АГРЕГАТНІ ФРЕЗЕРНІ ГОЛОВКИ ДЛЯ ОБРОБЛЕННЯ ВЕЛИКИХ ПЛОСКИХ ПОВЕРХОНЬ

Богдан Андрійович Остапенко; Павло Васильович Кушніров; Оксана Дмитрівна Динник; Андрій Євгенійович Омеляненко

doi:10.32782/msnau.2024.3.4

Богдан Андрійович Остапенко Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0002-7862-6738
Павло Васильович Кушніров Сумський державний університет https://orcid.org/0000-0001-5894-538X
Оксана Дмитрівна Динник Класичний фаховий коледж Сумського державного університету https://orcid.org/0000-0002-1221-2065
Андрій Євгенійович Омеляненко Сумський державний університет https://orcid.org/0009-0001-6094-982X

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2024.3.4

Ключові слова: велика плоска поверхня, агрегатна фрезерна головка, торцева фреза, шпиндельний блок, ширина фрезерування, кількість проходів

Анотація

У статті розглядаються проблеми підвищення продуктивності фрезерування площин заготовок, що мають великі розміри. До таких заготовок відносять станини центрифуг та металорізальних верстатів, столи паперорізальних машин, різні плити та корпуси, рами, деталі транспортної техніки. Розміри площин цих деталей зазвичай перевищують десятки сантиметрів і часто досягають метрових значень, що створює певні труднощі при обробленні. Оскільки фрезерування є одним з найефективніших методів оброблення, виникає проблема зниження часу фрезерування великогабаритних заготовок. Однопрохідне фрезерування площин однією фрезою в даному випадку не завжди може бути реалізовано, оскільки для цього потрібна торцева фреза дуже великих значень: діаметром 400 – 630 мм і більше. Часто застосовують багатопрохідне фрезерування, що знижує якість поверхні і веде до збільшення часу оброблення. Тому одним із варіантів є застосування агрегатних фрезерних головок (АФГ), які мають свій привід і містять кілька торцевих фрез. Наприклад, якщо потрібно оброблення взаємно перпендикулярних плоских поверхонь, то запропоновано АФГ, що містить чотири шпинделі з встановленими на них торцевими фрезами. Кожна пара сусідніх фрез має траєкторії ріжучих ножів, що перетинаються. Такі АФГ дозволяють отримувати безперервну оброблену поверхню при відносному переміщенні заготовки та столу верстата. Максимальна ширина фрезерування АФГ дорівнює майже подвійному діаметру торцевої фрези. АФГ може працювати в будь-якому напрямку поздовжньої та поперечної подач. Запропонована АФГ розширює технологічні можливості фрезерування, оскільки дозволяє оброблення великих плоских поверхонь у взаємно перпендикулярних напрямках. Якщо є необхідність регулювання ширини фрезерування із застосуванням АФГ (наприклад, при обробленні площин пазів з бічними стінками), то запропоновано конструкцію АФГ із поворотним шпиндельним блоком. В цій АФГ три торцеві фрези розташовані в ряд і здатні повертатись разом із шпиндельним блоком на заданий кут, тим самим змінюючи ширину фрезерування. Величина ширини фрезерування може змінюватися від максимального значення, що дорівнює приблизно сумі діаметрів трьох фрез, – до мінімального значення, що дорівнює одному діаметру фрези. В дослідженні визначено залежність ширини фрезерування від кута повороту α (0°–360°) шпиндельного блока АФГ, що містить три фрези діаметром Dфр = 315 мм. Запропоновані АФГ забезпечують зниження машинного часу фрезерування великих плоских поверхонь за рахунок зменшення кількості проходів інструменту. Порівняння параметрів нормування операцій фрезерування станини центрифуги типу «ОГШ» повністю підтверджує перевагу використання АФГ у порівнянні зі звичайною торцевою фрезою.

Посилання

1. Arizmendi, M., & Jimenez, A. (2019). Modelling and analysis of surface topography generated in face milling operations. International Journal of Mechanical Sciences, 163, Article 105061. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105061
2. Borysenko, D., Karpuschewski, B., Welzel, F., Kundrak, J., & Felho, C. (2019). Influence of cutting ratio and tool macro geometry on process characteristics and workpiece conditions in face milling. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 24, 1–5. https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2018.12.003
3. Cisar, M., Kuric, I., Cubonova, N., & Kandera, M. (2017). Design of the clamping system for the CNC machine tool. MATEC Web of Conferences, 137(1): 01003. https://doi.org/10.1051/matecconf/201713701003
4. Gelatko, M., Kushnirov, P., Dehtiarov, I., Evtuhov, A., Stupin, B., Neshta, A., & Ostapenko, B. (2023). Milling Heads for Machining Mutually Perpendicular Flat Surfaces. MM Science Journal, 6441–6445. https://doi.org/10.17973/MMSJ.2023_06_2023008
5. Hadad, M., & Ramezani, M. (2016). Modeling and analysis of a novel approach in machining and structuring of flat surfaces using face milling process. Int. J. Mach. Tools Manuf., 05, 32–44. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.03.005
6. Ivchenko, O. V., Kushnirov, P. V., Denysenko, Yu. O., Dehtiarov, I. M., Yevtukhov, A. V., Stupin, B. A., Panchenko, V. O., Meleichuk, S. S., Kulyk, V. V., Denysov, R. V., Riasna, O. V., Dynnyk, O. D., Fesenko, D. I., Dumenko, O. P., & Ostapenko, B. A. (2022). Ahrehatna frezerna holovka z rehulovanoiu shyrynoiu obrobky [Aggregate milling head with adjustable machining width] (Patent of Ukraine No. 151784) (in Ukrainian)
7. Józwik, J., Kuric, I., Grozav, S., & Ceclan, V. (2014). Diagnostics of CNC machine tool with R–test system. Academic Journal of Manufacturing Engineering, 12(1), 52–57.
8. Kushnirov, P., & Stupin, B. (2017). Applying of several face mills in composite milling heads. Modern engineering and innovative technologies, 1(2), 16–21. https://doi.org/10.21893/2567-5273.2017-02-01-025
9. Kushnirov, P., Denysenko, Y., Ostapenko, B., Zhyhylii, D., & Stupin, B. (2022). Improvement of the Milling Effectiveness by Application of Composite Milling Heads. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, 293–301. https://doi.org/10.1007/978-3-031-06025-0_29
10. Kushnirov, P., Zhyhylii, D., Ivchenko, O., Yevtukhov, A., & Dynnyk, O. (2020). Investigation of the dynamic state of adjustable milling heads. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II. DSMIE–2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 169–179. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_17
11. Loiev, V. Yu., & Kravchuk, O. M. (2009). Tortseve frezeruvannia shyrokykh ploskykh poverkhon nezhorstkykh detalei. Suchasnyi stan problemy [Face milling of wide flat surfaces of non-rigid parts. The current state of the problem]. Bulletin of the Zhytomyr State University of Technology, (7), 114–129 (in Ukrainian)
12. Ostapenko, B. A., Skabenok, M. M., & Kushnirov, P. V. (2022). Ahrehatni frezerni holovky z troma tortsevymy frezamy [Composite milling heads with three face mills]. In: Technologies of the 21st century. SNAU, 23 (in Ukrainian)
13. Pavlova, O. O., Hryhorash, O. V., Kushnirov, P. V., Marchuk, N. A., Nedilska, S. A., & Sirenko, V. A. (2022). Evoliutsiia konstruktsii ahrehatnykh frezernykh holovok dlia obrobky shyrokykh ploskykh poverkhon [Evolution of designs of composite milling heads for machining wide flat surfaces] (P. V. Kushnirov). In: Innovative science, education, production and transport: education, medicine, economics, technology. Book 21. Part 2. KUPRIIeNKO SV, Odesa, 86–96. https://doi.org/10.30888/2663-5569.2022-21-02-004 (in Ukrainian)
14. Perez, I., Madariaga, A., Cuesta, M., Garay, A., Arrazola, P., Ruiz, J., Rubio, F., & Sanchez, R. (2018). Effect of cutting speed on the surface integrity of face milled 7050–T7451 aluminium workpieces. Procedia CIRP, 71(1), 460–465. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.034
15. Pimenov, D., Guzeev, V., Krolczyk, G., Mia, M., & Wojciechowski, S. (2018). Modeling flatness deviation in face milling considering angular movement of the machine tool system components and tool flank wear. Precision Engineering, 54, 327–337. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2018.07.001
16. Ramakrishnan, S., & Wysk, R. (2002). Optimization of the length of travel in face milling operations for flat surfaces. Transactions of The North American Manufacturing Research Institute of SME, XXX, 431–438.
17. Sandvik Coromant (2021). Cutter Path and Chip Formation in Milling. https://www.sandvik.coromant.com/en-gb/knowledge/milling/pages/cutter-path-and-chip-formation.aspx
18. Stupin, B. A., Ostapenko, B. A., & Kushnirov, P. V. (2022). Ahrehatni frezerni holovky dlia obroblennia ploskykh poverkhon, shcho ye vzaiemno perpendykuliarnymy [Composite milling heads for machining flat surfaces that are mutually perpendicular]. In: Modern technologies in industrial production. Sumy State University, 34 (in Ukrainian)
19. Taurit, H., Pukhovskyi, Ye., & Hryshchenko, Ye. (1981). Obrobka velykohabarytnykh detalei [Machining of Large–Sized Parts]. Tekhnika, Kyiv, 207 (in Ukrainian)
20. Yin, Y., Du, S., Shao, Y., Wang, K., & Xi, L. (2021). Sealing analysis of facemilled surfaces based on high definition metrology. Precision Engineering, 73(1), 23–39. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.08.020