силы резания при фрезеровании плоскости концевой фрезой: а) от минутной подачи; б) от вылета инструмента; • 1 - на оборотной частоте фрезы; 2 - на зубцовой частоте фрезы

мощность гармоник, соответствующих оборотной, зубцовой частоте и первой собственной частоте изгибных колебаний фрезы уменьшается в два раза. В то же время, увеличение подачи с 63 мм/мин до 250 мм/мин приводит к незначительному изменению мощности гармоник силы резания на первой и второй собственной частоте. Одновременное уменьшение глубины и скорости резания вызывает увеличение в 1.5 -2 раза мощности гармоник силы резания на оборотной и зубцовой частотах, а мощность высокочастотных гармоник, соответствующих первой и второй частотам изгибных колебаний концевой фрезы практически не меняется.

Следовательно, увеличение минутной подачи и подачи на зуб концеЕой фрезы приводит к значительному (почти до трех раз) снижению мощности гармоник вблизи оборотной частоты и одновременно к относительно небольшому (в 1.25 раза) повышению мощности гармоник на зубцовой частоте. При этом мощность гармоники на оборотной частоте превышает мощность гармоники на зубцовой частоте в три раза, а не на порядок, как при малых значениях минутной подачи. Гармоники силы резания на первой и второй собственной частоте изгибных колебаний концевой фрезы имеют весьма низкую мощность, не превышающую 0.5 даН/Гц.

Таким образом, проведенные исследования показали, что из-за влияния радиального биения фрезы спектр силы резания сдвигается от частоты прохождения зубьев через зону резания к частоте вращения шпинделя. Это может оказывать вредное влияние на процесс резания, поскольку доминирующими в спектре силы резания становятся более низкочастотные гармоники.

В связи с тем, что отсутствуют данные о степени влияния вылета фрезы на снижение силы резания и ее динамической составляющей, в работе исследована взаимосвязь характера изменения силы резания, состава ее спектра и вибраций в технологической системе с вылетом концевой фрезы.

Показано, что с увеличением расстояния от торца шпинделя до участка режущей части, принимающего участие в снятии припуска с заготовки, с 96 мм до 141 мм максимальное значение силы резания уменьшается в 1,25-1,3 раза.

В процессе исследований спектральной области установлено, что с увеличением вылета фрезы спектральная плотность мощности гармоник на частоте прохождения зубьев через зону резания убывает

незначительно, а на частоте вращения фрезы - наоборот, резко снижается (рис.3,6).

Результаты, полученные во временной и частотной областях, свидетельствуют о том, что в процессе фрезерования плоских поверхностей концевыми фрезами происходит суперпозиция радиального биения и деформации фрезы, приводящая к уменьшению глубины резания и подачи на зуб, а соответственно, к снижению силы резания и ее динамической составляющей. Однако, запись виброускорений заготовки показала, что при увеличении вылета фрезы происходит рост размаха колебаний виброускорений как в направлении силы подачи, так и вдоль оси фрезы. Следовательно, вылет фрезы оказывает отрицательное влияние на виброустойчивость заготовки.

Наряду с этим исследовался механизм поломки концевой фрезы. Установлено, что на поломку фрезы доминирующее влияние оказывает не сила резания, а деформация режущей части концевой фрезы. Показано, что ввиду малой жесткости фрезы и ее неспособности работать на большом вылете с заданной подачей (режимами резания), происходит накопление несрезанной части припуска, которая оказывает воздействие на фрезу, изгибая ее. Непрерывное от оборота к обороту концевой фрезы увеличение несрезанной части припуска приводит к образованию деформации режущей части, превышающей допустимую величину, и поломке фрезы.

С помощью многофакторного дисперсионного анализа установлены эмпирические зависимости силы резания Pz, ее динамической соста-валющей Pza, которые возникают при фрезеровании плоской поверхности концевой фрезой, от элементов режима резания в следующем виде:

1340-Sz0, 39-t0'76

Pz = y07Í46 ; (1)

458-Sz°-13-t °-43

Pzd = уО. 063 : (2)

где Sz - подача на зуб; t - глубина резания; V - скорость резания.

Анализ математических моделей (1) и (2) показывает, что при работе концевыми фрезами из быстрорежущей стали наибольшее влияние на размах колебаний динамической составляющей силы резания

оказывают подача на зуб, немного меньшее - глубина резания и наименьшее, практически несущественное, - скорость резания.

Аналогично получены экспоненциальные зависимости для определения силы резания и ее динамической составляющей при фрезеровании плоскости концевой фрезой не только от элементов режима резания (глубины резания и подачи на зуб), но и параметра l2/i, учитывающего одновременно диаметр концевой фрезы и ее вылет:

2414-S2°-33-t °-47 1421 •Sz0-55^0-76

Pz = (l2/i)°<12 : Pzd = (l2/i)0-12 '

Здесь 1 - вылет концевой фрезы; i = /J/F, где J - момент инерции поперечного сечения режущей части фрезы; F - площадь поперечного сечения режущей части фрезы.

Зависимости позволяют технологу определять силу резания и ее динамическую составляющую для конкретного параметра (l2/i), учитывающего одновременно диаметр фрезы и ее вылет.

В третьем разделе разработана математическая модель силы резания при фрезеровании плоской поверхности концевой фрезы и установлен закон изменения ее динамической составляющей.

В процессе анализа временных и спектральных характеристик силы резания при фрезеровании концевой фрезой установлено, что доминирующие колебания динамической составляющей силы резания происходят на частоте вращения фрезы и вызываются ее радиальным биением и связанными с ним изменениями глубины резания и подачи на зуб. Степень влияния биения фрезы на динамическую составляющую силы резания определяется законом изменения смещения д зуба фрезы относительно его номинального положения:

Д = е(1 - cos wt) ; (3)

где е - величина смещения оси симметрии фрезы относительно оси вращения шпинделя; ш - угловая скорость вращения фрезы, с-1; х -текущее время, с.

Цикл полного изменения смещения д совершается за один оборот концевой фрезы (рис.4). Поэтому при определении влияния биения фрезы на силу резания ограничимся рассмотрением одного оборота,

а)

б)

г--(Я-е)

Рис.4. Влияние биения фрезы на траекторию движения зубьев: а - расчетная схема для определения смещения Д; б - траектории движения зубьев

т.е. силу резания представим в виде последовательности импульсов определенной формы.

Очевидно, в течение оборота фрезы виду ее биения, будет происходить изменение глубины резания и подачи на зуб, а следовательно, и силы резания, в соответствии с косинусоидальным законом изменения смещения д зубьев.

Тогда математическую модель динамической составляющей силы резания можно представить функцией:

Pzd СО = Pza(l " COS tot), (4)

где Pza - амплитудное значение силы резания.

Проверка модели (4) на адекватность показала, что расхождение между вычисленными и измеренными значениями силы резания колеблется в пределах от 9 % до 15 %. Следовательно, характер изменения динамической составляющей силы резания может быть описан при помощи данной модели. Максимальные отклонения реального импульса динамической составляющей силы резания от косинусоидально-го закона зафиксированы на осциллограммах в местах расположения всплесков, соответствующих моментам прохождения зубьев через зону резания (рис.1).

В процессе исследований установлено, что сила резания представляет собой суперпозицию статической (Pz min) и динамической (Pzd) составляющих, а именно:

PzCO = Pz min + Pzd (t). (5)

На основе выражения (5) получена математическая модель для определения силы резания:

Р .fх.Rn.7.С^ Р .fx.Rn.7

Чз t к •¿•ь 2 min ьр'1 -а l

PzCO = -—Tj--KMP + -—"й—Кмр X

x (Syz max " Syz min)'(1 - COS wt), (6)

или после проведения ряда преобразований имеем:

Pz(T) = " 2D4•nw 'KMP'C2Syz min +

+ (Syz max - Sy2 min)■(1 - COS ut)3, (7)

где t - глубина резания, мм; В - ширина фрезерования, мм; Z -число зубьев; D - диаметр концевой фрезы, мм; п - частота вращения фрезы, об/мин;КМр - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала; Ср - коэффициент, зависящий от материала режущей части инструмента и материала заготовки (Ср = 68,2); х, у, n, q, W - показатели степени, зависящие от материала режущей части инструмента и материала заготовки (для концевой фрезы из быстрорежущей стали: X = 0,86; у = 0,72; q = 0,86; n = 1; W = =0); S2 mm; Sz max ~ соответственно, минимальная и максимальная подача на один зуб (Sz min = Sz).

Полученная математическая модель позволяет установить закон изменения силы резания для конкретных условий фрезерования плоскости концевой фрезы. В частности, закон изменения динамической составляющей силы резания может использоваться для динамических расчетов элементов технологической системы.

Четвертый раздел посвящен исследованию особенностей процессов фрезерования концевыми фрезами со стружкораз-делительными канавками, выполненными на периферийных режущих кромках (рис.5).

В процессе экспериментов рассмотрено влияние шага стружко-разделительных каналов на силу резания и ее динамическую составляющую. Показано, что при фрезеровании плоскости концевыми фрезами со стружкоразделительными канавками максимальная сила резания в зависимости от шага канавок уменьшается в 1,25-2 раза (рис.6). Максимальное снижение силы резания достигается при оптимальном шаге стружкоразделительных канавок. Установлено, что оптимальный шаг стружкоразделительных канавок на периферийных режущих кромках концевой фрезы зависит от диаметра инструмента. На основе проведенных экспериментов найдена зависимость для определения оптимального значения шага SoriTi стружкоразделительных канавок для концевой фрезы диаметра Di, а именно:

SonTi = 18 lfi)i/40.

Рис.5. Схема установки концевой фрезы

со стружкоразделительными канавками относительно заготовки

Рис.6. Графики зависимости нормированных значений силы резания от шага стружкоразделительных канавок, выполненных на концевых фрезах диаметром: I - 14 ММ; II - 20 мм; III - 40 мм

Вместе с тем выявлено, что оптимальная величина шага струж-коразделителъных канавок на периферийных режущих кромках возрастает с увеличением диаметра концевой фрезы (рис.6).

Проведено сравнение спектров, которое показало, что введение в конструкцию режущей части фрезы стружкоразделительных канаво? на периферийных режущих кромках приводит к изменению спектра силь резания и ее динамической составляющей, а именно:

- уменьшаются составляющие на частоте вращения фрезы для всех шагов стружкоразделительных канавок (для оптимального шагг - в 2 раза);

- резко снижается спектральная плотность мощности гармония на частоте прохождения зубьев фрезы через зону резания.

Рассмотрены причины снижения силы резания при использовании концевых фрез со стружкоразделительными канавками.

Исследовано влияние стружкоразделительных канавок на уровень вибраций подсистемы заготовки и качество обработанной поверхности.

ВЫВОДЫ

1. В результате спектрального анализа установлено, что спектр динамической составляющей силы резания содержит гармоники на частоте вращения фрезы, частоте прохождения зубьев через зону резания, первой и второй собственных частотах изгибных колебаний фрезы. Низкочастотная компонента спектра силы резания, соответствующая частоте вращения фрезы, является доминирующей при фрезеровании плоскости концевой фрезой. Это подтверждается и видом временных характеристик динамической составляющей силы резания, имеющих максимальные значения на частоте вращения фрезы, что обусловлено наличием радиального биения фрезы.

2. Экспериментально установлено, что при наличии биения концевой фрезы разница в мощности гармоник на частоте вращения фрезы и зубцовой частоте находится в обратно пропорциональной зависимости от величины минутной подачи. С уменьшением минутной подачи влияние радиального биения концевой фрезы на сдвиг частот проявляется заметнее.

3. Показано, что деформация подсистемы инструмента при большом вылете концевой фрезы сглаживает влияние радиального биения,

уменьшает пиковые значения силы резания и размах ее динамической составляющей. Однако, большой вылет концевой фрезы может привести, ввиду ее неспособности работать в этих условиях с заданной подачей на зуб, к деформации, превышающей допустимую величину, и поломке режущей части фрезы.

4. На основе проведенных экспериментальных исследований разработана математическая модель силы резания, адекватно отражающая реальное возмущающее воздействие, имеющее место при фрезеровании плоскости концевой фрезой. Показано, что изменение динамической составляющей силы резания подчиняется косинусоидальному закону.

5. Экспериментально установлено, что концевые фрезы со стружкоразделительными канавками позволяют в зависимости от величины шага канавок, снизить силу резания в 1.25-2 раза. При этом для каждого диаметра концевой фрезы существует оптимальный шаг стружкоразделительных канавок, при котором наблюдается снижение силы резания почти в два раза. Показано, что размах колебаний динамической составляющей силы резания, возникающий при фрезеровании плоскости концевой фрезой со стружкоразделительными канавками в 1.7 раза ниже, чем при работе фрезами обычной конструкции.

6. В результате спектрального анализа установлено, что введение в конструкцию режущей части концевой фрезы стружкоразделительных канавок приводит к изменению спектра силы резания и ее динамической составляющей, а именно:

- уменьшились составляющие на частоте вращения фрезы для всех шагов стружкоразделительных канавок (для оптимального шага -в 2 раза);

- резко снизилась спектральная плотность мощности гармоник на частоте прохождения зубьев фрезы через зону резания.

7. На основе выполненных экспериментальных исследований, установлено, что оптимальный шаг стружкоразделительных канавок на периферийных режущих кромках концевой фрезы зависит от диаметра инструмента. Получена математическая зависимость для определения оптимального шага канавок, которая рекомендуется для применении при проектировании концевых фрез.

8. Установлено, что процесс обработки фрезами со стружкоразделительными канавками сопровождается меньшим уровнем вибраций подсистемы заготовки, чем в случае использования концевых фрез обычной конструкции. Показано, что применение концевых фрез со

стружкоразделительными канавками на периферийных режущих кромках оказывает положительное влияние на качество поверхности, снижая уровень ее шероховатости.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ушаков М.В., Городничев C.B. Экспериментальная установка для определения собственных частот колебаний элементов технологической системы при фрезеровании // Режущие инструменты и метрологические аспекты их производства: Сб. научн. тр. - Тула: ТулГУ, 1995. - С. 118-121.

2. Ушаков М.В., Городничев C.B. Экспериментальная установка для измерения статической и динамической составляющих силы резания при фрезеровании // Технология механической обработки и сборки: Сб. научн. тр. - Тула: ТулГУ, 1995. - С. 164-167.

3. Васин Л.А., Ушаков М.В., Городничев C.B. Модель силы резания при фрезеровании плоскости концевыми фрезами. - М., 1996. -7 с. - Деп. в ВИНИТИ, N 1515-В96.

4. Васин Л.А., Ушаков М.В., Городничев C.B. Влияние стружко-разделительных канавок, выполненных на периферийных режущих кромках концевой фрезы на уровень вибраций подсистемы заготовки. -М., 1996. - 7 с. - Деп. в ВИНИТИ N 1516-В96.

Подписано к печати 24.05.96. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага типогр. N 2. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,1. Усл. кр.-отт. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ N 463.

Тульский государственный университет.

300600, г.Тула, пр.Ленина, 92.

Подразделение оперативной полиграфии Тульского

государственного университета. 300600,г.Тула.ул.Болдина,151.