В настоящее время все большую актуальность в механообработке приобретает скоростная и высокоскоростная обработка. Что позволяет существенно увеличить производительность механообработки в авиа- и ракетостроении [1]. Ключевым видом обработки при этом выступает фрезерование. Скоростная и высокоскоростная обработка предполагает высокие скорости резания при малых размерах инструмента и, как следствие, большие частоты вращения шпинделя. Большие частоты вращения шпинделя автоматически связаны с повышенным вниманием к тепловым процессам в станках. Тепловые процессы в станках приводят к образованию температурных деформаций их несущих систем. Температурные деформации неизбежно влияют на размерную точность обрабатываемых деталей.

Однако, прежде чем оценивать влияние температурных деформаций на размерную точность обработки, необходимо оценить влияние статических процессов при резании на достижение размерной точности обрабатываемых деталей.

Температурные деформации ввиду их незначительности актуальны только для отделочной стадии обработки.

Торцевое и концевое фрезерование выполнялось на двух станках с ЧПУ вертикальной компоновки: 400V (производство НПО «Станкостроение», г. Стерлитамак, Россия) и TM-1P (Haas Automation, Inc., США). Материал стальной заготовки – сталь 40, дюралюминий Д16.

Первый эксперимент: торцевое фрезерование. В эксперименте использовались заготовки двух геометрических форм. Стальная заготовка представляла собой правильную прямоугольную призму, высотой 80 мм, в основании прямоугольник с размерами 110 х 72 мм; дюралюминиевая цилиндр диаметром 110 мм, параллельно одной оси отфрезерованы симметрично лыски с расстоянием между ними равным 100 мм.

В качестве режущего инструмента для фрезерования дюралюминиевой заготовки на станке HAAS TM-1P использовалась сборная торцевая фреза диаметром 80 мм с круглыми пластинами из твердого сплава Т15К6. При этом траектория фрезы была спроектирована таким образом, чтобы было реализовано попутное фрезерование с рабочим проходом вдоль оси X. Ширина фрезерования не превышала 50 % от диаметра фрезы. Плоскость была обработана за три прохода. В местах перекрытия проходов фрезы на обработанной поверхности формировались участки с увеличенными неровностями, что показывал даже зрительно-осязательный контроль. При наличии трех проходов визуально эти участки представляли собой две узкие полоски вдоль оси X. Для количественной оценки полученных неровностей обработанной поверхности были проведены серии измерений на координатно- измерительной машине Wenzel XOrbit 55 (Германия, Wenzel Prazision GmbH). Результаты измерений профиля обработанной поверхности по оси Y представлены на Рисунке 1. Пики погрешностей зафиксированы на участках с увеличенными неровностями, о которых говорилось ранее. Максимальная погрешность не превысила 7 мкм.

Для оценки шероховатости поверхности использовался портативный измеритель шероховатости TIME TR 100 (Time group Inc, Китай ). Результаты измерений шероховатости по параметру Ra показали значения от 0,2 до 0,4 мкм. Такие высокие показатели шероховатости были достигнуты при следующих режимах резания: глубина резания 0,35 мм; подача 0,04 мм/зуб; скорость резания 250 м/мин.

При обработки стальной заготовки использовались: торцевая фреза Sandvik Coromant CoroMill 345 диаметром 63 мм (пять режущих прямоугольных двусторонних пластин с восемью режущими кромками) и твердосплавная цельная концевая фреза диаметром 16 мм четырехзубая с возможностью осевой подачи. Обрабатывая заготовка – стальная; станок – 400V.

При торцевом фрезеровании обрабатывалась плоскость за пять проходов, с максимальной шириной фрезерования не более 50 % от ширины фрезы. Проход фрезы осуществлялся вдоль положительного направления оси X. Вид фрезерования –  попутное.  На Рисунке 2  представлен результат измерения размерной точности обработанной поверхности на координатно-измерительной машине. Режимы резания – глубина резания 0,75 мм; подача 0,08 мм/зуб; скорость резания 100 м/мин.

Как и в предыдущем случае в местах перекрытия проходов фрезы на обработанной поверхности формировались участки с увеличенными неровностями. Их максимальная величина не превысила 15 мкм, что, согласно действующим стандартам на поля допусков гарантирует размерную точность по шестому квалитету IT6 для размеров из диапазона от 50 до 80 мм (высота заготовки составляла 80 мм, координата Z). Для оценки достоверности измерений были проведены измерения для стальной плоскопараллельной концевой меры длины, с номинальным значением 30 мм. Согласно ГОСТ 9038-90 для нее допустимым является отклонение от номинального значения, равное +/- 0,8 мкм. Результаты измерений погрешностей длины на координатно- измерительной машине данной меры приведены на Рисунке 3.

Таким образом, представленные показатели точности для торцевого фрезерования показали достаточно большие резервы по эффективному достижению высокого качества поверхности при лезвийной обработке. Резервы объясняются тем, что экспериментально полученные параметры шероховатости сопоставимы с параметрами шероховатости, достигаемыми при использовании абразивной обработки. Полученные параметры размерной точности и качества поверхности позволяют: сформулировать рекомендации по интенсификации режимов резания для увеличения производительности обработки при ожидаемой потери размерной точности и качества обработанной поверхности; выбрать те режимы обработки, которые позволяют отказаться от абразивной обработки; установить составляющую погрешностей, обусловленную статическими характеристиками станка, без влияния тепловых процессов, т.к. длительность фрезерования плоскости не превысила трех минут. Частота вращения шпинделя при торцевом фрезеровании стали составляла 500 об/мин, как следует из натурных экспериментов, тепловые процессы на этой частоте вращения не приводят к заметным температурным деформациям несущей системы станка 400V [2].

Список литературы

1.     Шелест, В.К., Присевок, А.Ф., Клавсуть П.Н. Технологическое обеспечение параметров точности и качества сложнопрофильных деталей при высокоскоростной многокоординатной обработке // Вестник белорусского национального технического университета 2009, №5. С. 22-31.

2.     Поляков А.Н., Гончаров А.Н., Марусич К.В., Романенко К.С. Экспериментальные исследования статических и тепловых характеристик станка с ЧПУ // СТИН. 2014, № 6. С.13-18