Определение влияющих на силовые показатели основных параметров процесса резания на фрезерно-брусующих станках

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯЮЩИХ НА СИЛОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ НА ФРЕЗЕРНО-БРУСУЮЩИХ СТАНКАХ

Раповец В.В., Бурносов Н. В. (БГТУ, г. Минск, РБ)

Совершенствование фрезерно-брусующих станков требует проведения специальных исследовательских работ, направленных на улучшение процесса переработки тонкомерных бревен с заданной производительностью и получением пилопродукции (брус и технологическая щепа) необходимого качества. При этом следует учитывать различные факторы, влияющие на процесс резания [1].

Среди этих факторов можно выделить производительность, размерно-качественные характеристики щепы и пласти бруса в зависимости от параметров режущего инструмента. Это взаимосвязанные факторы. Они определяют во многом технико-экономическую эффективность процесса переработки тонкомерных бревен [2].

Вопросы обработки древесины спиральными двухлезвенными фрезами (конструкция БТИ) недостаточно тщательно изучены как в силовом, так и в качественном отношениях. Ведь для резания технологической щепы необходим один режим, а для формирования качественной пласта бруса - уже другой, несколько отличающийся от первого режима. К тому же весь этот процесс сопровождается значительными ударными нагрузками, затрудняющими измерение силовых показателей.

Рассмотрим принцип формирования щепы и пласти бруса (рис. 1).

На рис. 1 изображено перерабатываемое бревно диаметром D в трех проекциях, которое движется со скоростью подачи U (м/мин) между правой I и левой II фрезами с центром О и частотой вращения n (мин-1). Ось бревна смещена выше центра фрез на размер а. Резцами 1,2,..., i радиусами R1, R2, …, Rj, расположенными на одной спирали Архимеда, срезаются с каждой стороны бревна последовательно три слоя так, что получается брус высотой hi и шириной меньшей пласти bi. При этом резцы на правой и левой фрезе имеют прямую короткую кромку под углом р. Угол среза торца щепы щ в общем случае не равен углу скоса короткой кромки резца р. Длинная кромка lд формирует щепу по толщине Sщ, а короткая lк по длине lщ.

На горизонтальной проекции бревна показана форма поперечных сечений щепы на уровне АО, на фронтальной - на уровне входа резца в древесину (а + bi/2), и на профильной показана форма режущих кромок резцов. При срезании слой древесины разрушается на отдельные щепки неопределенной ширины, но с постоянной площадью поперечного сечения F.

Рисунок 1 - Схема формирования элементов щепы и бруса

Определим теперь основные параметры щепы и резцов. Длина щепы по направлению волокон древесины

,

гдеU - скорость подачи, м/мин;

z - количество резцов, приходящихся на срезание одного слоя.

Длина длинной кромки резца

lд = lщ + 2 мм.

Увеличение на 2 мм делается для компенсации возможной неточности расположения резцов по радиусам R1, R2, …, Rj. Длина элемента щепы lэ представляет собой длину щепы плюс длину скошенной части щепы. Рассмотрим этот случай.

,(1)

гдеl - длина скошенной части элемента щепы, мм;

p - угол скоса прямой короткой кромки резца, град.

Проанализируем полученную зависимость (1):

1. lэ max будет при условии

.

.

2. lэ min будет при условии .

Из (1) следует, что длина элемента щепы зависит от технологических и инструментальных факторов. Длина элемента изменяется только за счет длины скошенной части щепы. Расчет показывает, что для средних условий lэ max / lэ min достигает двух.

Длина среза торца щепы

.(2)

Длина прямой короткой кромки резца

lк = lс + 2 мм.

Длина контура среза щепы включает поперечное резание длинной кромкой и торцово-поперечное - короткой кромкой:

L = lщ + lc.(3)

Угол среза торца щепы

.(4)

Проанализируем аналитическую зависимость (4):

1. tgщ max будет при условии ; tgщ max = tgр; т.е. щ max = р.

2. tgщ min будет при условии

.

.

Угол среза торца щепы щ меньше угла скоса короткой кромки резца р. Они равны между собой только при (а + bi / 2) = 0. Отношение tgщ max / tgщ min достигает четырёх. Известно, что качество щепы во многом определяется качеством торцового среза, а условия резания зависят от угла перерезания волокон древесины щ.

Площадь поперечного сечения щепы

F = Sщ lщ.(5)

Эта площадь зависит от длины и толщины щепы и не зависит от ее конфигурации.

Объем стружки (с некоторым приближением), срезаемый i-м резцом с бревна за один рез (один оборот фрезы):

V = F Bi.(6)

Изменяя сечение резца за счет толщины или длины щепы, можно выяснить их раздельное влияние на силовые показатели.

При определении мощности на резание удобно пользоваться

,(7)

Где О - объём щепы (см3), срезаемый в секунду;

b - ширина пласти, см;

D - средний диаметр бревна, см;

U - скорость подачи, м/мин.

Угол входа i-го резца в древесину (кромки lд и lк полностью вступают в работу)

.(8)

Угол выхода i-го резца из древесины (кромка lк заканчивает торцовый срез)

.(9)

Угол контакта i-го резца с древесиной

i = вых - вх.(10)

Длина дуги контакта (резца с древесиной)

li = 0,0175Rii.(11)

Рассмотрим подробнее угловые параметры режущего элемента. У известных резцов есть один общий признак - наличие двух режущих кромок [3].

На рис. 2 показаны линейные и угловые параметры резца, короткая режущая аб и длинная бв. При этих кромках есть соответствующие углы заострения к (сечение А-А) и д( сечение Б-Б). На нашем рисунке показана громка бг, которая является линией пересечения передних граней резца гбв и гба, по которым сходит стружка - щепа. Наружная кромка аг образует с боковой кромкой резца угол 1, который не участвует в резании. Между внутренней кромкой бг и наружной кромкой бд расположен угол заострения 0 (сечение В-В). Угол 2 расположен в сечении Г-Г. Задние грани резца абд и дбв скользят по обрабатываемой поверхности бревна в направлении вектора скорости резания V. 3адние углы резания относительно малы (3-5°) и могут быть приняты равными нулю для упрощения аналитического определения углов. Между плоскостью В-В и задними гранями абд и дбв образуются вспомогательные углы х и у. В плоскости Б-Б расположен угол 1. Внутренняя кромка бг находится на передней грани гбв под углом 2 к длинной режущей кромке бв. Конструктивные углы резца ₁ и ₂, угол среза торца щепы .

Рисунок 2 - Линейные и угловые параметры резца:

аб - короткая режущая кромка; бв - длинная режущая кромка; _к - угол заточки при кромке аб; _д - угол заточки при кромке бв; - угол среза торца щепы;

V - направление вектора скорости резания

При помощи метода проекций углов на плоскость установим теперь связи между перечисленными углами [4].

.(12)

.(13)

.(14)

+ x + y = 180^о. (15)

Определим вспомогательные углы из (14) и (15):

.(16)

.(17)

Аналогично определяются и конструктивные углы из (13) и (14):

.(18)

.(19)

Основными углами, характеризующими резец, являются угол заточки при короткой кромке к, угол заточки при длинной кромке д и угол среза торца щепы .

Проведем анализ полученных зависимостей.

1) к = д. Это условие, когда углы заточки при короткой и длинной режущих кромках равны.

2) у = 90о. Это отражает условие, которое показывает преобладание поперечного резания, и стружка свободно сходит по передней грани длинной режущей кромки.

Из уравнения (17) следует, что

,(20)

т.е. _к = _д. С уменьшением угла ближе по величине становятся _к и _д. Подставив (20) в (19), получим

.(21)

Следовательно, ₂ = 90^о.

Из (15) получим x = 90 - , что после подстановки в (16) дает

.(22)

Аналогичным образом из (14) получим

.(23)

3) x = 90^о. Это отражает условие, когда стружка, срезанная под углом к волокнам, будет сходить по передней грани короткой кромки.

Из (14) имеем ₀ = _к; из (16) tg_д = cos tg_к, т.е. _к > _д.

4) При уменьшении угла скоса торца щепы , при равных прочих условиях, углы ₁₂ увеличиваются, а углы ₂₀ уменьшаются.

Заключение. Анализируя полученные теоретическим путем аналитические зависимости, можно сделать соответствующие выводы. Углы заострения резца _к и _д нельзя изменять независимо друг от друга, т. к. они взаимозависимы. Короткая и длинная режущие кромки являются стружкообразующими. Режущие возможности резца и качество щепы будут выше при уменьшении углов заточки _к и _д. Ограничивающим фактором будет стойкость резца. Практически _д = _к = 40°. Углы резания при короткой и длинной режущих кромках будут больше на 2-3 градуса за счет задних углов. При уменьшении угла среза торца щепы до 30° углы _к и _д приблизительно равны по величине.

Как видим, полученные аналитические зависимости устанавливают связь между толщиной S_щ, длиной l_щ щепы и угловыми параметрами элементов резца. Эти основные параметры влияют на силовые показатели процесса резания, качество получаемой щепы и бруса, дают возможность связать параметры резца с параметрами технологической щепы, бревна, бруса, а также являются исходными при проектировании спиральных фрез, фрезерно-брусующих станков - основой расчета режимов резания на данном типе оборудования, подготовки и последующего проведения экспериментальных исследований.

фрезерный дерево станок бревно

Библиографический список

1. Механическая технология древесины / Под ред. Н. А. Ватина. - Мн.: Вышэйшая школа, 1979. - Вып. 9. - 164 с.

2. Механическая технология древесины / Под ред. Н. А. Ватина. - Мн.: Вышэйшая школа, 1985. - Вып. 9. - 144 с.

3. Микулинский В. И. О проекции углов на плоскость. - В кн.: Вопросы резания, надежности и долговечности дереворежущих инструментов и машин. - Л.: ЛТА, 1983.

4. Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. - Л.: ЛТА, 1986. - 136 с.

Размещено на Allbest.ru