Повышение виброустойчивости фрезерования на основе использования торцовых фрез переменной жесткости

• Автор: Фролов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 161 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССА ТОРЦОВОГО

ФРЕЗЕРОВАНИЯ

1.1. Особенности процесса торцового фрезерования

1.2. Анализ динамических характеристик конструкций торцовых

фрез
1.3. Повышение виброустойчивости процесса фрезерования на основе совершенствования конструкций торцовых фрез

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ С ПОСТОЯННОЙ И ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

ЗУБЬЕВ
2.1. Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с постоянной жесткостью зубьев
2.2. Математическая модель процесса изгибных колебаний фрезы с переменной жесткостью зубьев
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ЗУБЬЕВ
ФРЕЗЫ НА ДИНАМИКУ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ
3.1. Математическая модель процесса изменения силы резания фрезой, оснащенной зубьями с переменной жесткостью
3.2. Моделирование процесса изменения силы резания при обработке поверхностей торцовыми фрезами с постоянной и переменной жесткостью зубьев
3.3. Сравнение вибраций зубьев фрез с постоянной и переменной жесткостью
Выводы

4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ С
ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ЗУБЬЕВ ..;
4.1. Методы получения разной жесткости зубьев торцовой фрезы
4.2. Обоснование и выбор характера изменения жесткости зубьев
торцовой фрезы
4.3. Технико-экономические особенности торцовых фрез с переменной
жесткостью зубьев
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список используемых источников
Приложение

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.

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.
При этом согласно [23], шаги зубьев выбираются из диапазона, ограниченного минимальным и максимальным расстояниями между зубьями, исходя из условия минимальной вибрации торцовой фрезы. При оптимальном неравномерном расположении зубьев происходит резкое уменьшение общей энергии вибрации этих фрез по отношению к энергии вибрации фрез с равномерно расположенными зубьями.