Влияние жесткости системы СПИД на точность продольного цилиндрического фрезерования древесины

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Уральский государственный лесотехнический университет

Влияние жесткости системы СПИД на точность продольного цилиндрического фрезерования древесины

Полякова Т.В.,

Новоселов В.Г.

г. Екатеринбург, РФ

Аннотация

Приводятся результаты исследований влияния жесткости системы СПИД на конечный размер детали на четырехстороннем продольно-фрезерном станке «Beaver 523».

Influence of rigidity of system MFTP on accuracy of longitudinal cylindrical milling of wood

Results of researches of influence of rigidity of MFTP (machine - fixture - tool - part) system for the final size of a detail on the quadrilateral Beaver 523 longitudinally milling machine are given.

Точность является одним из основных показателей качества изготавливаемой продукции, и с точки зрения надежности технологической системы по ГОСТ 27.202-83 [1] принимается в качестве основного критерия работоспособности.

Непостоянство сил резания в процессе обработки детали, обусловленное изменением сечения срезаемой стружки, изменением механических свойств материала, износом и затуплением режущего инструмента, колебаниями снимаемого припуска материала, различной жесткости детали ввиду неоднородности физико-механических свойств древесины, вызывает и неравномерность упругих деформаций системы «станок - приспособление - инструмент - деталь», что влияет на точность обработки заготовки.

Для оценки влияния жесткости системы СПИД на точность обработки заготовок проведены исследования деформаций валов верхней и левой боковой ножевых головок четырехстороннего продольно-фрезерного станка «Beaver 523» в лаборатории кафедры станков и инструментов УГЛТУ.

а б

Рис. 1 - Установка приборов для измерения сил и деформаций на верхней (а) и левой боковой (б) ножевых головках четырехстороннего продольно-фрезерного станка «Beaver 523»

Нагружение валов производилось с помощью настроечных механизмов станка, сила определялась динамометром сжатия ДОСМ-3-1, для измерения деформации использовалась стойка с индикатором часового типа (Рис. 1).

Сила прикладывалась к валу в средней части ножевой головки, и в этом же сечении определялась величина деформации (Рис. 2).

Рис.2 - Схема нагружения и измерения деформации валов ножевых головок четырехстороннего продольно-фрезерного станка «Beaver 523»

Измерения проводились при нагружении и разгрузке троекратно, по усредненным значениям построены соответствующие графики зависимости силы и деформации, представленные на рис. 3.

а б

Рис. 2 - Графики зависимости силы и деформации валов верхней (а) и левой боковой (б) ножевых головок четырехстороннего продольно-фрезерного станка «Beaver 523»

Как видно нагрузочные и разгрузочные зависимости силы и деформации валов несколько различаются ввиду трения в соединениях деталей и гистерезиса в сих материалах. Однако, с достаточной для решения поставленной задачи точностью можно принять средние коэффициенты пропорциональности силы и деформации валов ножевых головок: верхней 7589 Н/мм и левой боковой 40303 Н/мм.

Из уравнения изогнутой оси двухопорной балки с нагруженной консолью [2]:

(1)

можно выразить приведенную к валу постоянного диаметра жесткость сечения EJ:

(2)

деформация ножевой фрезерный инструмент древесина

где дробь F/y и есть определенный из опыта коэффициент пропорциональности. В таблице 1 указаны значения размеров балок, коэффициентов пропорциональности и приведенной жесткости сечений валов верхней (а) и левой боковой (б) ножевых головок.

Таблица 1

Расчет приведенной жесткости валов

Для определения деформации валов в процессе фрезерования выполним расчет сил резания на основе решения обратной задачи [3]. Окружная касательная сила резания средняя за оборот фрезы:

(3)

где P - мощность электродвигателя механизма резания, кВт;

- к.п.д. механизма резания;

V - скорость резания, м/с.

Средняя сила резания на дуге контакта лезвий с древесиной, исходя из баланса работы сил:

(4)

где - D - диаметр фрезы, мм;

l_к - длина дуги контакта лезвия с древесиной, мм;

z - количество лезвий фрезы.

Длина дуги контакта лезвия с древесиной:

(5)

где t - глубина фрезерования, мм.

Для станка «Beaver 523» с частотой вращения шпинделей 6000 мин^-1, диаметром фрез 125 мм, мощностью двигателя верхней головки 11 кВт, двигателя левой головки 5,5 кВт, считая к.п.д. пары подшипников качения 0,99, с количеством лезвий на фрезах 4, глубиной фрезерования 2 мм, получим для ножевых головок: верхней F_хзуб = 1722 Н и левой боковой F_хзуб = 1174 Н. Приближенно, полагая, что мгновенная сила резания нарастает по закону треугольника, можно принять ее максимальное значение равным удвоенному среднему, тогда получим для ножевых головок: верхней F_хmax = 3444 Н и левой боковой F_хзуб = 2348 Н.

Радиальная сила (сила отжима), влияющая на деформацию валов в направлении, нормальном к поверхности обработки в зависимости от касательной силы определяется по формуле

(6)

где - среднее значение угла, соответствующее средине угла контакта _к.

(7)

Исходя из сделанных предположений, максимальная сила отжима составит для ножевых головок: верхней F_хmax = 109 Н и левой боковой F_хmax = 74 Н. Ввиду дорезонансного режима работы валов можно считать их прогибы пропорциональными нагрузке, тогда деформация в средней части лезвия ножа фрезы не превысит 0,014 мм для верхней головки и 0,002 мм для боковой. Считая кривизну изогнутой оси вала малой, а также ввиду жесткости корпусов ножевых головок, примем, что деформация вала пропорциональна длине участка консоли. Тогда максимальный прогиб на конце верхней ножевой головки вала приближенно составит 0,023 мм, а у левой боковой 0,003 мм. Эта величина прогибов валов на порядок меньше, чем отклонение размера детали 0,2 мм, обработанной на четырехстороннем продольно-фрезерном станке, допускаемое по нормам точности [4].

Выводы

1. Жесткость системы СПИД оказывает влияние на деформации валов ножевых головок фрезерного станка под действием сил отжима.

2. Величина деформаций валов ножевых головок реального фрезерного станка «Beaver 523» на порядок меньше, чем отклонение размера детали, допускаемое по нормам точности для четырехсторонних продольно-фрезерных станков.

Библиографический список

1. ГОСТ 27.202-83. Надежность в технике. Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготовляемой продукции. [Текст]. Введ. 1984-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1984. 50 с.

2. Любошиц М.И. Справочник по сопротивлению материалов [Текст] / М.И. Любошиц, Г.М. Ицкович // Изд. 2-е исправл. и дополн.- Минск: Вышейш.школа, 1969.- 464 с.

3. Глебов И.Т. Обработка древесины методом фрезерования: Учебное пособие.- Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2007.- 192 с.

4. ГОСТ 7315-83. Деревообрабатывающее оборудование. Станки строгальные четырехсторонние. Нормы точности. [Текст]. Введ. 1983-04-28. М.: Изд-во стандартов, 1983.- 9 с.

Размещено на Allbest.ru