Материал: Проект модернизации механизма резания фрезернопильного обрезного станка мод Ц2Д1Ф

По формуле (1) определим скорость резания V:

= 3,14 · 450 · 1600 / 60 · 1000 = 37,68 м/с.

Подачу на зуб определим по формуле (2):

= 150 · 1000 / 48 · 1600 = 1,95 мм.

Шаг зуба t вычислим по формуле (24):

= 29,43 мм.

По формуле (21) рассчитаем максимальную скорость подачи по за-

полнению пазухи зубьев.

0,8 ·  · 48 · 1600 · 0,5 · 0,248 · 29,432/0,5 · 35 = 377 м/мин.

По формулам (3, 6, 7) определим ,,,, для максимальной толщина доски и минимальной:

Для максимальной толщины:

 = 180° - arccos110 / 225 = 120°9′,

 = 180° - arccos(110 + 35) / 225 = 130°7′,

 = 3,14 · 450 · (130°7′ - 120°9′) = 39,18 мм,

 = 180° - arcsin32 / 39,18 = 125°24′.

Для минимальной толщины:

 = 180° - arccos100 / 225 = 124°59′,

 = 180° - arccos(110 + 35) / 225 = 130°7′,

 = 3,14 · 450 · (130°7′ - 124°9′) = 20,15 мм,

 = 180° - arcsin16 / 20,15 = 127°43′.

Единичная касательная сила резания по задней грани р определяется по формуле (19):

 = 3,92 + 0,0353 · 125°24′ = 8,34 Н/мм.

 = 3,92 + 0,0353 · 127°43′ = 8,42 Н/мм.

Удельная (фиктивная) сила резания на передней поверхности зуба  вычисляется по формуле (20):

55(0,196 + 0,00392 · 125,24) + (0,0686 + 0,00147 · 125,24) (90

37,68) - (0,167 · 125,24 + 5,4) = 24,69 Н/.

55(0,196 + 0,00392 · 127,43) + (0,0686 + 0,00147 · 127,43) (90

37,68) - (0,167 · 127,43 + 5,4) = 24,96 Н/.

Касательная сила резания на одном зубе  высчитывается по формуле (17):

= 0,9 · 1,13 · 1,1[1 · 8,34 · 2,8 + 1,95 · 0,822 (24,69 · 4 +

+ 0,71 · 32)] = 243,83 Н.

= 0,9 · 1,13 · 1,1[1 · 8,42 · 2,8 + 1,95 · 0,822 (24,96 · 4 +

Мощность при пилении  находим по формуле (16):

 = 12,23 кВт.

 =  = 5,82 кВт.

.5 Мощность и силы резания при попутном фрезеровании

.5.1 Касательные силы резания. Мощность резания

Когда производилось исследование динамики фрезерно-пильного механизма резания станка мод. Ц2Д-1Ф не было разделения силы резания пилами и фрезами и их крутящих моментов на валах электродвигателей и шпинделей режущих головок.

Для нахождения сил и мощности резания круглой подрезной пилой пользуемся известной методикой [13]. Для определения сил и мощности фрезерования коническими фрезами пользуемся результатами экспериментальными данными полученными в работах [9, 10, 11], и руководящими техническими материалами [7].

Было установлено, что увеличение мощности резания является следствием пропорционального влияния ширины фрезерования и толщины доски h, мм. К примеру, изменение толщины доски в 1,34 раза (с 26 до 36 мм) приводит к увеличению мощности электродвигателя во столько же раз. При увеличении ширины фрезерования в 1,70 раз (с 90 до 150 мм) мощность электродвигателя возрастает в 1,78 раз. Вывод является таким, что мощность и касательная сила резания пропорциональны площади сечения обработки h×, мм2.

Чтобы рассчитать силу резания для случаев, когда режимы и параметры обработки отличаются от примера в разд. 3.4., введем понятие касательной удельной силы резания на дуге контакта ,

, (26)

где - касательная сила резания на дуге фрезерования.

Касательная удельная сила резания на дуге контакта при фрезеровании по данным работы [9] будет равна:

= 3799 / 150 · 35 = 0,72 Н/.

Значение  = 0,72 Н/ - это константа при обработке необрезных досок на станке Ц2Д-1Ф. Тогда касательная сила резания на дуге фрезерования  с учетом выражения (20) определится по формуле:

 (27)

Для других параметров обработки и режимов резания нужно ввести поправочные коэффициенты [7]:

 - коэффициент, учитывающий влияние длины щепы, принимается по таблице 3.4;

 - коэффициент, учитывающий влияние угла встречи. Для углов 110 -130º он равен 1;

 - коэффициент, учитывающий влияние влажности, принимается по таблице 3.5;

 - коэффициент, учитывающий влияние породы древесины; для сосны и ели принимается равным 1, для березы - 1,1.

Таблица 3.4 - Коэффициенты для сосны, березы, ели

Таблица 3.5 - Коэффициент влажности древесины

Тогда выражение (27) в общем случае примет вид:

, (28)

где  - поправочный коэффициент, .

Касательная окружная (средняя) сила фрезерования определяется по формуле (29):

 (29)

Угол контакта ножа с заготовкой  равен:

, (30)

где  - длина дуги контакта ножа с древесиной, мм;

 - средний диаметр торцово-конической фрезы, мм.

Длина дуги контакта  определяется из выражения

, (31)

где h - толщина доски, мм;

- ширина фрезерования (средняя ширина рейки, отрезаемой подрезной пилой), мм;

α - угол поворота режущей кромки ножа относительно диаметральной

плоскости фрезы (α = 15°), град.

Мощность фрезерования , кВт, определиться из выражения

 (32)

.5.2 Расчет режимов попутного фрезерования

Скорость резания при попутном фрезеровании с получением технологической щепы определяется из условий, при которых бывает наибольший выход нормальной фракции щепы лучшего качества.

Скорость подачи , м/мин, по параметрам щепы определяется по формуле (37):

 = Z n / 1000, (37)

где  - подача на резец (15-25 мм), оптимальное значение 20-23 мм;- число резцов по диаметру фрезы, шт.;- частота вращения фрезерно-пильного вала, .

Расчет параметров фрезерования выполняем по условиям примера,

приведенного в разделе 3.4.

Длина щепы  составит:

 = 150 · 1000 / 1600 · 4 = 23,4 мм.

Найдем скорость резания V по среднему диаметру фрезы, равному 442 мм:

= 3,14 · 442 · 1600 / 60 · 1000 = 37 м/с.

Касательная сила резания на дуге фрезерования  по формуле (28) будет равна:

= 0,72 · 150 · 32 · 1,08 · 1 · 1 · 1 = 3732,48 Н.

= 0,72 · 150 · 16 · 1,08 · 1 · 1 · 1 = 1866,24 Н.

Касательная окружная (средняя) сила фрезерования  определяется по формуле (29):

= 3732,48· 4 · 46 / 360 = 1907,7 Н.

= 1866,24· 4 · 46 / 360 = 953,86 Н.

Мощность, расходуемая на фрезерование,  вычисляется по формуле (38):

 (38)

= 1907,7 · 37 / 1000 = 70,58 кВт.

= 953,86 · 37 / 1000 = 35,29 кВт.

Из расчетов делаем вывод, что при фрезеровании существует прямая зависимость мощности от толщины фрезерования.

3.6 Расчет шпинделя на кручение и изгиб

На рисунке 3.6 представлена система и эпюра изгибающих моментов.

Из расчетов сил резания получаем:

Из чертежа фрезерно-пильного механизма нам известны расстояния: ; .

Рисунок 3.6 - Эпюра изгибающих моментов

Произведем необходимые расчеты.

;

;

;

;

Определим максимально допустимый крутящий момент на валу фрезерно-пильного узла и проверим, превысит или нет значение существующего момента.

где  - предел прочности материала, мПа;- больший диаметр вала, мм;- меньший диаметр вала, мм.

Определим значение существующего момента.

где  - общая мощность пиления и фрезерования, кВт;

 - частота вращения электродвигателя, об/мин.

Крутящий момент при максимальной толщине обработки не превышает допустимого. Это означает то, что шпиндель будет работать при нормальных условиях, что обеспечивает его долговечность. Коэффициент запаса прочности k = Mmax / Mк = 4121 / 494,17 = 8,3. Это значит, что даже при повышенных нагрузках шпиндель будет работать в нормальном режиме.

. ОБЗОР ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА

Существуют винтовые передачи, которые бывают двух типов: качения (рисунок 4.1, б) и скольжения (рисунок 4.1, а). Они представляют собой пару винт-гайка, служащую для преобразования поступательного движения во вращательное или наоборот. В первом случае передача почти не используется, так как у нее очень низкий КПД. Более распространены передачи преобразующие вращательное движение в поступательное.

Рисунок 4.1 - Передачи винт-гайка: