Влияние углов ориентации сфероцилиндрического инструмента на шероховатость при обработке сложнопрофильных поверхностей

Введение. При фрезеровании сложных поверхностей деталей выбор траекторий и ориентации инструмента влияют на параметры шероховатости. Однако в исследованиях, посвященных формированию траекторий, не учитываются рекомендации, позволяющие обеспечить качество микрогеометрии поверхностей. К тому же при написании программ для оборудования с ЧПУ в CAM-системах (от англ. computer-aided manufacturing - автоматизированное производство) ограничения режимов резания определяются исключительно с помощью геометрического подхода. Он не учитывает влияние углов ориентации сфероцилиндрического инструмента относительно плоскости нормали на качество обработки поверхностей, а именно на шероховатость.Цель работы - создание методики по выбору предельных значений углов ориентации сфероцилиндрического инструмента для оптимизации процесса механической обработки пространственно-сложных поверхностей. Задачи: достижение минимальных значений амплитудного параметра шероховатости Rz и определение эффективности различных траекторий обработки.Материалы и методы. Использовались методы корреляционного и регрессионного анализа, результаты сравнивались и обобщались. Для оценки параметров уравнения регрессии применялся метод наименьших квадратов. Для экспериментальных исследований задействовали обрабатывающий центр DMU 50 ecoline. Шероховатость измеряли на профилометре Surfcom 1800 D. Материал образцов - сталь 12Х18Н10Т. Материал инструмента - твердый сплав 1620 Sandvik с PVD-покрытием (от англ. physical vapor deposition - физическое осаждение паров металлов, ближайший отечественный аналог - Т15К6).Результаты исследования. Детально показано, как параметры шероховатости Rz зависят от угла наклона и диаметра инструмента. Двадцать примеров представлены в виде таблицы. Естественные коэффициенты регрессии рассчитаны по линейной и гиперболической моделям. Установлено, что диаметр инструмента больше влияет на формирование параметра шероховатости Rz, чем угол наклона. Для детального описания особенностей влияния сравнивались коэффициенты множественной, частной, парной корреляции и множественной детерминации. Определены ограничения, связанные с углами наклона инструмента при обработке сложных поверхностей. Визуализирована схема для расчета угла нормали, которая включает выбранный шаг по оси для определения длин отрезков ломаной кривой. Даны в виде рисунков профилограммы поверхностей, полученные при различных траекториях формообразования. Это позволило сделать вывод о непригодности фрезерования сверху вниз при наклоне инструмента 5°- 35°. Составлена карта, по которой можно судить о шероховатости, зная вид фрезерования и угол наклона (от 5°до 80°). Графически показана зависимость параметра шероховатости от скорости обработки и применения охлаждающей жидкости. Сведены в таблицу расчетные параметры для определения оптимального угла наклона инструмента. Их анализ доказал адекватность предложенного метода подготовки управляющей информации.Обсуждение и заключение. Представленная методика позволила определить оптимальные значения углов ориентации сфероцилиндрического инструмента с учетом скорости резания и достижения минимально возможного амплитудного параметра шероховатости Rz. Рассмотрена ситуация подачи fz = 0,4 мм/зуб для участков поверхности с суммарным углом 5°- 50°. В этом случае обработка по траекториям в попутном, встречном направлении и снизу вверх обеспечила шероховатость в диапазоне 3-6 мкм по параметру Rz. Траектория движения сверху вниз не рекомендована к применению на окончательных операциях из-за значительной высоты параметра Rz.