3.3. Технология обработки на фрезерных станках

Фрезерование — один из наиболее распространенных способов механиче­ской обработки.

При обработке поверхностей фрезерованием главным движением резания является вращение фрезы, а обрабатываемой заготовке или инструменту сооб­щается поступательное движение по прямой, окружности или заданной траекто­рии (подача).

Фрезерованием обрабатывают:

• плоские открытые горизонтальные, вертикальные и наклонные поверхности;

• прямоугольные выступы и полуоткрытые поверхности;

• наружные и внутренние контуры деталей;

• сквозные и глухие закрытые поверхности;

• сложноконтурные выступающие поверхности;

• сложноконтурные углубления;

• прямолинейные и криволинейные пазы с постоянной и переменной глубиной;

• отверстия и наружные поверхности вращения;

• унифицированные элементы деталей (резьбы, шлицы, зубчатые венцы и др.).

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image26.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image26.jpeg" \* MERGEFORMAT

Различают два вида фрезерования: встречное (рис. 3.21, а), когда фреза вра­щается против направления подачи, и попутное (рис. 3.21, б), особенностью ко­торого является вращение инструмента в направлении подачи. При первом виде фрезерования толщина срезаемого слоя увеличивается от нуля до максимума. При втором способе толщина срезаемого слоя постепенно уменьшается от мак­симального значения до нуля.

Встречное фрезерование происходит более равномерно, так как при пере­мещении зуба толщина срезаемого слоя плавно нарастает. При попутном фрезе­ровании обработка сопровождается ударами, возникающими в момент входа зуба в обрабатываемый материал. Этот вид фрезерования можно применять при достаточной жесткости инструмента и станка, а также наличии в последнем уст­ройств для устранения люфтов в приводах подач. От вида фрезерования зависит направление результирующей силы Р, отжимающей фрезу при резании и влияющей на значение и характер погрешности обработки (рис. 3.21, в).

Ниже перечислены достоинства встречного фрезерования:

• более высокая прямолинейность обрабатываемых стенок и углов, обу­словленная особенностями действия сил резания;

• не требуется устранения зазоров в приводах подач, характерных для уни­версальных станков;

• большая плавность резания, связанная с постепенным увеличением сече­ния срезаемого слоя.

К достоинствам попутного фрезерования следует отнести:

• меньшее выделение теплоты;

• большую стойкость инструмента;

• меньшую шероховатость поверхности;

• меньшие нагрузки на шпиндель станка.

Сменные неперетачиваемые пластины лучше работают при попутном фре­зеровании. Их стойкость при встречном фрезеровании иногда падает по сравне­нию с попутным в несколько раз. Это особенно заметно при обработке титано­вых и жаропрочных сплавов.

Различают цилиндрическое и торцовое фрезерование. При цилиндрическом фрезеровании ось фрезы располагается параллельно обработанной поверхности, а при торцовом — перпендикулярно.

В общем случае фреза может быть наклонена к обработанной поверхности под произвольным углом, что происходит, например, при обработке концевыми фрезами.

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глуби­на резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования (рис. 3.22).

Глубиной резания t является толщина слоя металла, удаляемого за про­ход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, из­меренное по нормали к последней). При цилиндрическом фрезеровании она измеряется в направлении, перпендикулярном оси вращения фрезы, а при торцовом — в осевом.

Под шириной фрезерования В понимают ширину обрабатываемой поверх­ности. При цилиндрическом фрезеровании она определяет длину активно рабо­тающих режущих кромок, а следовательно, силы и мощность резания.

Под скоростью резания V подразумевается окружная скорость режущих лез­вий фрезы:

где D_ф — диаметр фрезы, мм; n — частота вращения фрезы, мин^-1.

При фрезеровании различают три вида подач:

• подача в минуту (или минутная подача, S_М, мм/мин) — скорость переме­щения инструмента относительно заготовки в направлении подачи;

• подача на оборот фрезы (S_o, мм/об) — перемещение заготовки или инст­румента в направлении подачи 5 за время одного оборота фрезы;

• подача на зуб (S_z, мм/зуб) — перемещение заготовки или инструмента в направлении подачи за время поворота фрезы на один зуб;

Эти подачи связаны между собой зависимостью

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image28.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image28.jpeg" \* MERGEFORMAT

где Z— число зубьев фрезы.

Обработку протяженных плоских открытых поверхностей выполняют ци­линдрическими, торцовыми и иногда концевыми фрезами.

Фрезерование торцовыми фрезами более производительно, чем цилиндри­ческими, кроме того, шероховатость обработанной поверхности значительно меньше, чем при фрезеровании цилиндрическими. В серийном производстве при обработке плоских поверхностей, особенно крупногабаритных корпусных дета­лей, преимущественно применяют торцовое фрезерование, используя при этом фрезы большого диаметра со вставными резцами (ножами) или со сменными пластинками (рис. 3.23).

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image30.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image30.jpeg" \* MERGEFORMAT

В обычных условиях точность обработки при фрезеровании достигает 8 -11-го квалитета, а при скоростном и тонком фрезеровании — 6-7-го. Торцовые фрезы могут иметь цилиндрический или конический хвостовик (их выпускают диамет­ромD = 32...80 мм) или насадной корпус, крепящийся к оправке с хвостовиком (D = 50...500 мм). Наиболее широко применяют торцовые фрезы диаметром D = 80... 150 мм (90 % всех выпускаемых торцовых фрез).

Д иаметр фрезы выбирают исходя из размеров обрабатываемой поверхности с учетом возможностей станка и его рабочей зоны. При обработке всей поверх­ности за один ход диаметр фрезы рекомендуется принимать равнымD = (1,2... 1,5)В (рис. 3.24). Поверхности больших размеров могут обрабатываться за несколько проходов (рис. 3.24, а). При обработке на станках с ЧПУ иногда целесообразно выполнять черновую обработку поверхности за один проход с перемещением фрезы по двум координатам (рис. 3.24, б)

При работе торцовыми или концевыми фрезами различают симметричное и несимметричное резание. При симметричном резании ось фрезы совпадает с плоскостью симметрии обрабатываемой поверхности, а при несимметричном — не совпадает.

Некоторые распространенные формы пластин, используемых в сборных торцовых фрезах, приведены на рис. 3.25.

Фрезы с углом в плане 90° рекомендуется использовать при обработке тон­костенных нежестких заготовок и для получения прямоугольных выступов. Фре­зы с углом в плане 45° имеют большую стойкость, чем первые, за счет умень­шения толщины стружки и увеличения длины режущей кромки, участвующей в процессе обработки. Фрезы с круглыми пластинами обладают высокой проч­ностью режущих кромок.

Зубья фрез могут устанавливаться на разных диаметрах и уровнях по высо­те. Кроме того, для снижения шероховатости при обработке с большими пода­чами предусматривают зачистную пластину, имеющую режущую кромку, па­раллельную обработанной поверхности (рис. 3.26). Обычно зачистная пластина выступает относительно режущих пластин на 0,05 мм.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image32.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image32.jpeg" \* MERGEFORMAT

Установку пластин выполняют с использованием специальных приспо­соблений, оснащенных индикаторами часового типа (рис. 3.27) или упорами.

Т орцовое фрезерование выполняют инструментом с разным числом зубьев. Фрезы с уменьшенным количеством зубьев используют при недостаточной мощности и жесткости станка, а также при необходимости больших вылетов инструмента. Напротив, фрезы с боль­шим числом зубьев рекомендуются для обработки на жестких станках с боль­шой мощностью привода главного дви­жения. При одинаковой подаче на зубобработка такими фрезами более производи­тельна.

Чистовая обработка плоских протяжен­ных поверхностей может выполняться однозубым инструментом, который называют «ле­тающим резцом» (рис. 3.28).

Многие операции фрезерования выпол­няют концевыми фрезами различной конст­рукции. Концевые фрезы могут быть цель­ными, сделанными из быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Такие фрезы разной дли­ны обычно имеют 2-6 зубьев с углом подъема канавки 30...45 (рис. 3.29).

Для черновой обработки используют концевые фрезы со стружкоразделительными канавками или волнистой режущей кромкой, что обеспечивает разделение стружки и снижение сил резания. Кроме того, широкое применение получили сборные фрезы, имеющие один или несколько рядов режущих пластин (рис. 3.30).

На рис. 3.31 приведены некоторые виды фрезерных работ, выполняемых концевыми фрезами. При их использовании возможно как цилиндрическое, так и торцовое фрезерование. Цилиндрическое — при обработке контуров боковой поверхностью инструмента. Часто съем материала с заготовки осуществляется одновременно боковой и торцовой поверхностями концевых фрез.

Фрезерование с осевой подачей инструмента (рис. 3.31, ё) используется для производительной предварительной обработки, когда требуется удалить боль­шие объемы материала. Оно применяется для черновой выборки прямоугольных уступов, пазов, фасонных углублений и выступов. По сравнению с обычным фрезерованием отсутствует или минимальна радиальная (изгибающая) нагрузка на инструмент. Поскольку жесткость фрезы в осевом направлении на порядок выше, чем в радиальном, появляется возможность резкого увеличения произво­дительности съема материала. Фрезерование с осевой подачей особенно эффективно для обработки вязких высокопрочных материалов, в частности титановых и никелевых сплавов.

Фрезерование широко используют для получения пазов, фасок, ребер, про­фильных элементов различной формы.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image36.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image36.jpeg" \* MERGEFORMAT

Фрезы для обработки пазов отличаются специальной геометрией и более жесткими допусками по диаметру, необходимыми для обеспечения точности.

Обработку прямоугольных пазов выполняют за один или несколько проходов (рис. 3.32). Черновая обработка широких пазов на оборудовании с ЧПУ может выполняться с разбивкой.

Шпоночные пазы под призматические шпонки обрабатывают концевыми (шпоночными) фрезами начерно на полную глубину, а затем выполняют чисто­вое встречное фрезерование по контуру (рис. 3.33).

Сегментные шпоночные канавки делают специальными дисковыми фрезами.

Пазы сложной формы (Т-образные, «ласточкин хвост», «елочка») получают специальными фрезами (рис. 3.34).

Для глубоких сквозных пазов используют дисковые пазовые трехсторонние фрезы (рис. 3.35).

Особой сложностью и ответственностью отличается обработка тонкостен­ных элементов. Чтобы уменьшить их деформацию, съем материала можно про­изводить концевыми фрезами по схеме, показанной на рис. 3.36. В данном слу­чае последовательное многопроходное удаление материала с разных сторон стенки обеспечивает повышение жесткости обработки. Окончательно форма стенки доводится чистовым фрезерованием на м ягких режимах.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image38.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image38.jpeg" \* MERGEFORMAT

П ри фрезеровании глубоких колодцев и ступенек применяют сборный инст­румент с переходниками требуемого размера (рис. 3.37).

Для снятия фасок (рис. 3.38) могут использоваться торцовые фрезы и концевые фрезы с заточкой режущих кромок, обеспечивающих обработку под углами в плане 45 или 60°. Для этих целей применяют также однозубые концевые фрезы, в том числе с регулируемым углом в плане. Для получения радиусных фасок служат фрезы со специальной заточкой.

Производительность и эффективность фрезерования в значительной степени зависят от конструкции и технологических возможностей фрезерного станка. В авиадвигателестроении применяют фрезерные станки различных типов: горизон­тальные, вертикальные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные, фрезерные автоматы и станки с ЧПУ. На рис. 3.39 приведены компоновки распространенных конструкций широкоуниверсального и горизонтально-фрезерного станков, позво­ляющих выполнять различные фрезерные работы. Широкоуниверсальные фрезерные станки могут работать с горизонтальным, наклонным или вертикальным расположением одного или двух шпинделей при обработке средних по раз­меру деталей разной формы цилиндрическими, дисковыми, торцовыми фрезами и набором их. Такие станки оснащают большим количеством принадлежностей: угловыми и круглыми сто­лами, тисками, делительными головками и сто­лами и др. Станки находят применение в усло­виях единичного и серийного производства.

Горизонтально-фрезерные консольные стан­ки применяют при обработке цилиндрически­ми, угловыми и фасонными фрезами плоских ифасонных поверхностей заготовок из различных материалов. Могут также ис­пользоваться торцовые и концевые фрезы. Универсальные станки этого вида имеют возможность установки дополнительных сменных шестерен, формирую­щих кинематическую цепь, связывающую движение стола с поворотом дели­тельной головки, что позволяет вести обработку винтовых канавок на цилинд­рических поверхностях.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image40.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image40.jpeg" \* MERGEFORMAT

Реже применяют продольно-фрезерные станки, рассчитанные на обработку плоскостей с двух или трех сторон при изготовлении крупногабаритных корпус­ных деталей.

На универсальных фрезерных станках с ручным управлением в настоящее время в основном выполняют черновую предварительную обработку и опера­ции, не требующие сложных перемещений и частой смены инструмента. Полу­чистовую и чистовую обработку деталей, требующих многоинструментальной фрезерной обработки или имеющих элементы сложной формы, производят на станках с ЧПУ.

Технологические возможности обработки на фрезерных станках с ЧПУ оп­ределяются количеством управляемых координат, которые одновременно ис­пользуют для выполнения данной операции. Различают 2,5-; 3-; 4-; 5- и 6-координатную обработку. При 2,5-координатной обработке одновременно переме­щение производится по двум осям (ХУ, XZ или YZ). Третья координата в этом случае требуется для выполнения установочных перемещений (подвода и отвода инструмента). 2,5-координатное фрезерование применяют для обработки пло­ских поверхностей, перпендикулярных оси инструмента, или контуров, стенки которых повторяют профиль образующей инструмента. Фрезерование с одно­временным управлением перемещениями по трем координатам позволяет полу­чать сложные поверхности, форма которых допускает обработку с параллель­ными направлениями в пространстве оси инструмента и воображаемой или ре­альной оси заготовки. Остальные разновидности многокоординатной фрезерной обработки используют в специализированных технологических процессах (об­работка лопаток компрессоров ГТД, крыльчаток, моноколес), где есть поверхно­сти исключительно сложной формы, для фрезерования которых требуются по­вороты детали или инструмента одновременно по нескольким осям.

В зависимости от условий подвода инструмента к заготовке выделяют от­крытые, полуоткрытые и закрытые зоны обработки. К числу открытых относят зоны, не налагающие ограничений на перемещения инструмента вдоль его оси либо в плоскости, перпендикулярной этой оси. У зон полуоткрытого типа суще­ствуют границы перемещения инструмента. У закрытых зон такие границы замкнуты. При программировании фрезерной обработки зон различного вида используют типовые схемы технологических переходов, определяющие правила построения траектории инструмента.

На рис. 3.40 приведены схемы 2,5-координатной обработки открытых по­верхностей концевыми фрезами. Такая обработка может быть выполнена по разным типовым схемам, основными из которых являются «зигзаг» (рис. 3.40, а)и «петля» (рис. 3.40, б). Зигзаг используют при черновой обработке, поскольку в этом случае происходит как встречное, так и попутное фрезерование, что вслед­ствие разной направленности сил резания вызывает образование характерных ступенек. Схему «петля» целесообразно применять при чистовой обработке.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image41.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image41.jpeg" \* MERGEFORMAT

Для черновой обработки полуоткрытых поверхностей используют схему «лента», а для чистовой — «петля» (рис. 3.41).

Для обработки закрытых поверхностей применяют схему «виток» (рис. 3.42, а). Особенность обработки закрытых поверхностей заключается в необходимости вертикального ввода инструмента в обрабатываемую поверхность. Поскольку фрезы с числом зубьев более двух не допускают прямого вертикального врезания на значительную глубину, его выполняют в процессе перемещения инструмента сподачей (рис. 3.42, б). Угол врезания а зависит от конструктивных особенностей и заточки фрезы. Он указывается в пас­порте инструмента. Иногда для обработ­ки закрытых поверхностей производят предварительное засверливание, обеспе­чивающее вертикальный ввод фрезы.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image42.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image42.jpeg" \* MERGEFORMAT

Фрезерование контуров (рис. 3.43) выполняется концевыми фрезами. Инст­румент подводится к обрабатываемой заготовке и перемещается эквидистантно обрабатываемому контуру. Контуры мо­гут быть наружными и внутренними.

Обычно обработка производится в условиях, когда ось фрезы параллельна оси контура, однако иногда приходится обрабатывать контуры, например объемных кулачков, с изменением положения (наклоном) оси инструмента или поворотом оси заготовки. Контуры с наклонными стенками могут быть получены при обра­ботке специальными коническими концевыми фрезами.

В процессе фрезерования на инструмент действуют силы резания, постоян­но изменяющиеся как по значению, так и направлению. В ряде случаев такие изменения носят скачкообразный характер, что особенно неблагоприятно сказы­вается на точности обработки.

При подготовке операций контурного фрезерования особое внимание уде­ляется условиям врезания и отвода инструмента. При обработке контуров с вы­сокими требованиями по точности важно выполнять чистовую обработку, имея равномерный припуск, поэтому предусматривают этап чернового фрезерования. Во избежание «зарезов» контура врезание в заготовку при чистовой обработке должно производиться так, чтобы сила резания плавно увеличивалась, прибли­жаясь к значению, характерному для рабочего участка. Это обеспечивается вво­дом инструмента по касательной к обрабатываемому контуру (рис. 3.44).

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image44.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image44.jpeg" \* MERGEFORMAT

При создании управляющих программ необходимо учитывать особенности обработки отдельных элементов контура. В частности, на участках с резким из­менением направления движения инструмента, когда уменьшается сечение сре­заемого слоя и, как следствие, сила резания, наблюдаются искажения контура, или «зарезы». Чтобы уменьшить влияние этого фактора, обработку выполняют фрезами, имеющими радиус, меньший чем минимальный радиус сопряжения поверхностей. При этом вектор скорости подачи будет изменяться плавно (рис. 3.45, а), а не резко (рис. 3.45, б). Для обеспечения технологичности детали внутренние сопряжения должны выполняться с одинаковыми, типовыми для данного контура или детали, радиусами, при этом выдерживается определенное соотношение между радиусом инструмента и радиусом на контуре.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image45.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image45.jpeg" \* MERGEFORMAT

Следует учитывать, что даже при чистовых режимах контурного фрезерова­ния концевыми фрезами, осуществляемых с минимальным припуском и малой подачей, погрешности, вызываемые упругой деформацией технологической сис­темы, в которой наиболее слабым элементом обычно является инструмент, мо­гут быть значительными. При фрезеровании снижение производительности для получения точности не всегда дает желаемый результат.

Обработка контуров, а также наружных и внутренних поверхностей враще­ния (рис. 3.46) может выполняться с перемещением фрезы по спирали.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image46.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image46.jpeg" \* MERGEFORMAT

Обработка сложных поверхностей выполняется последовательным переме­щением инструмента по системе строк (контуров), образуемых расчетной точ­кой, находящейся на периферийной части инструмента (рис. 3.47). Количество и положение этих контуров назначается в зависимости от требуемой точности об­работки, формы и размеров инструмента.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image47.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image47.jpeg" \* MERGEFORMAT

В авиационном двигателестроении фрезерование широко используется для обработки таких сложных деталей, как лопатки компрессора, крыльчатки и мо­ноколеса. Одним из примеров, иллюстрирующих технологические возможности фрезерования поверхностей сложной формы, является обработка межлопаточ­ных каналов моноколес (блисков) (рис. 3.48).

К технологическим факторам и условиям, влияющим на точность и качество поверхностей лопаток моноколес, относят форму, размеры и свойства материала заготовки, способы установки заготовки, тип и материал инструмента, режимы резания, траекторию перемещения инструмента, значения припусков на полу­чистовую и чистовую операции.

Технологический процесс обработки моноколеса с формообразованием лопаток фрезерованием содер­жит множество этапов, в частности подготовку управляющих программ на основе математической модели изделия (рис. 3.49, а), визуализацию обработки и отлаживание управляющей программы (рис. 3.49, б), непосредственно фрезерование на 5-6-координатных специализированных станках, контроль профиля ло­паток и ступицы на контрольно-измерительной ма­шине, доводку.

Типовая стратегия фрезерования лопаток содер­жит этапы:

• черновой выборки межлопаточных каналов;

• получистовой обработки профиля пера лопатки;

• чистовой обработки профиля пера лопатки;

• чистовой обработки радиусов сопряжения сту­пицы и пера лопатки.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image49.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image49.jpeg" \* MERGEFORMAT

На черновой операции удаляется -70 % припуска. Черновое фрезерование титановых сплавов производится при скоростях резания, достигающих 100 м/мин. На получистовых операциях обеспечивается равномерный припуск, необходи­мый для выполнения чистовой обработки. Чистовая обработка выполняется при скоростях резания -500 м/мин. При этом целесообразно использовать сфериче­ские фрезы, наклоненные к обрабатываемой поверхности под углом 10... 15°, и выполнять обработку по схеме попутного фрезерования.

Типовая стратегия может быть эффективной при обработке сравнительно коротких жестких лопаток. В других случаях требуется применение специаль­ных технологических приемов, обеспечивающих жесткость обработки.

Для повышения эффективности обработки фрезерованием тонких протя­женных лопаток используют следующие стратегии обработки.

Стратегия 1:

• черновая выборка межлопаточных каналов (фрезерованием, струйной резкой);

• заливка межлопаточных каналов жестким пластиком;

• чистовое фрезерование.

В зависимости от требований к точности лопаток и их геометрических характе­ристик возможно использование нескольких этапов заливки и фрезерования.

Стратегия 2:

• последовательное выполнение переходов по черновой выборке на опреде­ленную глубину всех межлопаточных каналов и чистового фрезерования части лопаток на этой глубине (рис. 3.50);

• многократное повторение черновых и чистовых переходов до достижения полной высоты лопаток.

Э та стратегия позволяет обрабатывать моноколеса с тонкостенными длинными лопатками без использования заливки каналов. Число этапов такой обработки зависит от жесткости лопаток и технологических режимов обра­ботки.

Стратегия 3:

• черновая выборка межлопаточных каналов (фрезерованием, струйной резкой);

• заливка межлопаточных каналов жестким пластиком;

• чистовое фрезерование всех лопаток на определенную глубину;

• многократное повторение чистовых переходов до завершения обработки лопаток на полную высоту.

Такой подход позволяет использовать производительные способы черновой обработки межлопаточных каналов, например струйно-абразивную резку, и из­бежать промежуточных заливок каналов жестким пластиком. Глубина удаляе­мого за один этап слоя зависит не только от геометрических размеров лопаток и технологических режимов обработки, но дополнительно от свойств материала заливки.

Одним из важных факторов, определяющих эффективность формообразова­ния лопаток моноколес фрезерованием, является режущий инструмент. Для чис­товой обработки, выполняемой в условияхвысокоскоростного резания, исполь­зуют монолитные твердосплавные концевые фрезы. Некоторые фирмы (HAAS, ANCA, SAFAG) предлагают специализированные 7-8-координатные заточные станки, позволяющие изготавливать, перетачивать и контролировать инструмент непосредственно на предприятии без затрат времени на его заказ и доставку. Заготовками для фрез служат прутки из твердого сплава. Специальное про­граммное обеспечение позволяет изготавливать цилиндрические и конические концевые фрезы со сферической рабочей частью, требуемым числом стружеч­ных канавок и геометрией режущих кромок.

В современном машиностроении применяется широкая номенклатура фре­зерных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров, обеспечивающих изготовле­ние деталей различной формы, размеров и назначения. Фрезерные станки с ЧПУ могут иметь вертикальную или горизонтальную компоновку шпиндельного узла (рис. 3.51). На некоторых станках (рис. 3.52) предусмотрена возможность изме­нения положения шпинделя с вертикального на горизонтальное. Многокоорди­натные станки имеют устройства программного изменения положения шпин­дельного узла и рабочего стола. Рабочие столы таких станков часто выполняют сменными (рис. 3.53), что позволяет существенно расширить технологическиевозможности обработки деталей. Многие фрезерные станки с ЧПУ оснащают устройствами автоматической смены инструмента.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image51.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image51.jpeg" \* MERGEFORMAT

Все шире применяют станки для высокоскоростного фрезерования, имею­щие частоту вращения шпинделя до 30000 мин^-1. Их обычно используют для изготовления корпусных деталей из алюминиевых сплавов, деталей из полимер­ных композиционных материалов, графитовых электродов для электроэрозион­ной и электрохимической обработки.

Крупными производителями фрезерных станков и обрабатывающих центров с ЧПУ считаются фирмы DECKEL МАНО, HERMLE, MILLTURN, L1ECHTIENGINEERINGAG.

В условиях серийного производства применяют специальные приспособле­ния для обработки конкретной заготовки или группы заготовок.

Станочные тиски могут иметь кроме винтовых зажимные элементы в виде эксцентриков, пневматических камер, гидравлических цилиндров, пружин, рычагов и т. п.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image52.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image52.jpeg" \* MERGEFORMAT

Различают тиски неповоротные и поворотные относительно двух взаимно перпендикулярных осей. Тиски обеспечивают надежное, быстрое за­крепление заготовки при малых собственных размерах и высокой жесткости. Известны тиски с одной подвижной губкой, самоцентрирующие (с двумя под­вижными губками), с плавающими губками и др. В ряде случаев применяют специальные губки, выполненные по форме зажимной поверхности для закреп­ления заготовок сложной формы (цилиндрических, для лопаток турбин). Иногда используют специальные одно- и многопозиционные тиски (рис. 3.54, а), обес­печивающие постоянную силу зажима и установку на столе станка по несколь­ким поверхностям. Для зажима заготовок сложной формы могут использоваться специальные тиски MagicVise (рис. 3.54, б), оснащенные гидравлическими губ­ками, в которых зажим производится посредством систем, соединенных между собой каналами плунжеров.

На поворотных столах (рис. 3.55) и делительных головках выполняют обра­ботку поверхностей вращения, систем пазов и других конструктивных элемен­тов, ориентация которых может быть обеспечена поворотом детали.

Столы имеют шкалы, обеспечивающие поворот на заданный угол, пазы или отверстия для базирования и крепления заготовок. Поворот стола выполняется вручную, посредством рукояток, или от электропривода. Выпускают столы,обеспечивающие поворот по программе, задаваемой отдельным специальным контроллером.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image53.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image53.jpeg" \* MERGEFORMAT

Делительные головки предназначены для разделения окружности заготовки на равные или неравные части, обработки винтовых поверхностей различной крутизны. Крепление заготовки осуществляют в патроне, цанге или центрах.

Делительные головки и поворотные столы позволяют проводить наибо­лее сложные фрезерные операции, включая обработку кулачков. Они обеспе­чивают поворот заготовки на любой угол, а шпиндель такой головки может занимать любое положение от горизонтального до вертикального, что позво­ляет нарезать канавки как на цилиндрической, так и на конической и торцо­вой поверхностях.

В условиях единичного и мелкосерийного производства базирование и за­крепление деталей выполняется без использования специальных приспособле­ний непосредственно на столах станков зажимами, устанавливаемыми в пазы столов. При обработке на фрезерных станках широко используют универсаль­ные сборные приспособления, имеющие элементы, обеспечивающие установку и закрепление широкой номенклатуры деталей различной формы и размеров. Для закрепления применяют универсальные механизированные зажимы различ­ной конструкции.

Разработка операций фрезерования выполняется в несколько этапов.

1. Анализ чертежа детали с оценкой ее габаритов, размеров и формы обра­батываемых элементов, требований по точности и шероховатости обработанных поверхностей.

2. Определение состава операции и технологического оборудования (стан­ка). Производится совместно на основе анализа технологических возможностей имеющегося парка фрезерных станков и обрабатывающих центров. Этот анализ имеет целью определение экономически обоснованной оптимальной степени концентрации (дифференциации) операций. При выборе технологического оборудования и состава операции учитывают размеры рабочей зоны станка, число одновременно управляемых координат, необходимых для выполнения обработки, жесткость и точность.

3. Выбор режущего инструмента производится на основе формы и размеров обрабатываемой поверхности, имеющихся радиусов сопряжений, типа операции (черновая, получистовая, чистовая) с учетом вида и свойств обрабатываемого материала.

4. Разработка схемы базирования и крепления детали, выбор приспособле­ния и инструментальной оснастки (патронов, переходников). Если операция вы­полняется на станке с ЧПУ и имеет несколько переходов с обработкой различ­ными инструментами, определяется номенклатура требуемого инструмента, проводятся мероприятия по установке инструментов в магазины и их нумера­ция, необходимая при подготовке управляющих программ.

5. Определение количества и последовательности переходов, необходимого числа ходов, припусков и операционных размеров, траекторий перемещения ин­струмента.

6. Назначение или расчет технологических режимов обработки.

7. Автоматизированная или ручная подготовка управляющей программы и ее отладка в режиме имитации и (или) на пробной детали.

При расчете режима резания глубина резанияt назначается максимально возможной по условиям жесткости технологической системы, ширина фрезеро­вания В определяется размерами обрабатываемой поверхности. Подача на зубS_zвыбирается по таблицам справочников в зависимости от вида и размеров приме­няемого инструмента, мощности станка и свойств обрабатываемого материала. При черновом фрезеровании используют подачи на зубS_z = 0,15...0,5 мм/зуб, а при чистовом —S_z = 0,08...0,5 мм/зуб.

Расчет подачи на зуб проводят по формулам вида

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image54.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image54.jpeg" \* MERGEFORMAT

гдеS— табличное значение подачи на зуб;K_Sc, K_Sh, K_sr, К_sф — коэффициенты, учитывающие схему фрезерования, материал фрезы, шероховатость обработан­ной поверхности и форму обрабатываемой поверхности соответственно. Скорость резанияV рассчитывается по формуле

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image55.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image55.jpeg" \* MERGEFORMAT

гдеV_T — табличное значение скорости;K_vM, К_vm, K_vc, K_vф, K_vо, K_vф — коэффи­циенты, учитывающие соответственно материал обрабатываемой детали, мате­риал режущей части инструмента, наличие и вид покрытия, схему фрезерования, форму обрабатываемой поверхности, вид и способ подачи СОЖ, ширину фрезе­рования, геометрию режущей части фрезы.

После расчета режима резания определяют главную составляющую силы резания P_z, крутящий момент М_кр и потребляемую мощностьN.

В табл. 3.12 приведены ориентировочные значенияS_z иV для обработки сталей концевыми твердосплавными фрезами.

Таблица 3.12

При черновом фрезеровании необходимо выбирать максимально возмож­ную глубину резания. Факторами, ограничивающими глубину резания, являются мощность станка, жесткость технологической системы, надежность крепления заготовки. Потребляемая при фрезеровании мощность прямо пропорциональна глубине резания.

При выборе подачи необходимо принимать во внимание следующие факто­ры: тип фрезы, марку инструментального материала, требуемую шероховатость поверхности, вид обрабатываемого материала, мощность привода станка. Сле­дует отметить, что между значением подачи и потребляемой при резании мощ­ностью нет прямой пропорциональной зависимости. С увеличением подачи снижается удельная мощность, необходимая для удаления в единицу времени определенного объема материала. При резании с одной и той же минутной пода­чей обработка фрезой, имеющей меньшее число зубьев, требует меньшей мощ­ности, чем фрезой с большим количеством зубьев.

Главная задача при выборе скорости резания — достижение оптимальной стойкости инструмента и соответственно минимальной себестоимости обработ­ки. Скорость резания оказывает большее влияние на стойкость инструмента, чем подача и глубина резания.