Дослідження процесу різання торцевою ступінчастою фрезою з рухомим формоутворюючим різальним елементом
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2026-1(97)-84-96Ключові слова:
торцеве фрезерування, ступінчаста фреза, сили різання, шорсткість, площинністьАнотація
У статті представлено результати експериментального дослідження впливу складових сили різання на мікро- та макрогеометрію оброблюваної плоскої поверхні при чистовому торцевому фрезеруванні сірого чавуну СЧ-21 (270 HB) із застосуванням розробленої торцевої ступінчастої фрези. Особливу увагу приділено аналізу сил різання, шорсткості поверхні та відхилень від площинності оброблених поверхонь залежно від параметрів режиму обробки – швидкості різання та подачі на зуб. Проведено порівняння результатів при використанні нерухомо закріплених відносно корпусу фрези різальних елементів (РЕ) та застосування рухомого чистового формоутворюючого РЕ з пружним контактом відносно нерухомого копіра. Встановлено, що при підвищенні подачі на зуб зростають усі складові сили різання, що веде до погіршення як шорсткості обробки, так і до збільшення відхилення від площинності. Разом з тим, при підвищенні швидкості різання до V=26,4 м/с спостерігається зниження сил різання та покращення мікро- та макрогеометрії оброблюваної плоскої поверхні. Запропонована конструкція фрези з рухомим в осьовому напрямі чистовим РЕ, що пружно контактує із нерухомим копіром, дозволяє компенсувати пружні деформації технологічної системи (ТС) та зменшити похибки обробки. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації конструкцій торцевих фрез та режимів обробки для підвищення мікро- та макрогеометрії плоских поверхонь при чистовому торцевому фрезеруванні.
Посилання
Vyhovskyi, H.M. (2000), Pidvyshchennia pratsezdatnosti tortsevykh frez dlia chystovoi obrobky ploskykh poverkhon, Abstract of Ph.D. dissertation 05.03.01 Protsesy mekhanichnoi obrobky, verstaty ta instrumenty, K., 16 р.
Kundrak, J. and Felhő, C. (2020), «3D roughness parameters of surfaces face milled by special tools».
Zarkti, H., El Mesbahi, A., Rechia, A. and Jaider, O. (2015), «Towards an Automatic-optimized tool selection for milling process, based on data from Sandvik Coromant», Conception et Production Intégrées, In Xeme Conference Internationale.
El-Bestawi, M.A., El-Wardany, T.I., Yan, D. and Tan, M. (1993), «Performance of whisker-reinforced ceramic tools in milling nickel-based superalloy», CIRP annals, Vol. 42, Issue 1, рр. 99–102.
Melnychuk, P.P. and Loiev, V.Yu. (2014), «Teoretyko-tekhnolohichne obgruntuvannia mozhlyvostei obrobky ploskykh poverkhon detalei tortsevym lezovym instrumentom, osnashchenym nadtverdymy materialamy, zamist shlifuvannia», Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Tekhnichni nauky, No. 3, рр. 164–172.
Nguyen, H.T. et al. (2016), «High-definition metrology enabled surface variation control by cutting load balancing», Journal of Manufacturing Science and Engineering, No. 138 (2).
Nguyen, H.T., Wang, H. and Hu, S.J. (2014), «High-definition metrology enabled surface variation control by reducing cutter-spindle deflection», International Manufacturing Science and Engineering Conference. – American Society of Mechanical Engineers, Vol. 45806.
Nguyen, H.T., Wang, H. and Hu, S.J. (2013), «Characterization of cutting force induced surface shape variation in face milling using high-definition metrology», Journal of Manufacturing Science and Engineering, No. 135 (4).
Andersson, C., Andersson, M. and Ståhl, J.E. (2011), «Experimental studies of cutting force variation in face milling», International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 51, Issue 1, рр. 67–76.
Tao, F.C., Chen, G.C., Jiang, B. et al. (2012), «High Speed Face Milling Cutters Dynamic Response with Deformation», Advanced Materials Research, рр. 186–191.
Pimenov, D.Y., Guzeev, V.I., Mikolajczyk T.et al. (2017), «A study of the influence of processing parameters and tool wear on elastic displacements of the technological system under face milling», Int J Adv Manuf Technol., No. 92, рр. 4473–4486, doi: 10.1007/s00170-017-0516-6.
Kushnirov, P.V. and Zakharov, N.V. (1996), «Ahrehatni holovky dlia frezeruvannia shyrokykh ploskykh poverkhon», Stina, No. 2, рр. 29–31.
Kushnirov, P.V. (2004), «Obrobka ploshchyn tortsevoiu frezoiu: novi varianty», Obladnannia ta instrument dlia profesionaliv, No. 4 (51), рр. 4–5.
Vyhovskyi, H.M., Hromovyi, O.A. and Serov, V.V. (2001), «Pidvyshchennia pratsezdatnosti tortsevykh frez dlia chystovoi obrobky ploskykh poverkhon», Visnyk ZhITI. Tekhnichninauky, рр. 23–26.
Vyhovskyi, H.M. and Melnychuk, P.P. (1998), «Protses rizannia tortsevymy stupinchatymy frezamy z kosokutnoiu heometriieiu rizalnykh chastyn, shcho osnashcheni nadtverdymy materialamy», Visnyk ZhITI, No. 7, рр. 73–81.
Vyhovskyi, H.M. and Plysak, M.M. (2019), «Doslidzhennia napruzheno-deformovanoho stanu tortsevoi frezy dlia chystovoi obrobky ploshchyn», Visnyk ZhDTU. Ser. Tekhnichni nauky, No. 1 (83), рр. 53–58, doi: 10.26642/tn-2019-1(83)-53-58.
Vyhovskyi, H.M., Hromovyi, O.A. and Plysak, M.M. (2023), «Analiz vplyvu skhem roztashuvannia formoutvoriuiuchykh rizalnykh elementiv na protsesy deformatsii tortsevykh stupinchastykh frez», Tekhnichna inzheneriia, No. 1 (91), рр. 42–49, doi: 10.26642/ten-2023-1(91)-42-49.
Vyhovskyi, H.M., Hromovyi, O.A. and Plysak, M.M. (2023), «Doslidzhennia vplyvu syl rizannia pry chystovomu tortsevomu frezeruvanni na protsesy formoutvorennia obrobliuvanykh poverkhon», Tekhnichna inzheneriia, No. 2 (92), рр. 53–59, doi: 10.26642/ten-2023-2(92)-53-59.
Vyhovskyi, H.M., Balytska, N.O., Hlembotska, L.Ye. et al., Tortseva stupinchasta freza, Pat. 158589 Ukraina, zaiavl. 01.07.2024, opubl. 26.02.2025.
Vyhovskyi, H.M., Plysak, M.M., Hlembotska, L.Ye. and Holubovskyi, A.V. (2024), «Udoskonalennia konstruktsii tortsevoi stupinchastoi frezy dlia finishnoi obrobky ploskykh poverkhon detalei», Tekhnichna inzheneriia, No. 1 (93), рр. 45–51, doi: 10.26642/ten-2024-1(93)-45-51.
Vyhovskyi, H.M., Plysak, M.M. and Koval, Yu.O. (2025), «Doslidzhennia tortsevoi stupinchastoi frezy pry finishnii obrobtsi ploskykh poverkhon», Tekhnichna inzheneriia, No. 1 (95), рр. 45–58, doi: 10.26642/ten-2025-1(95)-45-58.
Список використаної літератури:
Виговський Г.М. Підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь : автореф. дис. … к.т.н. : 05.03.01 Процеси механічної обробки, верстати та інструменти / Г.М. Виговський. – К., 2000. – 16 с.
Kundrak J. 3D roughness parameters of surfaces face milled by special tools / J.Kundrak, C.Felhő. – 2020.
Towards an Automatic-optimized tool selection for milling process, based on data from Sandvik Coromant / H.Zarkti, A.El Mesbahi, A.Rechia, O.Jaider // In Xeme Conference Internationale: Conception et Production Intégrées, 2015.
Performance of whisker-reinforced ceramic tools in milling nickel-based superalloy / M.A. El-Bestawi, T.I. El-Wardany, D.Yan, M.Tan // CIRP annals. – 1993. – Vol. 42, Issue 1. – Р. 99–102.
Мельничук П.П. Теоретико-технологічне обґрунтування можливостей обробки плоских поверхонь деталей торцевим лезовим інструментом, оснащеним надтвердими матеріалами, замість шліфування / П.П. Мельничук, В.Ю. Лоєв // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – 2014. – № 3. – С. 164–172.
High-definition metrology enabled surface variation control by cutting load balancing / H.T. Nguyen and other // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2016. – № 138 (2).
Nguyen H.T. High-definition metrology enabled surface variation control by reducing cutter-spindle deflection / H.T. Nguyen, H.Wang, S.J. Hu // International Manufacturing Science and Engineering Conference. – American Society of Mechanical Engineers, 2014. – Vol. 45806.
Nguyen H.T. Characterization of cutting force induced surface shape variation in face milling using high-definition metrology / H.T. Nguyen, H.Wang, S.J.Hu // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2013. – № 135 (4).
Andersson C. Experimental studies of cutting force variation in face milling / C.Andersson, M.Andersson, J.E. Ståhl // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2011. – Vol. 51, Issue 1. – Р. 67–76.
High Speed Face Milling Cutters Dynamic Response with Deformation / F.C. Tao, G.C. Chen, B.Jiang and other // Advanced Materials Research. – 2012. – Р. 186–191.
A study of the influence of processing parameters and tool wear on elastic displacements of the technological system under face milling / D.Y. Pimenov, V.I. Guzeev, T.Mikolajczyk and other // Int J Adv Manuf Technol. – 2017. – № 92. – Р. 4473–4486. DOI: 10.1007/s00170-017-0516-6.
Кушніров П.В. Агрегатні головки для фрезерування широких плоских поверхонь / П.В. Кушніров, Н.В. Захаров // Стіна. – 1996. – № 2. – С. 29–31.
Кушніров П.В. Обробка площин торцевою фрезою: нові варіанти / П.В. Кушніров // Обладнання та інструмент для професіоналів. – 2004. – № 4 (51). – C. 4–5.
Виговський Г.М. Підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь / Г.М. Виговський, О.А. Громовий, В.В. Серов // Вісник ЖІТІ. Технічні науки. – 2001. – С. 23–26.
Виговський Г.М. Процес різання торцевими ступінчатими фрезами з косокутною геометрією різальних частин, що оснащені надтвердими матеріалами / Г.М. Виговський, П.П. Мельничук // Вісник ЖІТІ. – 1998. – № 7. – С. 73–81.
Виговський Г.М. Дослідження напружено-деформованого стану торцевої фрези для чистової обробки площин / Г.М. Виговський, М.М. Плисак // Вісник ЖДТУ. Сер. : Технічні науки. – 2019. – № 1 (83). – С. 53–58. DOI: 10.26642/tn-2019-1(83)-53-58.
Виговський Г.М. Аналіз впливу схем розташування формоутворюючих різальних елементів на процеси деформації торцевих ступінчастих фрез / Г.М. Виговський, О.А. Громовий, М.М. Плисак // Технічна інженерія. – 2023. – № 1 (91). – С. 42–49. DOI: 10.26642/ten-2023-1(91)-42-49.
Виговський Г.М. Дослідження впливу сил різання при чистовому торцевому фрезеруванні на процеси формоутворення оброблюваних поверхонь / Г.М. Виговський, О.А. Громовий, М.М. Плисак // Технічна інженерія. – 2023. – № 2 (92). – С. 53–59. DOI: 10.26642/ten-2023-2(92)-53-59.
Пат. 158589 Україна Торцева ступінчаста фреза / Г.М. Виговський, Н.О. Балицька, Л.Є. Глембоцька та інші ; заявл. 01.07.2024 ; опубл. 26.02.2025.
Удосконалення конструкції торцевої ступінчастої фрези для фінішної обробки плоских поверхонь деталей / Г.М. Виговський, М.М. Плисак, Л.Є. Глембоцька, А.В. Голубовський // Технічна інженерія. – 2024. – № 1 (93). – С. 45–51. DOI: 10.26642/ten-2024-1(93)-45-51.
Виговський Г.М. Дослідження торцевої ступінчастої фрези при фінішній обробці плоских поверхонь / Г.М. Виговський, М.М. Плисак, Ю.О. Коваль // Технічна інженерія. – 2025. – № 1 (95). – С. 45–58. DOI: 10.26642/ten-2025-1(95)-45-58.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Георгій Миколайович Виговський, Микола Миколайович Плисак, Світлана Іванівна Радкевич
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
