НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“Київський політехнічний інститут”

УДК 621.914.22

Герасимчук Олена Михайлівна

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ПРОЕКТУВАННЯ ТОРЦЕВИХ ФАСОННИХ ФРЕЗ

Спеціальність 05.03.01 –

Процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інструментального виробництва Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: Заслужений діяч вищої школи України, доктор технічних наук, професор Родін Петро Родіонович,

Національний технічний Університет України “КПІ”,

професор кафедри інструментального виробництва

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Румбешта Валентин Олександрович,

Національний технічний університет України "КПІ",

професор кафедри виробництва приладів

кандидат технічних наук, доцент

Виговський Георгій Миколайович,

Житомирський інженерно-технологічний інститут (м. Житомир),

проректор з організаційно-навчальної роботи

Провідна установа: Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” (м. Харків), кафедра різання матеріалів та різальних інструментів

Захист відбудеться 18.04.2005 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.11 при Національному технічному університеті України “КПІ” за адресою: Київ, проспект Перемоги, 37, ауд.214 головного корпусу.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “КПІ” за адресою: м.Київ, пр. Премоги, 37.

Автореферат розісланий 16.03.2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

д.т.н., професор Майборода В.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Торцеві фрези, призначені для обробки плоских поверхонь широко використовуються в промисловості, як при чорновій, так і при чистовій обробці. Ці фрези всебічно досліджені, є багато конструкцій з раціональними схемами зрізання припуску, визначені оптимальні геометричні параметри, створена теорія проектування таких фрез і розроблені рекомендації, щодо їх застосування в залежності від умов експлуатації.

Однак, процеси обробки фасонних поверхонь торцевими фасонними фрезами досліджені недостатньо. Відома лише невелика кількість робіт, в яких досліджувались процеси обробки фасонних поверхонь торцевими фрезами.

У цих роботах розглядалось, головним чином, формоутворення поверхонь торцевими фрезами, що працюють за генераторною схемою зрізання припуску. Закономірності ж формоутворення фасонних поверхонь торцевими фрезами, що працюють за профільною схемою зрізання припуску не розроблені, не вирішені питання їх затилування, аналізу геометричних параметрів різальної частини, профілювання різних типів торцевих фрез.

Тому розробка теорії проектування торцевих фасонних фрез є актуальною задачею і має велике наукове і практичне значення.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності до тематичного плану науково-дослідницьких робіт Міністерства освіти і науки України і є частиною досліджень за держбюджетною темою “Блочний профільний інструмент з механічним кріпленням різальних елементів, армованих твердим сплавом і надтвердими матеріалами” (№ державної реєстрації 0197 V018337), держбюджетною темою № 2364 “Розробка теоретичних основ формоутворення поверхонь різальної частини інструментів” (№ державної реєстрації 0100 U000679) і держбюджетною темою № 2215 "Розробка теоретичних основ формоутворення фасонних поверхонь торцевими фрезами" (№ державної реєстрації 0198U000648).

Мета і завдання дослідження – розробка теоретичних основ проектування торцевих фрез із профільною схемою зрізання припуску та на їх основі розширення області використання торцевих фрез і створення фрез підвищеної працездатності.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Провести аналіз сучасного стану формоутворення при фрезеруванні фасонних поверхонь.

2. Розробити теорію графічного та аналітичного визначення вихідних інструментальних поверхонь при обробці торцевим фрезами фасонних циліндричних, гвинтових і поверхонь обертання.

3. Розробити методику та алгоритми визначення вихідних інструментальних поверхонь торцевих фасонних фрез.

4. Розробити теорію визначення геометричних параметрів різальної частини торцевих фасонних фрез з урахуванням їх конструкцій.

5. Дослідити, на основі загальних положень теорії затилування, можливі форми поверхонь різальної частини торцевих фасонних фрез.

6. Розробити аналітичні залежності для визначення координат точок різальних кромок гострозаточуваних і затилованих торцевих фасонних фрез, з урахуванням їх конструкції та розташування різальних кромок.

7. Розробити методику та алгоритми профілювання торцевих фасонних фрез з різними поверхнями їх різальної частини.

8. Провести експериментально - промислову перевірку результатів досліджень.

Обєкт дослідження – торцеві фрези з профільною схемою зрізання припуску.

Предмет дослідження – проектуваненя торцевих фасонних фрез.

Методи дослідження – теоретичні дослідження базувались на теорії формоутворення поверхонь, теорії проектування різальних інструментів, теорії затилування, методах нарисної та аналітичної геометрії. Реалізація розроблених алгоритмів розрахунку геометричних параметрів і профілювання торцевих фасонних фрез виконувалась на ПЕОМ. Експериментальна перевірка теоретичних досліджень проводилась за стандартними методиками та методиками спеціальними, що моделюють процес обробки фасонних поверхонь торцевими фрезами. Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджена порівняльними лабораторними та виробничими випробуваннями, метрологічними вимірюваннями, результати яких оброблялись з використанням теорії вірогідності та статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені основи теорії проектування фасонних торцевих фрез із профільною схемою зрізання припуску, які полягають у:

-

-

-

-

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані методи та алгоритми визначення та аналізу геометричних параметрів різальної частини, профілювання різних типів торцевих фасонних фрез для обробки циліндричних, гвинтових поверхонь і поверхонь обертання дозволяють розширити область використання апробованих, надійно працюючих, високопродуктивних конструкцій різальних інструментів при виготовленні різноманітних деталей.

З метою реалізації результатів роботи були розроблені керівні матеріали з проектування різних типів торцевих фасонних фрез з профільною схемою зрізання припуску. Розроблені керівні матеріали були передані на підприємство “Механік” (м.Камянець-Подільський). Результати досліджень включено до програми учбової дисципліни “Основи формоутворення поверхонь”, яка викладається у Національному технічному університеті “Київський політехнічний інститут”.

Особистий внесок здобувача. автору належить розробка теорії проектування торцевих фасонних фрез і відповідних керівних матеріалів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях “Машиностроитель 96” (Київ , 1996 р.), “Машиностроитель 2001” (Київ , 2001 р.) та міжнародній конференції “Прогресивна техніка та технологія – 2001” (Севастополь, 2001 р.). Дисертація обговорювалась і була схвалена на засіданні кафедри інструментального виробництва НТУУ “КПІ” (протокол № 7 від 19 березня 2004 р.).

Публікації за матеріалами дисертації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 6-ти статтях у наукових фахових виданнях України, 3-х матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків та додатків. Робота викладена на 189 друкованих сторінках, містить 63 рисунки, 6 таблиць, список використаних джерел із 102-х найменувань та 1-го додатку на 1-й сторінці.

ОСНОВИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, визначена мета, сформульовані завдання дослідження, показана наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, подані відомості про апробацію, публікації та структуру дисертації.

У першому розділі виконано огляд літературних джерел по темі дисертаційної роботи і сформульовано її мету та задачі. Аналіз літературних даних показав, що широке застосування торцевих фрез для обробки фасонних поверхонь стримується із-за відсутності теорії їх профілювання та визначення геометричних параметрів в залежності від конструкції.

У другому розділі на основі загальної теорії визначення вихідних інструментальних поверхонь та умов формоутворення, визначені вихідні інструментальні поверхні торцевих фасонних фрез.

Показано, що торцевими фрезами можна обробляти поверхні, що допускають, в процесі формоутворення, ковзання поверхонь “самих по собі”, а саме: фасонні циліндричні поверхні, фасонні поверхні обертання та фасонні гвинтові поверхні постійного кроку.

Базуючись на аналізі виконання умов формоутворення при обробці даних поверхонь, показано, що профіль вихідної інструментальної поверхні співпадає з профілем деталі у випадках, коли обробляється фасонна циліндрична поверхня, твірні якої лежать у площині перпендикулярній до осі фрези та коли обробляється фасонна поверхня обертання, вісь обертання якої перпендикулярна до осі фрези та перетинає її. Фасонні циліндричні поверхні та фасонні поверхні обертання з профілем, який забезпечує зовнішній контакт вихідної інструментальної поверхні з деталлю, можна обробляти фрезами будь-яких діаметрів.

Фасонні поверхні обертання, у яких знак кута нахилу дотичної до профілю змінний (деталі типу шків), можна обробляти фрезами тільки певного радіуса вихідної інструментальної поверхні, який визначається, виходячи з другої умови формоутворення, за формулою:

,

де ri – радіус точки профілю деталі, яка визначається конкретним профілем деталі;

- кут нахилу дотичної до профілю деталі в цій точці;

- кут нахилу осі фрези до осі деталі.

При обробці гвинтових поверхонь необхідно визначати профіль вихідної інструментальної поверхні, так як він не співпадає з профілем деталі. В роботі графічно та аналітично визначені вихідні інструментальні поверхні при обробці гвинтових поверхонь постійного кроку. На рис.1 наведений узагальнений випадок визначення вихідної інструментальної поверхні, коли вісь фрези нахилена до осі оброблюваної гвинтової поверхні.

На основі графічного рішення отримано залежності для визначення координат точок лінії перетину гвинтової поверхні деталі і перерізів, перпендикулярних осі фрези (координати X1,Y1,Z1):

де f(Y0) – функція, яка характеризує профіль гвинтової поверхні;

Y0A – координата базової точки,

Y0 - координата довільної точки профілю гвинтової поверхні;

р – параметр гвинтової поверхні,

- кут нахилу осі фрези до осі деталі.

У відповідності з X1Y1Z1 визначається радіус вихідної інструментальної поверхні. Базуючись на результатах теоретичних досліджень, розроблено алгоритм розрахунку вихідної інструментальної поверхні.

У третьому розділі викладено теорію визначення геометричних параметрів різальної частини торцевих фасонних фрез. В роботі наведено класифікацію торцевих фрез за розташуванням передньої площини. У загальному випадку передня площина може займати положення, при якому кути (рис. 2). В окремих випадках передня площина може бути осьовою ( ); фронтально-проектуючою, з різальною кромкою, що лежить в осьовій площині ( ); горизонтально-проектуючою (, ).

Для випадку, коли заточування виконується по передній площині, в роботі розроблено класифікацію задніх поверхонь торцевих фасонних фрез, узагальнювальні випадки, якої показані на рисунку 3, де О – вісь фрези, L – вісь обертального руху різальної кромки, V – вектор швидкості прямолінійно-поступального руху різальної кромки. Для обробки заданої фасонної поверхні деталі, відповідно до цієї класифікації, можуть бути спроектовані різні типи фасонних торцевих фрез, а саме: торцеві фрези із задньою фасонною циліндричною поверхнею, фасонною поверхнею обертання, фасонною гвинтовою поверхнею та фасонною затилованою поверхнею. Вибір раціональної конструкції базується на аналізі геометричних параметрів різальної частини.

В роботі розроблено теорію визначення геометричних параметрів для фрез із різними формами задніх поверхонь Для торцевих фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею розглянуто загальний випадок, коли передня площина не проходить через вісь фрези (рис.4) і окремий випадок, коли передня площина є осьовою.

Для загального випадку (рис.4) визначено геометричні параметри торцевих гострозаточених фрез, значення яких в довільних точках різальної кромки знаходяться за такими залежностями:

- визначення переднього кута N

,

- кута нахилу різальної кромки

,

- кута в плані

На практиці торцеві фрези із задньою фасонною циліндричною поверхнею найчастіше мають конструкцію, коли 1. Для цього випадку в роботі отримано залежності для визначення:

- заднього кута N в нормальному до різальної кромки перерізі

,

де , .

Для окремого випадку, коли передня площина є осьовою, в роботі отримано залежності для визначення нормального заднього кута для фрез із різними формами задніх поверхонь, а саме:

1) із циліндричною задньою поверхнею (рис.3а):

;

2) із задньою поверхнею обертання (рис.3б, 2 LО):

;

3) затилованих по архімедовій спіралі:

- осьове затилування (рис.3г (2))

;

- радіальне затилування (рис.3г (1))

;

- затилування під кутом (рис.3г (3))

,

де - кут між вектором поступального руху різальної кромки та віссю фрези,

4) затилованих по колу (рис.3б, 1 LО)

.

Порівняння формул для визначення задніх кутів N для осьового затилування та затилування по колу, показує, що з точки зору характеру зміни задніх кутів обидва способи практично рівноцінні, якщо ж на різальній кромці є ділянки з кутами , близькими до 90, тоді при затилуванні по колу разом з нахилом пазу в пристосуванні для заточування, його ще зміщують відносно осі (рис.5), що дозволяє отримувати додатні задні кути в усіх точках різальної кромки. Нормальний задній кут для такої схеми затилування визначений, як:

,

де , .

Отримані залежності дозволяють, коректуючи конструкційні параметри торцевих фасонних фрез, отримувати фрези з раціональною геометрією різальної частини і рекомендувати для обробки певних профілів фрези з певною формою задньої поверхні. Так, торцеві фасонні фрези із циліндричною задньою поверхнею з 1=0 доцільно застосовувати для обробки фасонних поверхонь з кутом профілю близьким до нуля, а конструкцію з 2=0 для обробки поверхонь з кутом профілю близьким до 90; фрези із задньою поверхнею обертання, коли вісь фрези і задньої поверхні паралельні, можна застосовувати і отримувати додатні задні кути на різальній кромці при величинах кутів в плані близьких до 90; осьове затилування можна рекомендувати для фрез, у яких кути в плані в різних точках різальної кромки близькі до 0, а радіальне – для фрез з кутами близькими до 90. Якщо ж проектується фреза, у якої на різальній кромці є ділянки з кутами близькими і до 0 і до 90, тоді слід застосовувати затилування під кутом.

Четвертий розділ присвячено вирішенню питань графічного профілювання, та на їх основі визначенню аналітичних залежностей для знаходження координат точок профілю різальної частини торцевих фасонних фрез, що є складовою частиною теорії проектування цих інструментів.

Аналіз конструкцій торцевих фрез показує, що у фрез із циліндричною задньою поверхнею і задньою поверхнею обертання положення передньої площини найчастіше відповідає рис.2б, а у фрез, затилованих по архімедовій спіралі – рис.2а. Тому при вирішенні відповідних задач профілювання в роботі розглянуті саме такі варіанти розташування передньої площини.

Методика профілювання торцевих фасонних фрез, призначених для обробки фасонних циліндричних поверхонь при заданих формі та розмірах поверхні деталі і геометричних параметрах різальної частини, базується на загальній методиці профілювання інструментів.

Графічне профілювання торцевих фрез із циліндричною задньою поверхнею показано на рис.6. В системі площин проекцій П1П2П3 зображено профіль деталі АВ, вісь фрези О, передня площина Р, положення якої задається величинами та Н.

На основі графічного рішення отримано залежності для визначення координат точок різальної кромки(X2, Y2) і профілю задньої поверхні (X5, Y5):

, ,

де , ,

, ,

де та 1 визначаються, як

, .

Для торцевих фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею також розглянуто окремий випадок, який відповідає обробці такими фрезами похилих площин. Якщо різальна кромка і вісь фрези є мимобіжними прямими, то обробка площини в цьому випадку буде з певними похибками, так як різальна кромка буде не прямою, а кривою другого порядку. Для того, щоб цього уникнути, запропоновано рішення (рис.7), при якому передню площину розташовують на фрезі таким чином, щоб вона проходила через вершину конічної інструментальної поверхні (И).

Тоді передня площина Р буде перетинати вихідну інструментальну поверхню по твірній, яка і буде прямолінійною різальною кромкою. Профіль різальної кромки (X2i,Y2i) і задньої поверхні (X3i,Y3i) для цього випадку відповідно визначені, як:

,

,

, , ,

де - кут нахилу площини, що обробляється.

Для торцевих фрез із задньою поверхнею обертання в роботі вирішено задачі профілювання для випадків, коли вісь задньої поверхні обертання L паралельна осі фрези О і перпендикулярна до неї. На рис.8 показано графічне профілювання торцевої фрези із задньою поверхнею обертання, коли LО. В системі площин проекцій П1П2 зображено профіль вихідної інструментальної поверхні, профіль якої співпадає з профілем деталі; вісь фрези О; передня площина Р, положення якої задається кутом і радіусом зуба фрези Q в базовій точці.

У відповідності до графічного рішення, координати точок різальної кромки визначені, як

, ,

а профілю задньої поверхні, як

,

де , , .

Якщо вісь обертання задньої поверхні L паралельна осі фрези О (рис.9), то відповідно координати точок різальної кромки визначені, як:

, ,

а профілю задньої поверхні, як

,

де , , .

Графічне профілювання торцевих фрез, затилованих по колу показано на рис.10. Задня поверхня фрези створюється обертанням різальної кромки навколо осі пристосування для затилування.

Базуючись на графічному рішенні, отримано залежності для визначення профілю різальної кромки (X1i, Y1i) торцевої фрези, затилованої по колу:

,

та профілю задньої поверхні (X2i, Y2i):

, ,

де ,

,

Профілювання торцевих фасонних фрез, затилованих по архімедовій спіралі полягає у визначенні форми різальної кромки і профілю ножа фрези в осьовому перерізі, який необхідний для проектування затилувального різця. В роботі вирішено задачі профілювання торцевих фрез, затилованих по архімедовій спіралі при осьовому затилуванні та затилуванні під кутом. На рис.11 показано графічне профілювання при осьовому затилуванні.

Виходячи з графічного рішення, визначено залежності для підрахунку координат точок різальної кромки (X1i, Y1i) при осьовому затилуванні:

,

де

та профілю задньої поверхні (X2i, Y2i):

де

X0i, Y0i - координати точок профілю деталі.

В роботі також вирішено задачу профілювання торцевих фрез, затилованих під кутом (рис.12). Залежності для визначені координат точок різальної кромки фрези в цьому випадку будуть:

, ,

де , H=Rasin1.

Форма різальної кромки затилувального різця в цьому випадку визначено, як:

, ,

де , , , .

З технологічних причин на практиці різальна кромка при обробці фасонної циліндричної поверхні замінюється дугою кола, відрізком прямої і т.д. Тому важливим є вирішення задачі визначення профілю поверхні деталі з координатами X1, Y1, обробленої торцевою фрезою із заданими величинами та Н і різальною кромкою з координатами X2, Y2 . В роботі ця задача вирішена таким чином:

; ,

де ; ; ;

R0 і Ri – радіуси фрези в базовій і довільній точці профілю деталі відповідно.

Пятий розділ присвячено експериментальному дослідженню і впровадженню результатів роботи у виробництво. Приведено результати спробної перевірки розробленої теорії профілювання на прикладі торцевої фасонної фрези з циліндричною задньою поверхнею та задньою поверхнею, затилованою по колу. Спробна обробка підтвердила справедливість графічних рішень і отриманих аналітичних залежностей по профілюванню торцевих фасонних фрез.

Досліджено вплив конструкційих параметрів на геометрію різальної частини фрези. А саме –вплив положення ножа в корпусі фрези на діапазон значень нормального переднього кута N вздовж різальної кромки. Показано, що змінюючи величину Н (параметра, що визначає положення ножа в корпусі фрези), можна досягати мінімальних значень N. В результаті розроблено рекомендації по вибору оптимальних значень параметра Н, що дозволяє обробляти різні фасонні профілі однією фрезою, забезпечуючи при цьому мінімальний перепад значень нормального переднього кута N вздовж різальної кромки.

Результати досліджень були впроваджені на підприємстві "Механік" (м.Камянець - Подільський) при проектуванні деревообробних фрез для обробки фасонних виробів, що дозволило збільшити продуктивність праці в 1,8 рази; зменшити ворсистість обробленої поверхні, виключивши при цьому операцію ручної зачистки важкодоступних ділянок фасонної поверхні; підвищити стійкість фрез оновленої конструкції у 1,4 – 1,6 рази.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В результаті виконаних у дисертації досліджень розроблені теоретичні основи проектування торцевих фасонних фрез, які полягають в :

-

-

-

1. Показано, що для обробки заданої фасонної поверхні деталі можна спроектувати торцеві фасонні фрези із різноманітними формами поверхонь різальної частини.

В результаті аналізу схем формування задньої поверхні торцевих фасонних фрез розроблена класифікація торцевих фасонних фрез за формою задньої поверхні, а саме: торцеві фасонні фрези із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнею обертання, із задньою гвинтовою поверхнею і задньою затилованою поверхнею.

2. Графічно та аналітично вирішені задачі визначення геометричних параметрів різальної частини торцевих фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнею обертання, затилованих по архімедовій спіралі (радіальне, осьове та кутове затилування) та по колу.

3. Показано, що розроблені рекомендації по вибору способу утворення задньої поверхні торцевої фасонної фрези в залежності від форми різальної кромки, дозволяють для конкретних виробничих умов вибирати варіант конструкції з доцільним характером зміни геометричних параметрів на різальній частині.

4. Вирішено задачі профілювання торцевих фасонних фрез при різних положеннях передньої поверхні та різноманітних формах задніх поверхонь: для фрез із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнею обертання, затилованих по колу та по архімедовій спіралі, а також обернену задачу визначення профілю фасонної циліндричної поверхні деталі обробленої спроектованою торцевою фрезою.

5. Розроблено алгоритми розрахунку профілю задньої поверхні для різних типів торцевих фасонних фрез.

6. В результаті виробничих випробувань встановлено вплив конструкційних параметрів фрез на геометрію вздовж різальної кромки зуба фрези.

Показано, що змінюючи положення ножа в корпусі фрези, можна досягати мінімальних значень діапазону зміни нормального переднього кута вздовж різальної кромки N. Розроблені рекомендації, з вибору величини цього конструкційного параметру.

7. Розроблені алгоритми профілювання торцевих фасонних фрез впроваджені на підприємстві “Механік” (м. Камянець-Подільський) з очікуваним економічним ефектом 20 тис. грн. Результати роботи використовуються при викладанні курсу “Основи формоутворення поверхонь”, який читається для студентів спеціальності “Інструментальне виробництво” НТУУ “КПІ”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Герасимчук Е.М. Профилирование фасонных торцевых затылованных фрез, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск 32, Киев, 1997, с.125-129.

2. Родин П.Р., Герасимчук Е.М. Геометрия задней поверхности торцовых фасонных затылованных фрез, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск 34, Киев, 1998, с.3-6.

3. Родин П.Р., Герасимчук Е.М. Профилирование торцовых фрез, затылованных по окружности, “Резание и инструмент в технологических системах”, Международный научно-технический сборник. Выпуск 57, Харьков ХГПУ, 2000, с.194-199.

4. Ніколаєнко Т.П., Герасимчук О.М. Формоутворення площин торцевими фрезами, Прикладна геометрія та інженерна графіка., Міжвідомчий науковий збірник. Випуск 66, Київ, КНУБА, 1999, с.165-167.

5. Герасимчук Е.М. Профилирование торцовых фрез с задней поверхностью вращения, Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение, выпуск 41, Киев, 2001, с.242-246.

6. Герасимчук О.М. Геометрія задньої поверхні торцових фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею, Вісник ЖДТУ, № 3(22), Житомир, 2002, с.43-45.

7. Герасимчук О.М. Торцеві фасонні фрези Тези доповідей наукової конференції "Машинобудівник 96" Київ, 1996.

8. Герасимчук О.М. Торцеві фрези з гострокінечними зубями Тези доповідей науково-технічної конференції "Машинобудівник-2001" Київ, 2001.

9. Герасимчук О.М. Торцеві фасонні затиловані фрези Тези доповідей ІІ міжнародної конференції "Прогресивна техніка і технологія-2001" Севастополь, 2001.

АНОТАЦІЇ

Герасимчук О.М. Основи теорії проектування торцевих фасонних фрез. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, 2005 р.

Дисертацію присвячено розробці загальної теорії проектування торцевих фасонних фрез. Розроблена теорія формоутворення поверхні деталі при обробці торцевими фрезами; визначені вихідні інструментальні поверхні при обробці цими інструментами фасонних циліндричних поверхонь, поверхонь обертання та гвинтових поверхонь постійного кроку. Вирішена задача визначення геометричних параметрів різальної частини торцевих фасонних фрез із циліндричною задньою поверхнею, із задньою поверхнею обертання, затилованих по архімедовій спіралі та по колу.

На основі аналізу можливих положень та форм передніх і задніх поверхонь розроблена теорія профілювання торцевих фасонних фрез.

Встановлений вплив конструкційних параметрів фрез на геометрію вздовж різальної кромки. Розроблені рекомендації по вибору конструкційних параметрів, які забезпечують раціональні геометричні параметри інструмента.

Нові конструкції та алгоритми профілювання торцевих фасонних фрез впроваджені на підприємстві “Механік”.

Ключові слова: торцева фреза, фасонна поверхня, формоутворення поверхонь, профілювання, проектування, геометрія різальної частини, конструктивні параметри.

Herasymchuk O.M. The fundamentals of theory of front form-milling cutters designing. – The manuscript.

The dissertation is for the candidate’s degree in technical sciences according to the specialty 05.03.01 – the processes of mechanical processing, machines and instruments. National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", 2005.

The dissertation is devoted to development of the general theory of front form-milling cutters designing. The theory of detail's surface forming under the processing by front cutters is developed; output instrumental surfaces under the processing of from-milling cylindrical surfaces by these instruments, surfaces of rotation and screw surfaces of constant pitch are defined. The task of geometrics defining of cutting part of front form-milling cutters with the cylindrical rear surface, with rear surface of rotation which are relieved on the Archimedes's screw and the circle is solved.

The theory of front form-milling cutters' profiling was developed according to the analysis of possible position and form of front and rear surfaces.

The influence of cutter's design factors on the geometry down the cutting edge is determined. The recommendations of choice of design factors, which provide the rational geometrics of the instrument, are developed.

New constructions and algorithms of front form-milling cutters profiling are introduced at the enterprise "Mekhanik".

Key words: front cutter, front-milling surface, surface forming, profiling, designing, geometry of cutting part, design factors.

Герасимчук Е.М. Основы теории проектирования торцовых фасонных фрез. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01– процессы механической обработки, станки и инструменты. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, 2005 г.

В диссертации разработаны теоретические основы проектирования торцовых фрез с профильной схемой срезания припуска.

На основе анализа кинематических схем резания и условий формообразования при торцовом фрезеровании определены исходные инструментальные поверхности при обработке фасонных цилиндрических поверхностей, фасонных поверхностей вращения и фасонных винтовых поверхностей, что позволяет расширить область применения этого вида обработки.

Показано, что торцовыми фрезами можно обрабатывать фасонные цилиндрические поверхности, у которых не меняется знак угла наклона касательной к профилю детали, причем диаметр фрезы в этом случае может быть любым; что торцовые фрезы могут применяться для обработки фасонных поверхностей вращения, как с постоянным, так и меняющимся углом наклона касательной к поверхности детали. Для случая обработки поверхности вращения с переменным углом наклона касательной к профилю, определен допустимый радиус торцовой фрезы, позволяющий вести обработку детали без подрезания.

Разработан алгоритм расчета размеров исходной инструментальной поверхности при обработке фасонной винтовой поверхности, как обобщающего вида фасонных поверхностей.

Показано, что для обработки заданной фасонной поверхности детали можно спроектировать торцовые фасонные фрезы с разнообразными формами поверхностей режущей части.

В результате анализа схем формирования задней поверхности торцовых фасонных фрез разработана классификация торцовых фасонных фрез по форме задней поверхности, а именно: торцовые фасонные фрезы с цилиндрической задней поверхностью, с задней поверхностью вращения, с задней винтовой поверхностью и задней затылованной поверхностью.

Получены аналитические зависимости для определения геометрических параметров фрез, у которых передняя плоскость проходит через ось фрезы (=0 и =0) и фрез, у которых передняя плоскость является плоскостью общего положения.

Полученные зависимости для фрез с передней осевой плоскостью позволяют не только определять геометрические параметры в любой точке режущей кромки, но и выбирать положение образующей задней поверхности в зависимости от формы обрабатываемой поверхности детали, и определять положение образующей фасонной задней цилиндрической поверхности, задаваясь требуемыми нормальными задними углами.

Полученные зависимости для фрез с передней плоскостью общего положения позволяют наряду с определением геометрических параметров, определять положение передней плоскости, задаваясь значениями нормальных передних углов в двух точках режущей кромки.

Даны рекомендации по выбору способа образования задней поверхности торцовой фасонной фрезы в зависимости от формы режущей кромки.

На основе анализа возможных положений и форм передних и задних поверхностей разработана теория профилирования торцовых фасонных фрез.

Графически и аналитически определены профиль режущей кромки и профиль задней поверхности торцовых фасонных фрез с цилиндрической задней поверхностью, с задней поверхностью вращения, затылованных по окружности и по архимедовой спирали (рассмотрены осевое и угловое затылование), а также профиль цилиндрической фасонной поверхности детали обработанной заданной торцовой фрезой.

В результате производственных испытаний установлено влияние конструктивных параметров на геометрию передней поверхности торцовых фасонных фрез, на основании чего разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции фрез, обеспечивающее минимальное изменение нормальных передних углов вдоль режущей кромки.

Проведенные производственные испытания и результаты внедрения фрез улучшенной конструкции показали повышение стойкости фрез в 1,41,6 раза, значительное снижение ворсистости обработанной поверхности, что позволило исключить операцию ручной зачистки фасонной поверхности в труднодоступных местах после операции фрезерования, а также увеличение производительности труда в 1.8 раза.

Новые конструкции фрез и разработанные алгоритмы профилирования торцевых фасонных фрез внедрены на предприятии “Механик” (г. Каменец-Подольский).

Ключевые слова: торцовая фреза, фасонная поверхность, формообразование поверхностей, профилирование, проектирование, геометрия режущей части, конструктивные параметры.