Повышение надежности и долговечности машин и механизмов 1 федеральное государственное бюджетное

Проблемы износа в машинах и механизмах 
________________________________________________________________________________ 
385 
Фрезерование паза детали концевой фрезой четко показывает обработку фрезе-
рованием плоскостей как параллельных, так и перпендикулярных оси инструмента. В 
случае ошибочного базирования и закрепления конической части оправки в шпинделе 
станка появляются погрешности формы всех трех обрабатываемых плоскостей и раз-
меров фрезеруемого паза. 
За время поворота фрезы на один оборот 
𝑇
= 1/
мин, где n – частота вращения 
шпинделя, мин
-1
, она перемещается относительно обрабатываемой заготовки на рас-
стояние 
= 
∙ 
𝑇
= 
/
, где S – подача (мм/мин). На этом маршруте изменяется 
направление оси оправки (инструмента), что заметно при имитации процесса фрезе-
рования паза при наличии несоосности осей оправки и шпинделя в программной сре-
де Ansys (рис. 1).
Рис. 1.
Ориентация оси оправки 
Рис. 2.
Сечение заготовки в местах, 
занимаемых оправкой в процессе 
фрезерования паза
При данных обстоятельствах фреза передвигается по криволинейному пути при 
сохранении прямолинейности перемещения оси шпинделя. Таким образом, кроме то-
го, что паз будет иметь отклонение от прямолинейности, появятся дополнительные 
погрешности на боковых поверхностях и дне паза (рис. 2). 
Для измерения качества изготовленных оправок выполнено исследование гео-
метрических параметров инструментального конуса при помощи записи круговых 
профилограмм в шести сечениях на профилометре Talyrond. Круговые профилограм-
мы указывают, что у оправки с фрезой, используемой при обработке на координатно-
расточном станке в течение 5 лет, присутствует отклонение от круглости конической 
части в зоне большего диаметра в пределах 18 мкм. Вследствие проведенных экспе-
риментов отмечается, что точность установки инструментальной оправки колеблется 
с учетом ее углового положения в конусе шпинделя. 
При измерении упругих угловых деформаций контрольных оправок на экспе-
риментальном стенде было отмечено, что присутствие погрешностей углов кониче-
ской части инструментальных оправок обуславливает большие радиальные переме-
щения по отношению к оправке, изготовленной по номинальным размерам, в резуль-
тате жесткость системы уменьшается ~ на 10…15 %. 

---

НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ 
________________________________________________________________________________ 
386 
Принять во внимание возможные погрешности формы при аналитических 
изысканиях контактирования в подсистеме шпиндель-инструмент крайне затрудни-
тельно и не всегда представляется возможным. По этой причине появляется потреб-
ность применения численных методов для решения задач, связанных с изучением 
процессов в подсистеме шпиндель-инструмент. 
Для оценивания точности осевого расположения инструментальной оправки и 
угловой жесткости подсистемы шпиндель-инструмент с применением программного 
продукта конечно-элементного анализа Ansys была смоделирована подсистема шпин-
дель-инструмент при двух процессах: процесс закрепления и процесс обработки 
(принято во внимание действие радиальной составляющей силы резания).
Результаты расчета подтвердили, что при наличии вогнутости с возрастанием 
усилия затяжки до 5000 Н осевые передвижения оправки внутри шпинделя увеличи-
ваются по отношению к оправке, изготовленной по номинальным размерам, в 5…6 
раз. 
При наличии угловых погрешностей, вызванных уменьшением, как большого, 
так и малого диаметров, осевые перемещения оправки увеличиваются в 5…6 раз (при 
производстве оправки по 7-му квалитету) в сравнении с оправкой, изготовленной по 
номинальным размерам. 
В результате конечно-элементного моделирования определено, что:
- максимальное воздействие на точность осевого расположения при базировании 
и закреплении инструментальной оправки оказывают такие погрешности формы, как 
вогнутость образующей конуса оправки и угловые погрешности. Преимущество сле-
дует предоставить оправкам с плюсовым допуском на угол конуса оправки вне зави-
симости от характеристик его образования: отклонение большего или меньшего диа-
метра;
- присутствие пояска шириной 5…10 мм несущественно оказывает влияние на 
осевые перемещения оправки. Увеличение ширины пояска (до 25 мм) провоцирует 
увеличение осевых перемещений. Соответственно в случае технологической потреб-
ности изготовления пояска его ширина не должна быть более 5…10 мм, и он может 
находиться в средней части конической поверхности или быть смещен в сторону 
большего диаметра;
- угловая жесткость конического соединения обладает нелинейным характером 
изменения от действия радиальной составляющей силы резания в пределах до 1000Н. 
При последующем возрастании силы до 2000 Н угловая жесткость подсистемы шпин-
дель-инструмент увеличивается по линейному закону. При наличии угловых погреш-
ностей, полученных уменьшением как диаметра D, так и d, жесткость снижается ~ в 4 
раза.