Фреза цилиндрическая Российский патент 2023 года по МПК B23C5/04 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно, к режущим инструментам, предназначенным для обработки плоских поверхностей методом фрезерования.

В настоящее время фрезы, аналогичные предлагаемой, известны. Они описаны, в частности, в книгах «В.В. Кувшинский. Фрезерование. - М.: Машиностроение. 1958, стр.52-54», «Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. Резание металлов. - М.: Высшая школа. 1985, стр. 219-220» и др. Значительное количество цилиндрических фрез выполняются прямозубыми, имеющими простую конструкцию. Они представляют собой металлический цилиндр с осевым отверстием, по образующей поверхности которого расположены зубья, параллельные оси цилиндра. Фрезы с такими зубьями технологичны, обладают невысокой стоимостью, но имеют существенный недостаток. При их эксплуатации процесс фрезерования происходит весьма прерывисто, с возникновением значительных вибраций. Снижение вибраций чаще всего обеспечивают за счет выполнения цилиндрических фрез с зубьями не параллельными оси, а винтовыми, причем работающими обычно сразу несколькими зубьями (не только одним, а двумя, тремя и т.д.). При работе подобных фрез обработка ведется более спокойно, их уровень вибрации (вынужденных колебаний) оказывается меньше, что влечет за собой повышение качества обработанной поверхности и износостойкости зубьев.

Прототипом предлагаемой является именно цилиндрическая фреза с винтовыми зубьями, приведенная в первой из указанных книг на фиг. 28, а во второй на рис. 14.2. Особенностью фрезы-прототипа является то, что торцовый шаг зубьев, представляющий собой угловое расстояние между смежными зубьями (термин разъяснен в книге Грановских на стр. 230) у нее постоянный. У фрезы-прототипа он одинаковый с одной и с другой стороны, и в угловых единицах измерения равен , где z – число зубьев.

Вместе с тем фреза-прототип при эксплуатации так же создает вибрации. Их интенсивность ниже, чем у фрез с зубьями, параллельными оси, но все же они возникают и могут достигать существенных уровней.

Более того, при совпадении частоты вынужденных колебаний, создаваемых фрезой, с частотой собственных колебаний технологической системы станка, в составе которой фреза работает, может возникать резонанс, радикально нарушающий технологический процесс (появляются недопустимые неровности на поверхности детали), и это при эксплуатации фрез с винтовыми зубьями не исключается.

В соответствие с изложенным, проблемой, подлежащей разрешению предполагаемым изобретением, является принципиальная возможность резонанса при работе цилиндрических фрез с винтовыми зубьями. Разрешение же проблемы может быть осуществлено, если при работе фрезы частота ее вынужденных колебаний будет оставаться более-менее близкой к постоянной, но все же будет меняться. Поскольку частоты собственных колебаний технологической системы – величина неизменная, то с изменяющейся частотой вынужденных колебаний она будет совпадать с весьма малой вероятностью, и резонанс будет практически невозможен.

Технически решение сформулированной проблемы предлагаемым изобретением достигается за счет того, что фреза цилиндрическая с винтовыми зубьями, выполненными с одной ее стороны с постоянным торцовым шагом градусов, отличается от прототипа тем, что с другой ее стороны зубья выполнены с переменным неповторяющимся шагом градусов, первый зуб расположен с углом наклона винтовой линии относительно оси фрезы равным , а каждый последующий i-й зуб – с углом наклона винтовой линии равным , при этом и определены из соотношений

где D – наружный диаметр фрезы, мм;

L – длина фрезы, мм;

K₁ – коэффициент, равный целому числу 1, 2, 3, …;

K₂ – коэффициент, зависящий от ширины фрезерования и удовлетворяющий условию (0<K₂≤1).

На примере восьмизубой фрезы c D=L=70 мм на фигурах 1-4 показаны: сторона фрезы с постоянным торцовым шагом зубьев (фиг. 1), сторона фрезы с переменным неповторяющимся торцовым шагом зубьев (фиг. 2), соответствующая им развертка цилиндрической поверхности фрезы (фиг. 3), 3-D модель фрезы (фиг. 4) – вид со стороны торца с постоянным шагом, 3-D модель той же фрезы (фиг. 5) – вид со стороны торца с переменным неповторяющимся шагом.

Предлагаемая цилиндрическая фреза с винтовыми зубьями имеет зубья 1, с одной ее стороны 2 выполненные с постоянным торцовым шагом градусов. В примере градусов. С другой ее стороны 3 зубья выполняются с переменным неповторяющимся торцовым шагом . (В примере a₂₂=50,14, a₂₃=57, a₂₄=36,43, a₂₅=46,71, a₂₆=53,57, a₂₇=39,86, a₂₈=43,29 градусов). Первый зуб 4 фрезы расположен под углом к оси 5 фрезы градусов. Он определен по соотношению

При .

Каждый последующий зуб расположен с угловыми наклоном градусов, определенным из соотношения

из которого получается: =27,42, =24,87, =18,87, =23,15, =22,30, =18,02, =20,58 градусов.

При использовании фрезы ее устанавливают на оправку, соединенную со шпинделем фрезерного станка. Затем включают привод шпинделя и начинают обрабатывать заготовку, предварительно закрепленную на столе станка.

В процессе работы фрезы неизбежно возникают вибрации (ее вынужденные колебания), обусловленные самим процессом фрезерования (непрерывностью процесса резания). Частота этих вибраций , как установлено путем экспериментального исследования, равна

Гц,

где K₃ и K₄ – коэффициенты, зависящие от режимов резания и конструктивных параметров фрезы;

δ – угол наклона зубьев относительно оси.

Для фрезы-примера экспериментально определенные K₃ и K₄ равны, соответственно, 12,5 и 8,0, что обусловило f₁=15.64, f₂=16,65, f₃=16,21, f₄=15,23, f₅=15,95, f₆=15,78, f₇=15,1, f₈=15,5 герц.

То есть значения в течение цикла работы фрезы оказываются неповторяющимися. Но частота собственных колебаний технологической системы станка, как отмечалось выше, величина постоянная (при данной заготовке и конструктивных элементах станка). Это влечет за собой несовпадение и в течение цикла работы фрезы и отсутствие резонанса. Если даже в каком-то положении фрезы совпадение и произойдет, то лишь мгновенное, чрезвычайно кратковременное. Но из-за того, что масса технологической системы, как правило весьма инерционна, резонанс не успевает реализоваться.

Таким образом при работе предлагаемой фрезы вероятность резонанса оказывается близка к нулю (практически отсутствует), что повышает качество обрабатываемой поверхности, повышает стойкость фрезы и является техническим результатом изобретения.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в конструкциях режущих инструментов, предназначенных для обработки плоских поверхностей фрезерованием. Цилиндрическая фреза с винтовыми зубьями содержит на одной ее стороне винтовые зубья с постоянным торцовым шагом . С другой ее стороны зубья выполнены с переменным неповторяющимся торцовым шагом . Первый зуб расположен с углом наклона винтовой линии относительно оси фрезы равным , а каждый последующий i-ый зуб - с углом наклона винтовой линии равным . Приведены соотношения для определения указанных углов. Снижается резонанс при эксплуатации фрезы, повышается качество обрабатываемой поверхности, увеличивается стойкость инструмента. 5 ил.

Фреза цилиндрическая с винтовыми зубьями, выполненными с одной ее стороны с постоянным торцовым шагом градусов, отличающаяся тем, что с другой ее стороны зубья выполнены с переменным неповторяющимся торцовым шагом градусов, при этом первый зуб расположен с углом наклона винтовой линии относительно оси фрезы равным , а каждый последующий i-ый зуб - с углом наклона винтовой линии равным , при этом и определены из соотношений:

где D - наружный диаметр фрезы, мм;

L - длина фрезы, мм;

K₁ - коэффициент, равный целому числу 1, 2, 3, …;

K₂ - коэффициент, зависящий от ширины фрезерования и удовлетворяющий условию ().