Оптимизация параметров активации резания путем наложения на инструмент тангециальных ультразвуковых колебаний
Расчетная схема механизма резания лесопильной рамы. Особенности кинематики пиления древесины в лесопильных рамах с наложением тангенциальных ультразвуковых колебаний. Построение графиков, характеризующих процесс ультразвукового резания древесины.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.02.2019 |
| Размер файла | 133,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Нижегородский Государственный Технический Университет
Производственно-технологический центр «Промин»
Оптимизация параметров активации резания путем наложения на инструмент тангециальных ультразвуковых колебаний
Кретинин О.В., Адиков С.Г., Гордеев В. Ф.
Принципиальной особенностью ультразвуковой механической обработки является то, что на обычную кинематическую схему процесса накладываются дополнительные колебания формообразующего инструмента. Существует бесконечное множество направлений колебаний режущей кромки. Однако как показали исследования ряда авторов /1, 2/, ультразвуковое резание металлов наиболее эффективно, когда направление колебаний совпадает с направлением вектора скорости резания и касательной составляющей силы резания (тангенциальные колебания). Сейчас ведутся работы по исследованию ультразвукового резания древесины. В частности производственно-технологический центр «Промин» занимается разработкой инновационного проекта - ультразвуковой лесопильной рамы.
Рис. 1. Расчетная схема механизма резания лесопильной рамы
В работе рассмотрены особенности кинематики пиления древесины в лесопильных рамах с наложением тангенциальных ультразвуковых колебаний /4/.
Рассмотрим наиболее простой случай центрального кривошипно-шатунного механизма с прямолинейным движением пильной рамки (рис. 1).
Пусть к пиле приложены тангенциальные ультразвуковые колебания частотой , Гц, амплитудой, м. В пиле распространяются стоячие упругие волны. Закон движения режущей кромки зуба определяется двумя составляющими: первая зависит от кинематики кривошипно-шатунного механизма, а вторая от параметров ультразвуковых колебаний. Без учета затухания для выбранной системы координат полная величина перемещения режущей кромки зуба , м, будет
= (1)
где - перемещение, обусловленное кинематикой кривошипно-шатунного механизма, м; - величина колебаний режущей кромки, м.
Причем
= (2)
= (3)
где - радиус кривошипа, м;
- длина шатуна, м;
- частота вращения кривошипа, Гц;
- длина волны, м;
- расстояние от точки приложения колебаний до режущей кромки зуба, м.
Необходимо отметить, что формула (2) справедлива для точки соединения шатуна с пильной рамкой (точка B на рисунке 1). Для определения перемещений режущей кромки первого зуба в формулу (2) необходимо добавить постоянную величину равную расстоянию от нее до точки соединения шатуна и пильной рамки. Для определения перемещений последующих зубьев необходимо в полученную формулу добавить величину кратную шагу пилы , мм. Однако принципиальной разницы не будет и при дифференцировании (при расчете скорости) эта постоянная исчезнет. Поэтому она опущена для упрощения формулы.
Анализ формул (1), (2) и (3) показывает, что в узлах стоячей волны процесс ультразвукового резания не отличается от обычного. Действительно для узла /3/:
= ( = 0, 1, 2,…) (4)
= (5)
Поэтому наиболее эффективно при ультразвуковом резании применять пилы с переменным шагом. Зубья пил, режущие кромки которых находятся в узлах колебаний, необходимо удалить.
В пучностях стоячей волны наблюдаются лучшие условия с точки зрения ультразвукового резания /3/:
= ( = 0, 1, 2,…) (6)
= (7)
Истинная скорость резания также состоит из двух составляющих и для конкретного зуба пилы определяется по формуле
= = = (8)
где - скорость резания, обусловленная кривошипно-шатунным механизмом, ;
- колебательная скорость режущей кромки, .
Причем
= (9)
= (10)
Механизм ультразвукового резания реализуется при выполнении условия
< (11)
В качестве необходимо взять амплитудное значение колебательной скорости и тогда условие ультразвукового резания будет /1/
-1 < < 1 (12)
В частности для зуба пилы находящегося в пучности стоячей волны это условие выглядит как
-1 < < 1 (13)
При резании металлов эти условия играют не столь значительную роль, так как скорость резания здесь относительно невысока и редко превышает колебательную. При обработке древесины, когда скорость резания может достигать более 300 на возможность осуществления ультразвукового резания необходимо обращать особое внимание.
Анализ зависимостей (12) и (13) показывает, что для осуществления ультразвукового резания в течение всего рабочего хода необходимо либо уменьшать скорость резания, обусловленную кривошипно-шатунным механизмом (за счет уменьшения радиуса кривошипа и его частоты вращения или увеличения длины шатуна) либо увеличивать колебательную скорость (за счет увеличения амплитуды и частоты ультразвуковых колебаний). Второй способ видится более перспективным, но приводит к высоким требованиям к конструкции ультразвукового излучателя и волновода.
Для пилорамы проектируемой ПТЦ «Промин» = 0,05 м, = 0,37, = 8,3 Гц, = м, = 18000 Гц. Графики, построенные по зависимости (12) для зуба находящегося в пучности колебаний (кривая 1) и для зуба находящегося на расстоянии (кривая с 2) за период оборота, показаны на рис. 2.
лесопильный рама кинематика древесина
Рис. 2. Графики характеризующие процесс ультразвукового резания
Необходимо отметить, что возможен случай, когда зубья пилы, находящиеся в промежутке между пучностью и узлом стоячей волны (кривая 2), часть рабочего хода работают в обычном режиме (в этом случае режущая кромка не отходит от обрабатываемого материала). Этого можно избежать, размещая зубья на пиле как можно ближе к пучностям волны. Кроме того, в крайних мертвых точках движения пильной рамки, когда условия пиления наихудшие (скорость резания здесь стремится к нулю , а подача бревна все равно осуществляется) резание с ультразвуковыми колебаниями осуществляется практически всеми зубьями, что приводит к интенсификации процесса пиления. В этом заключается преимущество возвратно-поступательного пиления древесины с наложением ультразвуковых колебаний: так как скорость меняется в диапазоне от 0 до максимума, всегда найдутся точки, в которых влияние колебаний наиболее эффективно (верхняя и нижняя мертвые точки, которые являются наиболее проблемными с точки зрения осуществления резания).
Мгновенная подача на зуб , мм, в случае подачи бревна с постоянной скоростью определяется по формуле
= (14)
Из-за малости амплитуды колебаний, даже если два соседних зуба будут колебаться в противофазе (для первого зуба = , а для второго зуба = ) особого влияния на величину подачи на зуб ультразвуковые колебания не окажут.
В заключении хотелось бы отметить, что ультразвуковое резание древесины нуждается в комплексном изучении. Данная работа является первым шагом в таком исследовании.
Список использованной литературы
1. Кумабе Д. Вибрационное резание. - М.: Машиностроение, 1985. - 378 с.: ил.
2. Применение ультразвука и взрыва пи обработке и сборке / М. Ф. Вологдин, В. В. Калашников, М. С. Нерубай, Б. Л. Штриков. - М.: Машиностроение, 2002. - 264 с.: ил.
3. Трофимова И. Т. Курс физики. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.: ил.
4. Пат. 2113347 Россия, МКИ B 27 B 1/00, 3/00, 19/00, 23/00. Способ распиловки древесины лезвийным инструментом и устройство для его осуществления. / В. Ф. Гордеев и др. - № 97105166/ 13; Заявл. 02.04.97; Опубл. 20.06.98, Бюл. № 2.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Резание как механическая обработка древесины, технология его реализации. Отличительные черты резания древесины от других материалов, обоснование его сложности. Разновидности резания и схемы данных процессов. Примеры выполнения главных видов резания.
лабораторная работа [184,5 K], добавлен 18.09.2009Определение мощности электродвигателя. Выбор типа электродвигателя. Определение момента инерции маховика (метод К.Э. Рериха). Работа сил резания. Расчет диаметра вала по вращающему моменту от двигателя. Анализ механизма резания лесопильной рамы.
реферат [239,8 K], добавлен 20.09.2012Основные понятия и положения теории резания материалов. Общая схема и система резания. Движение резания и его элементы. Строгальные, долбежные и протяжные виды обработки. Комбинированные виды обработки и оптимизация функционирования системы резания.
курс лекций [2,1 M], добавлен 20.02.2010Выбор и обоснование режимов эксплуатации круглых пил для продольного пиления древесины. Расчет оптимальных режимов резания, подбор инвентаря. Разработка конструкции приспособления для контроля торцового и радиального биения зубьев круглопильных станков.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 10.03.2015Механизм резания фрезерно-обрезного станка Ц3Д-7Ф. Техническая характеристика станка Ц2Д-5АФ. Основные кинематические зависимости процесса попутного пиления и фрезерования. Мощность и силы резания при попутном пилении пилами. Передача винт-гайка качения.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 12.08.2017Явления, сопровождающие процесс резания; способы обработки конических поверхностей. Технология токарной обработки ступенчатого вала: характеристика детали, станка, режущего и контрольно-измерительного инструментов. Выбор рациональных режимов резания.
реферат [1,4 M], добавлен 02.02.2013Эксплуатация станков и инструментов; назначение режимов резания и развертывания с учетом материала заготовки, режущих свойств инструмента, кинематических и динамических данных станка. Расчет глубины резания, подачи, скорости резания и основного времени.
контрольная работа [153,5 K], добавлен 13.12.2010Стойкость инструмента как способность режущего материала сохранять работоспособными свои контактные поверхности. Знакомство с особенностями влияния геометрических параметров инструмента на период стойкости скорость резания. Анализ прерывистого резания.
презентация [252,1 K], добавлен 29.09.2013Характеристики и свойства токарного станка. Расчетное значение скорости резания. Частота вращения шпинделя станка, характеристики его механизма подачи. Определение жесткости винта в осевом направлении. Расчет частоты собственных колебаний подсистемы.
контрольная работа [376,2 K], добавлен 14.04.2011Обтачивание цилиндрического валика на токарно-винторезном станке модели 1К62. Рассчет рациональных режимов резания валика при одноинструментальной обработке: глубина и скорость резания. Расчет рассверливания отверстия под последующую обработку.
контрольная работа [133,3 K], добавлен 19.03.2008Характеристика аналитического метода расчёта оптимального режима резания металлов. Выбор режущего инструмента, определение глубины проникновения. Описание подач табличным способом. Построение номограммы зависимости скорости резания от параметров детали.
курсовая работа [982,0 K], добавлен 08.01.2016Ручной или механизированный способ обработки. Вида резания: с отделением стружки (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление), без отделения стружки (лущение шпона, срезание ножевой фанеры, раскрой фанеры, на ножницах), расслоение.
реферат [696,4 K], добавлен 09.10.2006Расчет параметров режимов резания для каждой поверхности по видам обработки. Определение норм времени. Назначение геометрических параметров режущей части резца. Расчет режимов резания при сверлении и фрезеровании. Выбор инструмента и оборудования.
курсовая работа [161,2 K], добавлен 25.06.2014Корреляционная зависимость между параметрами колебаний и величиной износа режущего инструмента. Единицы измерения вибраций и требования к приборам. Разработка конструкций виброгасящих устройств, сборка антивибрационного устройств. Расчет режимов резания.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 12.08.2017Анализ конструкции станка. Кинематические и энергетические показатели процесса резания. Проверка геометрической точности механизма резания. Операция подготовки инструмента: плющение и формование зубьев пил. Квалификационная характеристика станочника.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 19.01.2016Характеристика физической модели процесса точения, особенности описания несвободного резания. Тепловые явления, сопровождающие эту операцию. Влияние конструктивных параметров резца и режимных параметров резания на температуру в области приложения усилий.
презентация [1,6 M], добавлен 15.12.2013Показатели, характеризующие расчет самого выгодного режима резания материала. Основные паспортные данные станка 16К20: высота центров, мощность электродвигателя и шпинделя. Влияние скорости резания на шероховатость поверхности. Построение номограмм.
дипломная работа [922,0 K], добавлен 18.07.2011Анализ причин расхождения расчетных значений скорости резания, преимущества и недостатки существующих методик. Расчет скорости резания альтернативным методом. Разработка блок-схемы алгоритма автоматизированного выбора скорости резания для станков с ЧПУ.
курсовая работа [308,1 K], добавлен 04.04.2013Выбор инструментального материала и геометрических параметров режущего инструмента. Геометрия резьбового токарного резца. Назначение режима резания. Расчет тангенциальной силы резания и размеров поперечного сечения державки. Определение основного времени.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 24.05.2009Полный аналитический расчет режимов резания. Выбор геометрических параметров резца. Определение подач, допускаемых прочностью пластинки, шероховатостью обработки поверхности. Расчет скорости, глубины, силы резания, мощности и крутящего момента станка.
курсовая работа [711,8 K], добавлен 21.10.2014
