Способы фрезоточения

Оглавление

Введение 2

Точение вращающимся резцом. 3

Зуботочение. 5

Волновая лезвийная обработка. 6

Фрезоточение. Типовые технологические процессы. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

     Группа способов фрезоточения, которые получили свое развитие от обработки заготовок типа тел вращения вращающимся резцом, занимает промежуточное положение между точением и фрезерованием (см. рис. 1.4) и характеризуется двумя соизмеримыми по скорости вращательными движениями инструмента и заготовки.  Фрезоточение является разновидностью точения многолезвийным вращающимся резцом. Несущественные отличия заключаются в использовании стандартных фрез и расположении осей вращения заготовки и инструмента. Преимущества фрезерования, заключающиеся в постоянном обновлении режущих лезвий и делении стружки, использованы в токарной обработке фрезами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точение вращающимся резцом.

 

Сущность способа  заключается в том, что резцу  помимо поступательного движения вдоль  заготовки сообщается вращение вокруг своей оси. Ось вращения резца  может быть перпендикулярной или  наклонной к оси заготовки. При  вращении резца со скоростью vB и поступательном перемещении со скоростью vC его лезвия 1, 2, 3, 4 ... (рис. 4.9) описывают циклоиды относительно неподвижной поверхности заготовки, а при вращении последней абсолютные траектории представляют винтовые циклоиды (рис. 4.9, а). Эти траектории, как и при фрезеровании, описываются системой уравнений (3.1), но при точении меняется содержание параметров среза (рис. 4.9, б). Толщина среза а определяется перемещением S режущего лезвия вдоль оси заготовки за ее один оборот, а ширина среза b - изменением глубины резания ty зависящей от угла резца φ в плане и угла θ поворота режущего лезвия: 

Для принудительного  вращения резца разработано множество  редукторов с присоединительными размерами  к суппорту токарного станка. Основные требования, предъявляемые к редуктору: жесткость и безза-зорность кинематической цепи, возможность регулирования частоты вращения. Таким требованиям отвечает червячный редуктор с регулируемым электродвигателем или гидромотором.  
В ряде случаев для вращения многолезвийного резца или фрезы целесообразно использовать привод подач станка. Рассмотрим пример конструкции. На цилиндрической цапфе поперечного суппорта / установлен резцедержатель 2 (рис. 4.10). В опоре скольжения на упорном подшипнике качения установлен вал-шестерня 3. На посадочной шейке вала-шестерни крепится многолезвийный резец 4, дополнительно поджимаемый к опорной поверхности вала винтом 5 через шарик.  
Такая конструкция обеспечивает высокую жесткость и устойчивость резца. Привод вращения включает вал-шестерню 6, находящуюся в зацеплении с шестерней J, коническую шестерню 7, установленную на другом конце вала б и находящуюся в зацеплении с ведущей конической шестерней 8 винта поперечного движения подачи Р. При передаче вращения на резец кулачковая муфта в приводе винта поперечной подачи (на рис. 4.10 не показана) размыкает винт с конической шестерней 8, которая свободно вращается от конической шестерни 1O входного вала.  
В резцедержателе 2 предусмотрены пазы для установки неподвижных резцов 11. Устройство состоит из минимума деталей, имеет короткую кинематическую цепь и высокую жесткость. Затраты времени на демонтаж устройства и установку обычного резцедержателя не превышают 30 мин. 

При применении этого устройства производительность обработки увеличивается в 1,8-2 раза по сравнению с обычной токарной обработкой. В случае необходимости  резец затормаживается и осуществляет точение без вращения. Лезвия перераспределяют припуск для черновой и чистовой обработки и срезают его, как  при обычном продольном точении. 

В качестве неподвижного многолезвийного резца  можно использовать долбяк или торцовую фрезу, непригодные по прямому назначению вследствие поломки хотя бы одного зуба или потери точности после многократных переточек. Точение осуществляют оставшимися целыми зубьями с помощью простого приспособления к резцедержателю суппорта. 

Зуботочение.

 

Способы точения вращающимся резцом применимы  к специальным видам обработки  специальными режущими инструментами, например к зубонарезанию. Показательной в этом отношении является зубообработка обкатными резцами, впервые разработанная в нашей стране Ю.С. Цвисом и неточно названная в свое время зуботочением (рис. 4.11, а). В действительности способ соответствует зубофрезерова-нию, т.е. обкаточный резец 2 вращается со скоростью резания Vф и перемещается со скоростью Vs вдоль нарезаемого зуба, а заготовка 1 вращается со скоростью круговой подачи VT, согласованной с вращением резца по соотношению чисел зубьев. 

Более эффективным и производительным является способ зуботоче-ния долбяком, ось вращения которого параллельна оси вращения заготовки. Заготовка 1 получает вращение с высокой частотой n, определяющей скорость резания, а долбяк 2 в зацеплении с нарезаемым зубчатым венцом Z2 - согласованное вращение nД = n z2 / zД и движение  
подачи Ds вдоль зуба (рис. 4.11, б). Результирующая скорость резания Vе (без учета скорости подачи) имеет наибольшее значение при входе зуба долбяка в заготовку и равна нулю в положении зуба на линии центров дол-  
бяка и заготовки Vе = VД + VT. В положении зуба долбяка на линии центров угод γ= 0°, VД = VT и Vе = 0. С увеличением угла γ по мере удаления зуба от линии центров относительная скорость скольжения возрастает. 

Сопоставление следов обработки зубьев - траекторий резания, соответствующих результирующей скорости, показывает характерные отличия  трех основных способов зубонарезания. При зубодолблении следы расположены прямолинейно вдоль зуба со смещением SK по контуру зуба (рис. 4.11, в), при зубофрезеровании - волнообразно со смещением SZ по контуру зуба и шагу S вдоль зуба (рис. 4.11, г), при зуботочении - эквидистантно контуру зуба со смещением S вдоль зуба (рис. 4.11, д). 

Волновая  лезвийная обработка.

 

Волновая  обработка характеризуется вращением  заготовки и волновым движением  инструмента и в зависимости  от соотношения скоростей движения может соответствовать точению, фрезоточению или фрезерованию. 

Сущность  способа заключается в следующем. На гибком кольце из высокопрочной  стали /, закрепленном неподвижно на корпусе  инструментальной бабки, установлены резцы 2 (рис. 4.15, а). Гибкое кольцо сдеформировано в овал генератором 3 с роликами 4. Для ввода инструмента в отверстие заготовки 5 генератор повернут в зону кольца, свободную от резцов. В этом случае резцы отходят от внутренней поверхности заготовки в положение, соответствующее малой оси овала. Обработка происходит при вращении заготовки 5 с частотой сот и генератора 3 с частотой сог, создающего на гибком кольце / с резцами бегущую волну деформации с той же частотой (рис. 4.15, б). Процесс резания при волновой обработке имитирует волновую зубчатую передачу, в которой вместо гибкого колеса используется режущий инструмент, а вместо жесткого колеса установлена заготовка. Относительное скольжение режущих лезвий по поверхности заготовки определяет скорость резания. 

 

Преимущества волновой обработки перед другими способами  резания заключаются в оптимальных  соотношениях скоростей заготовки  и генератора, высокой демпфируемости (виброустойчивости) процесса резания, взаимоуравновешенности радиальных составляющих сил резания, от которых разгружены шпиндели заготовки и инструмента, уменьшении адгезионного воздействия материала заготовки и улучшении отвода мелкой стружки благодаря волновому движению режущих лезвий. Волновая обработка наиболее целесообразна для некруглых отверстий. Переменный радиальный ход резцов задается профильным кулачком, воздействующим непосредственно на ползуны или на управляемый клапан давления р масла в гидросистеме привода ползунов. 

Фрезоточение. Типовые технологические процессы.

 

    При сообщении заготовке скорости резания (KT = Vx/ Уф > 10) уменьшается динамическая сила при врезании зубьев фрезы. Процесс резания соответствует точению фрезой. Зависимость стойкости фрезы от времени резания показывает, что время контакта режущего зуба при точении фрезой на порядок выше, чем при фрезеровании, но не соответствует оптимальному значению (см. рис. 2.2). 

     Наиболее эффективный способ находится в промежуточной зоне между фрезерованием и точением фрезой. Анализ компоновок шпинделей заготовки и инструмента показывает, что наибольшую жесткость и наименьшие габаритные размеры станка обеспечивает взаимно перпендикулярное расположение их осей. 

    Рассмотрим фрезоточение торцовой фрезой 1, имеющей z зубьев и установленной на глубину припуска t перпендикулярно к оси заготовки 2 (рис. 4.12, а). Фрезе 1 сообщают движение подачи Ds и вращение с частотой nф, а заготовке 2 - вращение с частотой n, определяющие равные, но противоположно направленные в зоне резания (точка А) скорости Vф и Vx. Таким образом, скорости фрезы и заготовки по абсолютному значению составляют половину скорости резания: Vф = Vt = = ve/2, kT = 1. 

На противоположной стороне  контакта фрезы с заготовкой скорости Vx и Vф однонаправлены, что исключает относительное скольжение зубьев 3 фрезы 1 по обработанной поверхности, уменьшая их износ. По сравнению с известным способом фрезерования заготовок типа тел вращения частота вращения фрезы для той же скорости резания при фрезоточении снижается в 2 раза, и, следовательно, снижаются динамические нагрузки на привод инструмента. 

Максимальная кинематическая погрешность формы ∆max(рис. 4.12, б) определяется отклонением текущего радиуса заготовки при перемещении зуба фрезы из точки А в точку В, соответствующим повороту фрезы на половину углового шага зубьев θ/2. 

Из треугольника AOB

В действительности погрешность  формы будет значительно меньше, так как по одному и тому же участку  обрабатываемой поверхности зубья  фрезы проходят многократно. Каждый зуб 3 фрезы 1 имеет параллельную обрабатываемой поверхности калибрующую кромку шириной b, которая превышает значение подачи S. Это позволяет калибровать обработанный участок zk =b/ S зубьями при движении фрезы. При смещении траекторий зубьев за следующий оборот заготовки на угол ξ происходит срезание неровностей, оставшихся после обработки предыдущими зубьями, что ведет к уменьшению максимальной погрешности ∆max.

Если число зубьев, обрабатывающих каждый участок поверхности заготовки, например AB, соответствующий половине приведенного углового шага θ = P/ г0, равно zk, то погрешность  

При z = 1 получаем формулу  для ∆max. Значение ξ вычисляется из соотношения ξ / 2 = π — Pzk/I (г0 i), где i = ωT / ωф.

Условием работы на участке AB всех z-калибрующих зубьев является S<b/(zk-1). 

Задаваясь допустимой погрешностью [∆] < ∆min, определим подачу из выражения (4.14):

Максимальная толщина  среза a = 2 π r0 isin ξ/z, ширина среза b = Si/z.

Способ позволяет с  высокой производительностью обрабатывать заготовки типа валов, при этом стойкость  инструмента повышается вследствие равномерного изнашивания по длине  режущей кромки зубьев и исключения относительного скольжения при вспомогательном  ходе зубьев. При данном способе  мощность, потребляемая на резание, равномерно распределяется между приводами  вращения заготовки и фрезы. 

Разновидностью фрезоточения является ротационное строгание (рис. 4.13), разработанное в Грузинском политехническом институте . Ротационное строгание осуществляется при вращениях заготовки 1 с окружной скоростью vT и рото-строгальной головки 2 со скоростью vB. На торце резцовой головки радиально расположены широкие строгальные ножи 3, производящие периодическое строгание поверхности заготовки.  Ротострогальная головка полностью перекрывает заготовку, и поэтому каждый нож срезает припуск по всей ее длине. Ширина среза примерно в 8-12 раз больше, чем глубина снимаемого слоя. Необходимым условием работы строгальной головки является превышение скорости ножей vB над скоростью заготовки vT, ибо результирующая скорость резания в зоне контакта ножа с заготовкой изменяется алгебраически от суммы до разности составляющих скоростей инструмента и заготовки. 

Достоинствами ротострогания являются: свободное резание, бегущий контакт ножа по длине режущей кромки с заготовкой, малый и равномерный нагрев режущей кромки по длине, равномерное резание вследствие одновременной работы нескольких ножей. Компоновочная схема обеспечивает компенсацию касательных составляющих сил резания и высокую жесткость технологической системы станка. 

В настоящее время создан промышленный образец ротострогально-го станка для обработки заготовок диаметром до 400 мм и длиной до 1 м. Ротострогальная головка диаметром 800 мм оснащена десятью ножами и имеет привод, обеспечивающий крутящий момент до 60 кНм. Ротационное строгание особенно эффективно при обработке прокатных валков из труднообрабатываемых и жаростойких сталей, отливок из отбеленных чугунов, титановых сплавов. Для обдирки крупных заготовок рекомендуется нагрев в диапазоне 870 ... 1010 К. Производительность обработки повышается более чем в 10 раз при значительной экономии режущего инструмента. 

Способ ротационного строгания  вращающимися чашечными резцами  был предложен в начале 1960-х  годов и назван авторами «Flowpeeling». В переводе с английского - «снятие кожуры». Действительно, два принудительно вращающихся инструментальных ролика, установленных с противоположных сторон заготовки, снимают при вращении заготовки припуск, похожий по форме на кожуру очищаемого банана. По сравнению с неподвижными резцами ротострогальной головки вращающиеся инструментальные ролики имеют более высокую стойкость. Кроме того, способ универсален, так как размеры инструмента не зависят от длины обрабатываемой заготовки. По этой схеме на Коломенском заводе тяжелого станкостроения был изготовлен слиткообдирочный станок мод. MA1809, предназначенный для обработки слитков диаметром до 280 мм и длиной до 1200 мм. Производительность станка в 4-5 раз выше производительности обычных слиткообдирочных станков. 

Замена инструментальных роликов с непрерывной режущей  кромкой на фрезы позволяет эффективно дробить стружку. Способ обработки соответствует фрезотокарному строганию или фрезоточению в зависимости от соотношения скоростей заготовки и инструмента Рациональное применение фрезоточения на универсальных и с программным управлением токарных станках возможно с использованием приспособления с самовращающейся торцовой фрезой (рис. 4.14). Фреза 1, установленная на оправке 2 с коническим хвостовиком в шпинделе 3, приводится во вращение со скоростью Vф от заготовки 4, вращающейся со скоростью vT. Шпиндель установлен на подшипниках качения в корпусе 5, который крепится в резцедержателе 6 суппорта станка. Резцедержатель разворачивается на угол ρф и получает продольное перемещение с подачей Vs. Припуск зубьями фрезы срезается короткими участками с сечением, определяемым зависимостями (4.10) и (4.11). Скорость резания равна разности окружных скоростей заготовки и фрезы. .