CZ279414B6 - Způsob frézování a čelní fréza k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

1.sub.1.n.Způsob frézování orobků s plochými nebo zakřivenými povrchy, které se obrábějí čelní frézou taženým a náběhovým řezem, při kterém se vůči normále obráběného povrchu udržuje konstantní úhel sklonu čelní frézy při taženém i náběhovém řezu, přičemž se na vnitřní a vnější straně břitů čelní frézy udržuje alespoň přibližně symetrické uspořádání částí břitů vzhledem k normále obráběného povrchu. Čelní frézovací nástroj k provádění tohoto způsobu má geometrii břitů na vnitřní a vnější straně frézy ve straně mnohoúhelníku, přičemž osa úhlu frézovacích břitů (20) je vůči ose otáčení frézy nakloněna v úhlu alespoň přibližně odpovídajícím úhlu sklonu (.gama. ) osy frézy. ŕ

Description

Vynález se týká způsobu frézování obrobků s plochými nebo zakřivenými povrchy, u něhož se povrchy obrábějí čelní frézou za taženého nebo náběhového řezu, u které je dodržován úhel sklonu její osy shodný s úhlem frézovacích břitů čelního frézovacího nástroje k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Ze známých způsobů frézování k obrábění zakřivených ploch je nejběžnější ten, u něhož se po obrobku vede stopková fréza s kulovou hlavou za použití tří navzájem kolmých translačních os pohybu po rovných nebo prostorově zakřivených drahách. Prostorová vzdálenost středu koule od povrchu, který se má vytvořit, se přitom udržuje konstantní. Výhoda tohoto způsobu spočívá v tom, že se může bezproblémově používat na standardních frézkách, které jsou vybaveny odpovídajícím řízením a odpovídajícími pohony posuvů. Kromě toho se vyskytuje jen málo kolizních problémů. Pod kolizními problémy je třeba rozumět polohy frézy a jejího vřetena při frézování, u nichž fréza nebo její části by musely vniknout na nežádoucích místech do obrobku. Vyskytují se především na vystupujících obrysech a aby bylo možno se jim vyhnout, musí být obrábění povrchu přerušeno. Dále jsou u tohoto způsobu použitelné poměrně levné nástroje. Nevýhodou je však velmi špatné dolehnutí frézovacího nástroje na obrobek. Z toho důvodu jsou k dosažení požadované drsnosti nezbytné mnohé frézovací dráhy. Nadto se vyskytují podle tvaru obrobku příznivé, ale často i nepříznivé, řezné poměry. Dalším známým způsobem frézování je frézování obvodem válcových nebo kotoučových frézovacích nástrojů. Při obvodovém frézování válcovými frézovacími nástroji se uskutečňuje posuv jedním směrem, který probíhá kolmo na osu frézovacího nástroje. Pro zde se vyskytující kolizní problémy se tento postup omezuje jen na některé speciální aplikace, jako například na výrobu čistě válcových turbinových lopatek nebo opracování hran. Přitom je snahou, aby strana nástroje dolehla co nejoptimálněji na povrch obrobku. Toto dolehnutí je v jednotlivých případech použití možno zlepšit použitím speciálních tvarových fréz. Při obvodovém frézování kotoučovými frézovacími nástroji se může posuv uskutečňovat paralelně nebo kolmo na osu frézy. Při tomto způsobu je vzhledem k předchozímu výhodné to, že se mohou použít silnější frézovací nástroje, které umožňují vysoký obráběcí výkon. Naproti tomu se i zde vyskytuji kolizní problémy, především u konkávních tvarů. Tyto problémy se vyskytují jak pro polohu frézovacího vřetena - osa frézy je rovnoběžná s povrchem obrobku nebo je jen slabě, maximálně asi 30°, proti této skloněna, tak i z důvodu, že průměr frézovacího nástroje není možné zredukovat pod určitou míru, to je asi 25 mm, čímž u konkávních úseků s menšími průměry zakřivení je nebezpečí kolize. Dále je nevýhodné, že frézovací síla působí na povrch obrobku pod relativně strmým úhlem, což u tenkých tvarově málo tuhých obrobků, jako u turbinových lopatek, může vést k průhybům a chvění obrobku a frézovacího nástroje. I tento způsob se používá především pro zmíněné kolizní 'problémy jen při speciálních aplikacích, mezi kterými zaujímá důležité místo obrábění turbinových lopatek. Dále jsou známé způsoby frézování se skloněnou osou. Sklonem se zde označuje naklonění osy frézy od normálu na povrch v době dotyku mezi frézou a povrchem obrobku. Směr osy frézy se definuje dvěma úhly a δ. Úhel sklonu Γ se tvoří osou frézy a normálou na povrch, zatímco úhel směru sklonu δ je mezi průmětem osy frézy na povrch a směrem posuvu. U jednoho z těchto způsobů k obrábění lopatkovitých obrobků se hrany lopatky vytvářejí shora uvedeným obvodovým frézováním válcovým frézovacím nástrojem, například stopkovou frézou, podél površek hran lopatky, zatímco široké strany lopatek se obrábějí čelní stranou stopkové frézy se sklonem pomocí nepřerušovaného frézování plochy, přičemž se již vytvořené hrany lopatky přeskočí rychloposuvem. Ačkoliv se tímto způsobem řeší kolizní problémy jen o něco hůře než u prvně jmenovaného způsobu, a nadto se mohou dosáhnout lepší obráběcí výkony, vznikají přesto nadzdvihnutým přeskakováním hran lopatek stále ještě značné časové ztráty. U dalšího známého způsobu frézování se skloněnou osou se lopatkovitý obrobek obrábí čelní frézou se sklonem, která je nastavená napříč k ose lopatky, přičemž posuv se děje kolem lopatky. Ačkoliv i u tohoto způsobu se kolizní problémy řeší jen o něco hůře než u prvně jmenovaného způsobu a jsou možná lepší obráběcí výkony, nevýhodou je tu to, že se při ofrézování hran lopatek ztratí poměrně hodně času. U frézování se skloněnou osou, u něhož se dodržuje konstantní úhel sklonu , se na ne nekonečných drahách - nekonečné dráhy mohou vzniknout spirálovými nebo šroubovitými pohyby - vyskytuje vždy značná časová ztráta při změně jedné dráhy za druhou, ať už v případě, že se frézuje jen jedním směrem a pohyb zpět se děje v rychloposuvu s nadzdviženým nástrojem, nebo v případě frézování tam i zpět, u něhož se při každém obracení fréza musí zvednout se skokem o řádek, směr úhlu sklonu 6 se musí obrátit o 180° a fréza se musí opět spustit na obrobek. U dalšího známého způsobu frézování se skloněnou osou se frézuje za použití tříosové frézky jak s taženým řezem, tak i s náběhovým řezem, přičemž se dodržuje prostorově konstantní úhel mezi osou otáčení frézy s posuvovými zařízeními frézy, popřípadě osami stroje. U tříosového frézování se skloněnou osou se v případě zakřivených povrchů mění úhel sklonu , tedy úhel mezi osou frézy a lokální normálou na povrch, trvale, proto se vyskytují obecně nepříznivé řezné poměry. To se speciálně projevuje u náběhového řezu, který je obecně velmi citlivý. Selže nejpozději tehdy, když se střed frézy zatlačí do povrchu materiálu. Zásadně nevhodné pro frézování se skloněnou osou při náběhovém řezu jsou normální frézy, proto se tento způsob v praxi nepoužívá.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nevýhody odstraňuje způsob frézování obrobků s plochými nebo zakřivenými povrchy podle vynálezu, při kterém se obrábějí tyto povrchy čelní frézou taženým a náběhovým řezem, a jehož podstata spočívá v tom, že vůči normále obráběného povrchu se udržuje konstantní úhel sklonu čelní frézy při taženém i náběhovém řezu, přičemž se na vnitřní a vnější straně břitů čelní frézy udržuje alespoň přibližně symetrické uspořádání části břitů vzhledem k normále obráběného povrchu.

Výhodné je, když se povrch obrobku obrábí čelní frézou náběhovým řezem s vyloučením záběru vrcholové části čelní fřézy. To je provedeno s výhodou nakloněním osy frézy, takže u náběhového řezu se vynechá záběr této vrcholové části frézy.

-2CZ 279414 B6

Výhodné také je, když při obrábění povrchu náběhovým řezem se úhel sklonu osy frézy nastaví na hodnotu, při které vrcholová část čelní strany frézy je také v záběru s povrchem opracovávaného materiálu, čímž se opracovávané povrchy frézují ve stupních. Při frézování turbinových lopatek se oba směry pohybu frézy mohou zvolit v podélném směru turbinové lopatky.

Výhodné je, když při frézování sražených rohů se úhel sklonu osy frézy nastaví příčně vůči směru jejího posuvu.

Podstatou čelní frézy k provádění způsobu frézování podle vynálezu je, že geometrie břitů na vnitřní a vnější straně břitů je vůči ose otáčení frézy nakloněna v úhlu alespoň přibližně odpovídajícím úhlu sklonu osy frézy. Je výhodné, když čelní frézovací nástroj má kruhové břity,. přičemž jejich části na vnitřní a vnější straně vystupuji z plochy čela frézy, čímž ve vztahu k normále na obráběný povrch jsou použitelné symetrické části.

Výhodou způsobu frézování podle vynálezu je možnost rychlého a přesného vytváření libovolné, jednoduše nebo dvojitě zakřivené plochy konvexní nebo konkávní.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladné provedení řešení podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde na obr. 1 až 7 je současný stav techniky pro uvedení do problematiky, na obr. 8 až 16 jsou příklady provedení vynálezu, na obr. 1 je znázorněno frézování stopkovou frézou s kulovou hlavou, na obr. 2 potom obvodové frézování válcovou frézou, zatímco na obr. 3 také obvodové frézování, ale s kotoučovou frézou. Známé způsoby frézování se skloněnou osou jsou znázorněny na obr. 4 a 5, přičemž na obr. 6 je tento způsob schematicky znázorněn při obrábění v pohybu tam a zpět, zatímco způsob schematicky znázorněný na obr. 7 předpokládá obrábění jen v jednom směru, na obr. 8 je znázorněno frézování podle vynálezu při chodu dopředu, na obr. 9 potom totéž při chodu zpět, obr. 10 představuje schematické znázornění frézování ve stupních čelní frézou podle vynále'zu a na obr. 11 je schematické znázornění způsobu frézování podle vynálezu se skloněnou osou při obrábění v taženém řezu při pohybu tam a v náběhovém řezu při pohybu zpět, příklad kolizního problému je uveden ve schematickém znázornění na obr. 12 a řešení tohoto problému potom na obr. 13, příklady čelní frézy podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na obr. 14 až 16.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 až 5 jsou tak schematicky znázorněny známé způsoby frézování, které jsou zmíněny v úvodu. Přitom obr. 1 ukazuje obrábění zakřiveného povrchu 2 obrobku £ frézou 3 s kulovou hlavou a obr. 2 obvodové frézování poměrně štíhlou válcovou stopkovou frézou 6. Na obr. 2 se posuv děje kolmo na osu frézy 6, přičemž její bok přiléhá co možná nejoptimálněji na povrch obrobku. Zde však vznikají kolizní problémy, jak bylo uvedeno. Při obvodovém frézování kotoučovým nástrojem 7, jak je zřejmé z obr. 3, může posuv probíhat rovnoběžně nebo kolmo na osu frézy. Zde vyplývají úvodem zmíněné kolizní problémy, především u konkávních

-3CZ 279414 B6 povrchů z důvodu frézovacího vřetena na jedné straně a z důvodu nepodkročitelného průměru frézy na druhé straně.

Při frézování se skloněnou osou, jak je zřejmé z obr. 4 a 5, je osa 8 skloněna vzhledem k normále 10 na obrácený povrch 2 o úhel sklonu. Protože směr V posuvu probíhá ve směru sklonu osy 8 frézy 9, frézuje se zde v tažném řezu. Obr. 5 ukazuje vznikající ploché frézovací dráhy.

Všechny popsané způsoby frézování podle obr. 1 až 5 spočívají na taženém řezu, při kterém odpovídajícím nakloněním válcové stopkové frézy 9 dopředu se má spolehlivě zabránit následnému řezání zadní ''hranou frézy 9, protože se náběhový, tlačený nebo nořící se řez strany čela frézy 9, který vzniká při tomto následném řezání, hodnotí jako špatný a nehospodárný, a proto je mu třeba zabránit. Jsou tu také částečně kolizní problémy, jak bylo zmíněno v úvodu.

S ohledem na pojetí, že pro své výhody je přípustný jen tažný řez, dochází i k časové ztrátě, která vzniká při obrábění ploch, jak je zřejmé z obr. 6a 7. Má-li fréza 9 frézovat při taženém řezu jak při chodu 11 dopředu, tak i při chodu 12 dozadu, musí se při každém obracení fréza 9 se skokem o řádek pozvednout, směr sklonu její osy 8. se obrátí o 180° a fréza 9 se opět spustí na obrobek. Nadto se při konstantním směru otáčení frézy 9 frézuje v jednom směru frézování a v druhém směru frézování v protiběžném chodu.

Frézuje-li se naproti tomu jen v jednom směru 13., jak je znázorněné na obr. 7, probíhá pohyb 14 zpět s pozdviženou frézou 9 v rychloposuvu. V obou případech vsak vzniká odpovídající časová ztráta.

Vynález vychází z úvahy, že je možné provádět frézování se skloněnou osou 8. ve směru sklonu v libovolném úhlu ke směru posuvu, použije-li se k tomu vhodná čelní fréza. Tím se umožní frézovat nahotovo plochu prakticky bez časové ztráty, která je podmíněná drahami -naprázdno nebo špatnou účinností obrábění. Aplikuje-li se tento překvapující poznatek například při frézování povrchu tam i zpět, tak z toho vyplývají, jak při chodu 11 dopředu s tažným řezem, což je zřejmé z obr. 8, tak i při chodu 12 zpět s náběhovým řezem, což je zřejmé z obr. 9, stejné řezné podmínky, to jest jen souběžný chod popřípadě jen protiběžný chod i stejné kolizní poměry, protože se při obracení vůbec nemění poloha nástroje k obrobku.

Z obr. 8 a 9 je zřejmé, že jako obvyklá čelní fréza 9 vykazuje tato při chodu 11 dopředu a při chodu 12 zpět rozdílné záběry. Aby mohl být způsob proveden optimálně, je nutné, aby fréza 9 byla vytvořena tak, že řeže jak na obvodu 15, tak i na čelní straně 16 a disponuje dostatečným prostorem 18 pro třísky.

Na obr. 8 a 9 se předpokládalo, že síla materiálu, která se má odstranit, vykazuje jen takovou tloušťku, že při náběhovém řezu se do řezu dostane jen zadní dolní část frézy 9. Není-li tato podmínka ... splněna, dochází v náběhovém, nebo nořeném řezu do záběru jak přední, tak i zadní část frézy 9. jak je zřejmé z obr. 10. Frézování tak probíhá ve dvou stupních proto se způsob účelo

-4CZ 279414 B6 vě označuje jako stupňové frézováni. Povrch se-potom obrátí během náběhového nebo nořeného frézování v stupňovém frézování střídavě s taženým frézováním se skloněnou osou.

Tím, že se nyní frézuje jak v taženém, tak v náběhovém řezu, je možné frézování tam i zpět, jak je znázorněno na obr. 11, u něhož odpadají všechny dráhy naprázdno, ktieré se vyskytují ve způsobech podle obr 6 a 7. Tím se umožňuje značná časová úspora.

Na obr. 14, 15 a 16 jsou znázorněny čelní frézy 19, které optimálně vyhovují popsanému způsobu. to je možno znázornit nejlépe na základě obr. 15 a 16. Normála 10 dělí úhel obou dolních břitů břitové destičky 20 na dva stejné úhly β. To znamená, že i úhly a]_ a a₂ břitů k povrchu jsou stejné. Úhel τ odpovídá potom úhlu sklonu. Poměry se nemění, jestliže se kosočtverečné břitové destičky 20 nahradí čtvercovými, trojúhelníkovými nebo kruhovými, Tyto geometrické zvláštnosti se přitom v žádném případě neomezují na frézy s břitovými destičkami, ale mohou být provedeny i na integrálních frézách.

Takto vytvořenou frézou 19 se může provádět pětiosové frézování se skloněnou osou v tažném a náběhovém řezu podobně popsaném způsobu, ale díky začlenění čtvrté - otočné a páté - klopné osy s konstantním úhlem sklonu k místní normále na povrch obrobku. Zatímco jsou s frézou, která k tomu není speciálně vytvořena, řezné podmínky při náběhovém řezu normálně velice nepříznivé, umožňuje popsaný nástroj provádět kvalitativně rovnocenné frézování se skloněnou osou v náběhovém nebo vnořeném řezu jako frézování se skloněnou osou v tažném řezu. Užije-li se náběhového nebo vnořeného způsobu frézování, který se může také označovat jako náběhové nebo vnořené frézování, střídavě s taženým frézováním se skloněnou osou při obrábění tam i zpět, může, jak zmíněno frézovat plochu nahotovo, aniž by to znamenalo časovou ztrátu dráhami naprázdno nebo špatnou účinností v obrábění. Pro střídání mezi náběhovým, popřípadě vnořeným řezem s taženým řezem, se může tento druh obrábění označovat jako střídavé frézování. Druhy obrábění jsou znázorněny na obr. 11.

Při všech způsobech frézování se skloněnou osou, tedy i při tomto způsobu, ať už se obrábí taženě nebo náběhově, popřípadě vnořené, vzniká nevýhoda, že pro dobré dolehnutí frézy 19 na plochu obrobku neumožňují za určitých okolností dobré přiblížení se vystupujícím rohům, jak je zřejmé z obr. 12. Tam je jak u koutu 21, tak i u čárkovaně znázorněného požadovaného obrysu stěny 22 mnoho nadbytečného materiálu pro kolizi frézy 19 na rohu 21. Této nevýhodě může být podle vynálezu čeleno tak, že směr úhlu sklonu frézy £9, který je ve směru pohybu, se v blízkosti stěny 22 k ní v příčném směru otočí, čímž se vystupující kout 21 zpřístupni přímo v rohu frézy £9, který může být ostrý nebo přednostně zaoblený a vytažený skutečný obrys se přiblíží požadovanému obrysu, jak je zřejmé z obr. 13.

Zvláštní význam v tomto vynálezu má vytvoření břitových destiček 20 tvaru kruhu, jak je zřejmé z obr. 10 a 14. Tím, že s touto geometrií je splněna podmínka symetrie u všech úhlů sklonu hodí se speciálně pro obrábění obtížných obrobků, u nichž není dodržení konstantního úhlu sklonu vždy možné.

-5Λ

CZ 279414 Β6

Ze stejného důvodu může být tato geometrie břitů použita k frézování se skloněnou osou podle obr. 10, přičemž tento způsob frézování dovoluje při malých materiálových přídavcích použití malých úhlů sklonu, to jest plochých frézovacích řádků v náběhovém řezu. Efekt stupňového frézování se přitom dosáhne nejen zvláštním provedením nástroje, ale i poměrem hloubky řezu k hloubce záběru, to jest funkce úhlu sklonu průměru nástroje a poloměru rohu. Proto je také možné volit libovolně řeznou hloubku mezi maximem a nulou. Kromě toho jsou při frézování s úhlem sklonu možné úhly opásání až 360°, takže je frézovací proces značně klidný pro zvláštní '· poměry záběru. U známého obvodově-čelního frézování je maximum nanejvýš asi u 180°.

Claims (5)

1. Způsob frézování obrobků s plochými nebo nakřivenými povrchy, které se obrábějí čelní frézou taženým a náběhovým řezem, vyznačující se tím, že vůči normále (10) obráběného povrchu se udržuje konstantní úhel sklonu ( ) čelní frézy při taženém i náběhovéip řezu, přičemž se na vnitřní a vnější straně břitové destičky (20) čelní frézy (19) udržuje alespoň přibližně symetrické uspořádání části břitů vzhledem k normále (10) obráběného povrchu.

2. Způsob frézování podle nároku 1, vyznačující se tím, že se povrch obrobku obrábí čelní frézou (19) náběhovým řezem s vyloučením záběru vrcholové části čelní frézy.

3. Způsob frézování podle nároku 1,' vyznačující se tím, že při obrábění povrchu náběhovým řezem se úhel ( ) sklonu osy frézy (19) nastaví na hodnotu, při které vrcholová část čelní strany frézy (19) je také v záběru s povrchem opracovávaného materiálu.

4. Způsob frézování podle nároku 1, vyznačující se tím, že při frézování sražených rohů se úhel ( ý“·') sklonu osy frézy (19) nastaví příčně vůči směru jejího posuvu.

5. Čelní fréza k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že břitové destičky (20) na vnitř- ní a vnější straně frézy (19) jsou ve tvaru mnohoúhelníku, přičemž osa úhlu břitových destiček (20) je vůči ose otáčení frézy (19) nakloněna v úhlu alespoň přibližně odpovídajícím úhlu sklonu ( ) osy frézy (19).