Очевидным способом повышения эффективности обработки закрытых и полузакрытых профильных (Т-образных, типа «ласточкин хвост» и т.п.), а также других пазов с затрудненным отводом стружки, является снятие ограничения по фактору наличия отделенной стружки в зоне обработки [1]. Эффективным вариантом устранения этого ограничения является принудительное удаление стружки при помощи устройств, использующих гидродинамический потенциал напорных струй жидкости, водовоздушной смеси и т.д. В то же время, методика определения параметров таких устройств не установлена. С учетом этого разработаем методику определения их оптимальных параметров.

      В качестве исходных данных принимаются неизменяемые параметры системы принудительного удаления стружки:

      1. Геометрические параметры режущего инструмента и обрабатываемого паза: d – диаметр Т-образной фрезы; l – высота режущей части фрезы; h₁ – длина передней поверхности зуба фрезы; βз - угол между передней поверхностью зуба фрезы и поверхностью затылка следующего зуба; ωп - угол подъема винтовой канавки фрезы; α - передний угол зуба фрезы; с – высота Т-образного паза; а - ширина предварительно обработанного паза.

      2. Параметры удаляемых элементов стружки и массива стружки: k_p – коэффициент разрыхления стружки; f_n – коэффициент трения элемента стружки по передней поверхности зуба фрезы; f_н – коэффициент трения элемента стружки по нижней поверхности паза; ρ_c – плотность элемента стружки; ρ_м– плотность массива стружки; ε - угол естественного откоса насыпного массива стружки.

      3. Параметр смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) ρ ₀ - плотность жидкости.

      В качестве исходной величины используется также номинальная производительность фрезерования закрытых профильных пазов Q_H при минутной подаче S_м , принимаемой в качестве оптимальной в рассматриваемых условиях эксплуатации.

      Реализация оптимального значения S_м обеспечивается соответствующими значениями подачи на зуб S_z и частоты вращения шпинделя станка n при постоянстве периода стойкости инструмента Т.

      В качестве функции цели при определении оптимальных параметров используется производительность резания, потребное значение которой определяется в соответствие с выражением

      Определение искомых параметров устройств удаления стружки, обеспечивающих потребное значение производительности резания, производится в двух направлениях:

      1. Удаление элементов стружки с подачей жидкости по каналам в теле режущего инструмента (рис. 1).

      2. Удаление элементов стружки и тел волочения (массива стружки) по каналам вне инструмента (рис.2).

      В соответствии с первым направлением определение искомых параметров устройств удаления стружки, обеспечивающих потребное значение производительности резания, выполняется в следующем порядке:

      1. Устанавливается наличие или отсутствие самоудаления элементов стружки из пространства между зубьями фрезы после их отделения зубом инструмента от заготовки, что решается с помощью математической модели перемещения стружки режущим инструментом ММ2 [2]. С ее помощью определяются значения и вектор направления действия скорости v₁ и перемещения S элемента стружки вдоль зуба фрезы при значении силы принудительного воздействия на элемент стружки напорной струей жидкости F_np равном нулю.

      Конечные зависимости модели имеют вид

      где t – время перемещения элемента стружки вдоль передней поверхности зуба фрезы; ω - угловая скорость элемента стружки в переносном вращательном движении; δ - угол наклона вектора центробежной силы инерции; F_np - сила принудительного воздействия на элемент стружки; β - угол наклона вектора силы F_np к передней поверхности зуба фрезы; g – ускорение свободного падения; r_фр – радиус фрезы.

      Положительные значения искомых величин отражают наличие самоудаления элементов стружки из пространства между зубьями фрезы, а отрицательные – обратное, то есть не способность самостоятельной эвакуации из зоны резания. Это обуславливает повторное резание стружки зубьями инструмента, возникновение циркуляции элементов в пространстве между зубьями фрезы.

      Для предотвращения этого явления необходимо дополнительное принудительное воздействие напорной струей жидкости, то есть F_np>0 . Оптимальное значение F_np выбирается таким, чтобы скорость v₁ приняла положительные значения. Кроме того, выбор значений F_np основывается на расстоянии, на которое необходимо удалить элемент стружки.

      Для определения этого расстояния x используется следующая зависимость [2]

       где m - масса элемента стружки; F_н – сила трения по нижней поверхности паза.

      2. Определяется потребное значение давления напорных струй жидкости на элемент стружки по зависимости

      где S – значение площади, на которой осуществляется давление напорных струй жидкости на элемент стружки. Так как расстояние, на котором струя воздействует на элемент, практически равно нулю, то значение S принимается равным площади поперечного сечения насадка на выходе.

      Значение диаметра насадка d_н определяется конструктивно исходя из геометрических параметров режущего инструмента, а именно

      где r_стр – радиус стружечной канавки фрезы.

      Расход жидкости определяется параметрами существующих установок подачи напорных струй жидкости при станках.

      В соответствии со вторым направлением определение искомых параметров устройств удаления стружки, обеспечивающих потребное значение производительности резания, выполняется в следующем порядке:

      1. Определяется потребное давление струи жидкости на выходе из насадка (вне режущего инструмента) для перемещения элемента стружки на расстояние X вдоль паза, либо для его удаления из паза при помощи следующей зависимости [3]

      где ρ₀ - плотность жидкости; h - длина струи (равна x); μ - коэффициент расхода насадка.

      В приведенной зависимости диаметр насадка и расход жидкости определяются аналогично методике описанной в пункте 2 первого направления.

      2. При накоплении элементов стружки в пазу из них формируются тела волочения определенной длины. Для ее определения используются следующие зависимости:

      а) при заполнении предварительно обработанного прямоугольного паза (рис. 3, а)[4]

      где L₁ – длина тела волочения при обработке Т-образной фрезой, соответствующая заполнению прямоугольного паза стружкой.

      б) при заполнении Т-образного паза (рис. 3, б)[4]

      где L₁ – длина тела волочения при обработке Т-образной фрезой, соответствующая

      где L₂ – длина тела волочения при обработке паза, соответствующая заполнению Т-образного паза стружкой.

      3. Определяется потребное значение силы принудительного воздействия на тело волочения для его перемещения с использованием следующей зависимости [5]:

      где L₁(L₂) - длина тела волочения, соответствующая заполнению соответственно прямоугольного либо Т-образного паза стружкой; γ - угол вектора силы принудительного воздействия; n_б – коэффициент бокового давления; d_k - диаметр концевой фрезы (или ширина дисковой фрезы), используемой для предварительной обработки паза.

      4. Определяются значения давления pпротр , диаметра насадка dн и расхода согласно методике описанной в пункте 2 первого направления.

ВЫВОДЫ:

      1. Разработана методика определения оптимальных параметров устройств удаления стружки при фрезеровании закрытых профильных пазов.

1. Родин П. Р. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – К.: Вища шк. Головное изд.– во, 1986. – 455 с.

2. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н. Математична модель переміщення стружки різальним інструментом при фрезеруванні закритих профільних пазів. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. Випуск 92. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С. 72-82.

3. Нечепаев В., Гнитько А. Математическая модель эвакуации стружки при фрезеровании закрытых профильных пазов // Tehnologii Moderne, Calitate, Restructurare. Vol. 4. Chisinau, Universitatea tehnica a Moldovei, 2005, p. 197 - 182.

4. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н., Пархоменко Н. В. Исследование процесса заполнения закрытых профильных пазов стружкой при их фрезеровании // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2005. Вып. 29. - С.229-238.

5. Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н. Разработка математической модели удаления стружки напорными струями СОТС при фрезеровании Т-образных пазов // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2002. Вып. 21. - С.146-150.