Технические науки/ 8. Обработка материалов в
машиностроении
аспирант
Борисов А.А., д.т.н. Маслов А.Р.
ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин»,
Россия
Инструментальная
система для фрезерования
3D‑поверхностей площадью менее 1500 мм2
Темпы и
уровень развития таких наукоемких отраслей промышленности как микроэлектроника,
медицина и приборостроение требуют развития технологий микрообработки,
позволяющих изготавливать все более миниатюрные детали.
В настоящее
время используют лазерную, электрохимическую и электроэрозионную микрообработку,
а также микрообработку резанием. Причем последняя получила широкое
распространение ввиду своей универсальности, которая снимает многие ограничения
накладываемые физико-техническими процессами. В частности, фрезерование
позволяет обрабатывать 3D-поверхности сложной геометрической формы.
При микрообработке
резанием необходимо решать проблему обеспечения надежности из-за низкой стойкости
инструмента. При этом многообразие используемого вспомогательного и режущего
инструмента усложняет создание и внедрение систем обеспечения надежности.
Для решения аналогичных
проблем при традиционной обработке резанием используют системный подход,
результатом которого является создание инструментальных систем (ИС), в которых
комплексно учитываются вопросы универсальности применения с учетом условий, в
которых предполагается эксплуатировать ИС [1]. Принцип системного подхода в
разработке инструментального обеспечения используется всеми инструментальными фирмами,
например Kennametal, Sandvik, ISCAR, SECO, Walter и др. Создание ИС привело к
переходу на качественно новый уровень развития инструментального производства.
Для
построения ИС требуется создать совокупность типоразмерных рядов систем
базирования и закрепления режущего инструмента и систем базирования и закрепления
компоновок инструмента на станках, обеспечивающая выполнение технических и
экономических требований эффективного использования в автоматизированном
производстве [2].
ИС для
фрезерования 3D-поверхностей площадью менее 1500 мм2 имеют ряд особенностей:
-
диаметры
рабочей части используемых концевых фрез в основном находятся в интервале
0,5...3,0 мм;
-
сборки
инструмента эксплуатируются при частотах вращения шпинделя до 50000 мин-1.
Диаметры
фрез для микрообработки 3D-поверхностей сложной геометрической формы выбираются,
в основном, исходя из размеров обрабатываемой поверхности. Использование
инструмента подобного размера связанно с множеством проблем, оказывающих
влияние на надежность процесса резания. Это объясняется соизмеримыми значениями
величин сил резания и сил, приводящих к разрушению самого инструмента.
В тоже время
при обработке инструментом малого диаметра с высокой частотой вращения
шпинделя, не удается использовать преимущества высокоскоростного фрезерования. Высокие
частоты вращения шпинделя позволяют достигнуть лишь тех скоростей резания,
которые характерны для обычного, а не высокоскоростного, фрезерования. Так,
например, скорость резания для фрезы диаметром D=1 мм при частоте вращения 30 000
мин-1:
С другой
стороны при фрезеровании с высокими частотами вращения инструмента появляется
необходимость балансировки сборок с точностью на уровне класса G2.5 по ИСО при
25000 мин-1. Малые подачи на зуб миниатюрной фрезы предполагают высокую
точность закрепления инструмента с биением порядка 3 мкм на вылете 12…25 мм.
Исходя из
этих требований в МГТУ «Станкин» разработана ИС для микрообработки на высокоскоростных
станках с ЧПУ со шпинделями с конусом HSK 25E и с конусом HSK 63A (рис. 1).
|
|
|
Рис.
1. Инструментальная система для микрообработки (МГТУ «Станкин») |
В созданную
систему включены: термопатрон 1 с конусом HSK 25E и посадочным
отверстием 5,95Н6 под инструмент с хвостовиками диаметром 6
мм; цанговый патрон 2 с конусом HSK 25E и посадочным
отверстием под инструмент с хвостовиками 6 мм (рис. 2); набор цанг 3 с
посадочными отверстиями под инструмент в интервале 1...10 мм
через каждые 0,5 мм; удлинитель 4 с цилиндрическим хвостовиком 16 мм и посадочным
отверстием 5,95Н6 под инструмент с хвостовиками 6 мм;
термопатрон 5 с конусом HSK 63A и посадочными
отверстиями 5,95Н6 и 15,84Н6 под инструмент с хвостовиками 6
и 16 мм; концевые и дисковые фрезы с цилиндрическими хвостовиками
6 мм; концевые и дисковые фрезы с цилиндрическими хвостовиками
16 мм. На все элементы ИС разработаны чертежи, по которым
изготовлены лабораторные образцы отдельных типоразмеров для испытаний на станке
фирмы Roders 300 (Германия) в «Инжиниринговом технологическом центре» при
МГТУ «Станкин».
|
|
|
Рис. 2.
Цанговый патрон с конусом HSK 25E |
При проведении испытаний
были использованы твердосплавные концевые фрезы диаметром 6 мм
как обеспечивающие рабочую нагрузку при частоте вращения 20 000 мин-1,
подаче 0,05 мм/зуб с переменной глубиной резания заготовки из стали 45 в
диапазоне 0,1…0,6 мм. Испытания показали удовлетворительные результаты.
Литература:
1. Инструментальные системы
автоматизированного производства: Учебник для студ. машиностроит. спец. вузов/
Гжиров Р.И., Гречишников В.А., Логашев В.Г. и др. СПб.:
Политехника, 1993. - 399 с.
2. Инструментальные системы
машиностроительных производств: учебник./ Маслов А.Р. М.: Машиностроение,
2006. – 336 с.