Материал: Проект модернизации механизма резания фрезернопильного обрезного станка мод Ц2Д1Ф

Сравнение основных параметров рассматриваемых станков представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Сравнительная характеристика рассмотренных станков

. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

.1 Кинематические параметры процесса резания

Основные кинематические зависимости процесса попутного пиления и фрезерования основаны на сочетании вращательного движения инструмента и прямолинейного движения пиломатериала. Схема попутного пиления приведена на рисунке 3.1.

Скорость вращения пилы V, м/с, вычисляется по формуле (1):

V = π · D · n / 60000, (1)

где D - диаметр пилы, мм;- частота вращения фрезерно-пильного вала, мин-1.

Скорость подачи Vs, м/мин, рассчитывается так:

= Sz · Z · n / 1000, (2)

где Sz - подача на зуб, мм;- число зубьев, шт.

Рисунок 3.1 - Схема попутного пиления

Длина дуги контакта зуба с древесиной lк (средняя толщина стружки еср примерно на середине дуги контакта) и соответствующий ей средний кинематический угол встречи (угол между векторами скорости резания и подачи) определяются выражениями:

, (3)

, (4)

, (5)

, (6)

где φвых, φвх - углы входа в распиливаемый материал и выхода из него, град;- высота пропила, мм;

еλ - толщина стружки для разведенных зубьев, мм;- ширина пропила, мм;- толщина пилы, мм;

θср - кинематический угол встречи, град.

Углы φвых, φвх для попутного пиления определяются из выражений:

, (7)

, (8)

где R - радиус пилы, мм;

а1 - расстояние от ближайшей поверхности обрабатываемого материала до оси вращения пилы, мм;

а2 - расстояние от вершины пилы до базовой поверхности станка, мм.

Схема попутного поперечно-продольно-торцового фрезерования приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема фрезерования

Скорость вращения фрезы V, м/с, находится по формуле (9):

= π · Dфр · n / 60 · 1000, (9)

где Dфр - срединный диаметр фрезы, мм;- частота вращения фрезерно-пильного вала, мин-1.

Скорость подачи Vs, м/мин, определяется по формуле (10):

, (10)

где Sz - подача на резец, мм;- число зубьев, шт.

Кинематические углы встречи для срединного диаметра φвх и φвых определяются из выражений (11) и (12).

, (11)

, (12)

где Rср - радиус срединного сечения конической части фрезы, мм.

; (13)

где а1 - расстояние от ближайшей поверхности обрабатываемого материала до оси вращения фрезы, мм;

а2 - расстояние от среднего диаметра фрезы до базовой поверхности станка, мм.

Для обеспечения прочности резца нужно создать оптимальные условия резания, необходимо, чтобы угол между передней гранью резца и плоскостью стола по направлению подачи был 95-140°.

Углы торцового среза щепы определяются по формулам

 , (14)

 (15)

где  - угол торцевого среза щепы в плоскости, проходящей вдоль волокон, град. (рисунок 3.3);

 - острый угол между плоскостью, параллельной направлению волокон по кромке щепы, и плоскостью среза, град.;

 - острый угол между плоскостью, параллельной направлению волокон по пласти щепы, и плоскостью среза, град.;

 - острый угол между плоскостью щепы и плоскостью среза в плоскости, перпендикулярной плоскости среза, град.

Рисунок 3.3 - Схема замера и определения углов среза щепы

Угол торцевого среза может быть определен и по номограмме на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Номограмма для расчета фактического угла среза на щепе по значению углов

.2 Мощность и силы резания при попутном пилении пилами

Каждый зуб пилы, проходя через распиливаемый материал, отделяет стружку и производит механическую работу. При числе зубьев Z, частоте вращения n, об/мин, мощность резания Nрез, кВт, рассчитывается по формуле

, (16)

где Fxz - касательная сила резания на одном зубе, Н;- касательная сила резания, Н;к - длина дуги контакта зуба с древесиной, мм.

Касательная сила резания на зубе с учетом толщины стружки ,H, равна:

, (17)

где - коэффициенты, учитывающие влияние затупления зубьев, влажности и направления подачи;

р - фиктивная единичная сила резания по задней грани, Н/мм;- ширина стружки (b1 = S (толщина пилы, мм) при разведенных

зубьях; = b при плющеных зубьях), мм;- подача на зуб, мм;

θср - средний кинематический угол встречи, град.;

к - удельная сила резания по передней грани, Н/;- ширина пропила, мм;

 - коэффициент интенсивности трения стружки о стенки пропила и

прессования ее во впадине зуба (αm = 0,71 для разведенных зубьев,

 = 0,57 для плющеных зубьев), Н/;- высота пропила, мм.

Коэффициент затупления зубьев при продольном пилении aρ вычисляется по формуле

, (18)

где ρ - начальный радиус закругления главной режущей кромки зуба пилы

(ρ0 = 10 мкм), мкм;

Δρ - приращение начального радиуса закругления главной режущей

кромки, мкм.

Для острых зубьев ap = 1. Для тупых зубьев при продольном пилении ap = 2.

Период стойкости пилы равен 8 часам.

Значения коэффициентов , приведены в таблицах 3.1 и 3.2. При попутном пилении  = 1,1.

Таблица 3.1 - Значения коэффициента

Таблица 3.2 - Значения коэффициента

*Для мерзлой древесины  = 1,5.

Единичная касательная сила резания по задней поверхности р, H/мм, вычисляется по формуле (19):

(19)

Удельная сила резания по передней поверхности , Н/, определяется так:

 (20)

.3 Расчет режимов попутного пиления

.3.1 Определение скорости резания

Если соотношение максимального диаметра пилы к диаметру шайб составляет 2:1 и более при частоте вращения фрезерно-пильного вала, не превышающей 1870 мин-1, то критическая частота вращения пилы выше фактической в 2 раза и более. Поэтому проверка работоспособности диска по критической частоте вращения не проводится.

Дополнительными техническими ограничениями при выборе скорости резания являются:

работоспособность опор пильного вала, которая обеспечивается при проектировании круглопильных станков по общетехническим нормативам;

уровень шума, который не должен превышать требований санитарных норм. С увеличением частоты вращения уровень шума увеличивается.

Скорость резания в диапазоне 20-100 м/с при постоянной подаче на зуб существенно не влияет на шероховатость поверхности распиливаемого материала. Поэтому нормативная величина подачи на зуб может приниматься при любой скорости резания в указанном диапазоне.

станок пиление резание

.3.2 Определение скорости подачи

Скорость подачи по заполнению впадин зубьев.

Срезаемая зубьями пилы стружка размещается во впадинах зубьев и ими же удаляется из пропила. Некоторое ее количество удаляется через зазор между полотном пилы и стенками пропила.

Максимальная скорость подачи по заполнению впадин разведенных зубьев стружкой , м/мин, определяется по формуле

 (21)

где Z - число зубьев, шт.;- частота вращения фрезерно-пильного вала, мин-1;

 - коэффициент заполнения впадин зуба,  = 0,5;

 - площадь впадин зуба, мм2;

 - коэффициент допустимого уплотнения стружки,  = 0,5;- высота пропила, мм.

Взаимосвязь между скоростями подачи для плющеных  и разведенных  зубьев определяется выражением (22):

 (22)

Площадь впадины зуба , , рассчитывается по формуле (23):

, (23)

где - коэффициент площади впадины зуба (таблица 3.3.);- шаг зубьев, мм.

Таблица 3.3 - Коэффициент площади впадины зуба

Шаг зубьев определяется по формуле (24):

 (24)

Скорость подачи по шероховатости поверхности обработки.

Шероховатость поверхности распиловки древесины по ГОСТ 7016-75 характеризуется параметром - максимальной высотой неровностей на поверхности. Величина  зависит в основном от подачи на зуб и кинематического угла встречи.

Скорость подачи по шероховатости распиловки определяется по формуле

 (25)

где - подача на зуб по заданной шероховатости поверхности распиловки, мм;

 - подача на зуб, мм.

Значение  выбирается по графику (рисунок 3.5) в зависимости от заданного значения, способа подготовки зубьев (развод, плющение) и кинетического угла встречи на входе зуба при попутном пилении древесины.

Рисунок 3.5 - Зависимость шероховатости поверхности пиления от подачи на резец

.4 Пример расчета сил и мощности при попутном пилении

Дано: Толщина необрезных пиломатериалов 32 мм - максимальная и 16 мм - минимальная, средняя ширина фрезерования с каждой кромки 40 мм, порода - ель, влажность древесины 30 - 60 %, диаметр пилы 450 мм, количество зубьев 48, толщина пилы 2,8 мм, частота вращения фрезерно-пильного вала 1600 , скорость подачи 150 м/мин, фреза торцово-коническая (угол наклона образующей к оси вращения равен 40º), четырехрезцовая, диаметр фрезерования 320/556 мм. Расстояние оси вращения фрезерно-пильной головки над опорной поверхностью стола равно 145 мм. Определим силу и мощность резания.