Изготовление концевых твердосплавных фрез на универсально-заточном станке с ЧПУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изготовление концевых твердосплавных фрез на универсально-заточном станке с ЧПУ

Представлена конструкция концевой фрезы для обработки цветных сплавов. Показан порядок создания управляющей программы для изготовления фрезы в программе Tool Studio 2.2, прилагаемой к универсально-заточному станку с ЧПУ Helitronic Power фирмы Walter. Изготовлена фреза по геометрии аналогичная импортному инструменту. Приведены результаты сравнительных испытаний импортного режущего инструмента и инструмента, изготовленного на станке Walter Helitronic Power.

Концевые монолитные фрезы являются многоцелевым инструментом. Они применяются для фрезерования узких пазов, карманов и бобышек деталей небольших размеров. Современный режущий инструмент обладает определенной конструкцией и маркой твердого сплава для каждой группы обрабатываемых материалов. Также для обработки труднобрабатываемых материалов используют многослойные износостойкие покрытия на основе нитрида титана (TiN), керамики (Al2O3) и карбида титана (TiC). Использование покрытий увеличивает стойкость инструмента и увеличивает режущую способность.

Одной из существенных статей затрат на обработку деталей являются расходы на режущий инструмент. Для их снижения изготовление наиболее широко используемого инструмента целесообразно выполнять силами инструментального цеха. В связи с этим в рамках проекта выполняется разработка конструкции и технологии изготовления концевых твердосплавных фрез для черновой и чистовой обработки деталей на станках с ЧПУ. Целью работы является повышение экономической эффективности изготовления деталей за счет снижения затрат на режущий инструмент и уменьшения машинного времени путем оптимизации его конструкции на основе анализа результатов испытаний, проводимых как на тестовых образцах, так и непосредственно на реальных деталях. Также важным фактором является сокращение времени, прошедшего от заказа инструмента производством до его поставки на рабочие места [1].

Отделом главного технолога (ОГТ) было получено техническое задание - конструкторское и технологическое обеспечение инструментального цеха. Цель технического задания - изготовление концевых твердосплавных фрез с геометрией аналогичной инструменту фирмы Taegutec. На первой этапе освоения производства изготовления режущего инструмента было принято решение о производстве монолитных концевых фрез для обработки алюминиевых сплавов.

Исходными данными для разработки конструкции фрезы являлись:

1.Механические свойства обрабатываемого материала (алюминиевый сплав).

2.Виды работ (чистовое и получистовое фрезерование корпусных деталей).

3.Характеристика оборудования (обрабатывающий центр с ЧПУ Hermle c максимальной частотой вращения шпинделя 28000 об/мин).

4.Способ крепления инструмента во вспомогательном инструменте (фрезы крепятся в высокоточных цанговых патронах со сменными цангами).

Для изготовления фрез был приобретен универсальный мелкозернистый сплав K10F, который применяется для чистовой и получистовой обработки алюминиевых и титановых сплавов.

Согласно исходным данным сконструирована концевая фреза диаметром 10 мм, предназначенная для чистовой и получистовой обработки корпусных деталей из цветных металлов. В качестве прототипа использовались концевые фрезы диаметром 10 мм фирмы Taegutec для обработки алюминиевых сплавов (фрезы без покрытия). Конструкция изготовленной концевой фрезы показана на (рис. 1) [2].

Рис. 1. Чертеж концевой фрезы

фреза сплав станок

Из твердосплавных стержней на базе предприятия АО «ЦКБА» были изготовлены концевые фрезы по технологии высокоскоростного шлифования. Данная технология реализуется за счет сложного движения формообразования, которое обеспечивается на универсально-заточном станке с ЧПУ Walter Helitronic Power (рис. 2). Данный станок позволяет изготавливать за одну установку осевой режущий инструмент различного вида из быстрорежущей стали и твердого сплава: сверла, метчики, развертки, дисковые, концевые, фасонные фрезы, борфрезы.

Рис. 2. Универсально-заточной станок с ЧПУ Walter Helitronic Power

Используя вышеуказанную конструкторскую документацию (рис. 1), разработана управляющая программа (УП) с использованием программного пакета Tool Studio 2.2.

Формирование УП состоит из следующих этапов:

1. Ввод предварительных данных для формирования 3D-модели фрезы:

1) выбор типа инструмента (концевая, шаровая фреза, ступенчатый инструмент, сверло, развертка, борфреза);

2) выбор типа заточки зубьев на торце (острозаточенная, сферическая, радиусная, с переломом режущей кромки фреза);

3) число и конфигурация зубьев;

4) форма заготовки (цилиндрическая, коническая), конфигурация зубьев по периметру (отрицательная фаска по периметру, фрезы со стружколомными канавками по периметру для черновой обработки);

5) определение формы стружечной канавки (выбор метода задания угла подъёма винтовой канавки: угол или шаг), а также число проходов круга по задней и передней поверхности;

6) выбор конфигурации задней поверхности по периметру (один задний угол или два, затылованные зубья);

7) определение длины режущей кромки, длины вылета заготовки, диаметра заготовки и изготавливаемого инструмента;

8) выбор материала изготавливаемого инструмента (твердый сплав или быстрорежущая сталь), направление спирали (правое или левое) и направление резания (правое или левое).

II. Корректировка предлагаемых параметров: изменение геометрии фрезы и технологических параметров (выбор вида круга для каждого перехода, режимов обработки, подходы и отводы инструмента).

Корректировка предлагаемых параметров

После ввода предварительных данным формируется 3D-модель концевой фрезы для обработки стали, технология обработки, режимы обработки для выбранного инструментального материала (рис. 3).

Рис. 3. Модель концевой фрезы

Корректируются предлагаемые параметры по данным чертежа и технологические параметры в следующей последовательности:

1) выполняется точный замер шлифовальных кругов;

2) назначаются шлифовальный круг для каждого элемента фрезы;

3) корректируется геометрия фрезы по чертежу;

4) корректируются режимы обработки;

5) проверяются столкновения шлифовальных кругов с узлами станка;

6) проверяются линейные размеры в поперечном сечении фрезы.

Параметры шлифовальных кругов

Для заточки и изготовления твердосплавного инструмента используется алмазные шлифовальные круги. Они базируются на шлифовальном шпинделе. Шлифовальная бабка состоит из двух шпинделей, измерительного щупа и двух защитных кожухов (рис. 4). Предварительно составлен и измерен универсальный комплект кругов (рис. 5, 6).

Рис. 4. Общий вид шлифовальной бабки

Рис. 5. Эскиз расположения шлифовальных кругов на шпинделе № 1

Рис. 6. Эскиз расположения шлифовальных кругов на шпинделе № 2

Для получения точных размеров фрезы после правки необходимо проводить измерение шлифовальных кругов. Измерение производиться на лазерном устройстве для настройки инструмента Heliset Uno.

После измерения кругов необходимо ввести в программу измеренные параметры (рис. 7):

1. Диаметр шлифовального круга (D);

2. Координата высоты круга по оси Z (Z);

3. Высота покрытия (H);

4. Радиус при вершине (R);

Рис. 7. Эскиз параметров измерения шлифовальных кругов

фреза сплав станок

Ввод технологических параметров

Данный этап состоит из выбора шлифовального круга для обработки каждой поверхности, корректировки режимов шлифования, проверки на столкновения.

Операция изготовления концевой фрезы на станке состоит из следующих переходов (рис. 8,9):

1) измерение вылета заготовки, радиального биения измерительным щупом Renishaw;

2) выполнение винтовой канавки кругом 1А1;

3) выемки на торце кругом формы 1V1;

4) второй (вспомогательный) задний угол по периметру кругом формы 11V9;

5) первый (главный) задний угол по периметру кругом формы 11V9;

6) второй задний угол на торце кругом формы 11V9;

7) первый задний угол на торце кругом формы 11V9.

Программный пакет формирует режимы обработки для твердого сплава, представленные на рис. 6. Корректировка режимов обработки (рис. 7) необходима для обеспечения требуемого чертежом качества обработанной поверхности, исключения прижегов на обработанной поверхности.

Водятся размеры, направление подходы и отводы инструмента от обрабатываемой поверхности.

Рис. 8. Предлагаемые режимы обработки

Рис. 9. Скорректированные режимы обработки

Проверка размеров сечения фрезы

В программном пакете можно проверить линейные и угловые размеры в сечении фрезы (рис. 8) для этого необходимо:

1) нажать клавишу «Плоскость сечения», назначить коортинаты и угол сечения;

2) в нижней части экрана открыть вкладку «Изображение резания»

Для измерения необходимо вручную выбрать точки А и В. Программа рассчитает расстояние между двумя точками, диаметры их расположения (рис. 9). Можно проверить угловые размеры. Если размеры не совпадают с чертежом, размеры корректируются и производиться следующая проверка.

Рис. 10. Форма сечения фрезы

Рис. 11. Проверка ширины зуба

После разработки УП изготовлена фреза, которая представлена на рис. 12, 13. После изготовления проведен визуальный контроль и проверка радиального биения на соответствие чертежу (рис. 1) на лазерном устройстве для настройки инструмента Heliset Uno.

После изготовления проведены технологические исследования на пригодность фрез к работе на станке.

Технологические исследования осуществлялись на 3-координатном обрабатывающем центре Hermle c системой ЧПУ Heidenhain iTNC530. Для испытаний использовалась заготовка из алюминиевого сплава Д16 с размерами 90 мм Ч 30 мм Ч 20 мм. Цель испытаний - сравнительный анализ качества обработанной поверхности импортными фрезами и фрезами, изготовленными на станке Walter HP.

Для проведения испытаний использованы следующие режущие инструменты:

1) концевая твердосплавная фреза Ш10 мм, z=3 фирмы TaeguTec серия для обработки алюминия и различных цветных сплавов (без покрытия) AES 3100 UF10 10x10x25x68 (рис. 10, рис. 11) [3];

2) концевая твердосплавная фреза Ш10 мм, изготовленная на станке Walter HP, A 10 45 3 25 (щ=450, z=3, lp=25мм).

Реализованы следующие режимы обработки: частота вращения шпинделя - 8000 об/мин, рабочая подача - 1200 мм/мин, глубина резания - 5 мм, ширина фрезерования - 1 мм. Обработка проведена с использованием СОЖ.

фреза сплав станок

Обсуждение результатов

На обработанных образцах (рис. 16, 17) измерены параметры шероховатости.

Для этого применялся портативный измеритель шероховатости TR220. Использован алмазный наконечник с радиусом пера 2 мкм±0,5 мкм, сила прижима при измерении 0,7 мН

Обработанная поверхности заготовок визуально разбиты на три участка (рис. 16, 17).

Рис. 16. Заготовка № 1 из сплава Д16 обработанная фрезой, изготовленной на станке Walter HP

Рис. 17. Заготовка № 2 из сплава Д16 обработанная фрезой фирмы TaeguTec

Таблица 1. параметры шероховатости заготовки № 1 (рис. 16)

Таблица 2. параметры шероховатости заготовки № 2 (рис. 17)

Выводы

В результате выполненных сравнительных испытаний установлено, что фрезы, изготовленные на станке Walter HР, пригодны для работы на фрезерных станках с ЧПУ. Параметры шероховатости обработанной поверхности не значительно уступают фрезам импортного производства, различие параметров шероховатости составляет ?9%. Фреза пригодна для получистовой и черновой обработки цветных сплавов.

Основным преимуществом представленной технологии изготовления монолитной концевой фрезы является стоимость изготовления. Она примерно в 2 раза меньше, чем стоимость аналогичного импортного режущего инструмента.

Список литературы

1.Никулин Д.С., Савилов А.В. Разработка концевых фрез для высокопроизводительной обработки авиационных деталей в условиях Иркутского Авиационного Завода / Высокоэффективные технологии проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов - 2011.- С. 55-63.

2.Скуратов Д. Л., Кузнецов А. В., Опарин В. М., Сазонов М. Б. Конструирование и изготовление концевых фрез на современных многоосевых заточных станках // Авиационная и ракетно-космическая техника. - 2012. - С. 77-86.

3.Каталог TeaguTec. Металлорежущий инструмент. Монолитные фрезы. Режим доступа: http://www.taegutec.com/Media/DownloadFiles/F_ru.pdf (дата обращения: 11.04.2017).

Размещено на Allbest.ru