Особенности конструкции сборных винтовых сверл для сквозного сверления плитных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ СБОРНЫХ ВИНТОВЫХ СВЕРЛ ДЛЯ СКВОЗНОГО СВЕРЛЕНИЯ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

А.Ф. Аникеенко,

А.Ю. Тишевич

Анализируя различные литературные источники, а также рекомендации производителей дереворежущего инструмента, можно сделать вывод, что конкретных теоретически обоснованных рекомендаций по технологическим режимам сверления ламинированных древесностружечных плит нет.

Практически во всех источниках указывают только частоту вращения сверла, опуская второй не менее важный технологический параметр -- скорость подачи. Производители инструмента рекомендуют режимы в довольно широких диапазонах для каждой конкретной конструкции сверла без учета материала обработки, что в корне является не верным. Более того, они чаще руководствуются критерием сохранения работоспособности сверл, упуская такие критерии, как качество обработанной поверхности и производительность. За редким исключением учитывают энергетическую составляющую при выдаче рекомендаций.

В современной ламинированной древесностружечной плите (рис. 1) можно выделить три основных слоя: ламинат (декоративное покрытия), покрывающий поверхность плиты, некоторое количество связующего и непосредственно сама плита.

Рис.1 Структура плиты: 1 - плита ДСтП; 2-связующее; 3 -ламинат;

В связи с тем, что все три слоя отличаются физико-механическими свойствами, возникает необходимость использовать технологические режимы, удовлетворяющие качественной обработке всех трех слоев. Наиболее сложно выбрать технологические режимы для обработки хрупкого и очень твердого ламината. Неправильно выбранный режим обработки приводит к появлению сколов (рис. 2), что недопустимо. Логично использовать небольшую скорость подачи и большую скорость вращения сверла, чтобы исключить появление таких дефектов. Такой подход позволяет избавиться от брака, но крайне негативно сказывается, во-первых, на производительности, во-вторых, на периоде стойкости инструмента и, в-третьих на энергопотреблении.

Следующим этапом обработки является слой связующего, но он настолько мал, что им можно пренебречь, после него нужно обрабатывать саму плиту, которая имеет градиент плотности по толщине-более плотные слои у поверхности плиты и менее плотные в середине. В отличие от ламината этот слой более рыхлый и менее твердый, и для его обработки логично было бы выбрать технологические режимы с высокой скоростью подачи, чтобы обеспечить наибольшую производительность.

Рис. 2. Дефект обработки сверлением

И если материал ламинирован с двух сторон, а нужно получить сквозное отверстие то опять возникает необходимость учитывать хрупкость материала на выходе сверла. В итоге процесс сверления ЛДСтП можно разделить на несколько этапов (рис. 3).

Рис. 3 Этапы сверления ЛДСтП

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 График изменения скорости подачи в зависимости от этапов обработки

Исходя из всего вышесказанного, логично было бы изменять технологические режимы на каждом этапе обработки (рис. 4), тогда можно было бы добиться и высокого качества продукции без брака, и высокой производительности.

Для подтверждения эффективности данной методики были проведены лабораторные испытания. В качестве лабораторной установки использовали многооперационную машину с числовым программным управлением (ЧПУ) Rover b 4.35. Возможности машины позволяют программно изменять технологические режимы обработки в реальном режиме времени и измерять потребляемую мощность.

Результаты лабораторных исследований полностью подтвердили гипотезу эффективности метода динамического изменения технологических режимов.

К большому сожалению, у большинства многошпиндельных сверлильных станков, использующихся на деревообрабатывающих предприятиях, нет возможности изменять технологические режимы динамически непосредственно в процессе сверления, что делает невозможным использование такого подхода.

В случае использования обрабатывающих центров с числовым программным управлением (ЧПУ) оператор в состоянии изменить режимы динамически в процессе работы принудительно, но это превращает полностью автоматизированный процесс обработки на машинах с ЧПУ в подобие ручной обработки. Так как процесс зачастую происходит на значительном удалении от оператора, то в рамках серийного производства осуществить такого рода принудительное изменение технологических режимов практически невозможно. Логичным выходом из ситуации было бы изменение управляющей программы, но, к сожалению, не все модели станков с ЧПУ позволяют изменять эти параметры поставляемым программным обеспечением.

Выходом в данной ситуации может быть создание инструмента, позволяющего вне зависимости от технических возможностей оборудования, на котором происходит обработка, менять технологические режимы динамически.

Авторами была предложена конструкция такого инструмента (рис. 5, 6).

Сверло представляет собой сборную конструкцию, состоящую из режущей части, которая может быть любой конструкции с подрезателями и без них, соединенную с хвостовиком через упругий элемент, и еще одного упругого элемента, установленного поверх режущей части. На торце внешнего упругого элемента находится защитная шайба, которая предохраняет ламинат от возможного повреждения.

Рис. 5. Сверло сборное для сверления ЛДСтП: 1- хвостовик, 2 - внутренний упругий элемент, 3 - режущая часть, 4 - внешний упругий элемент, 5- предохранительный элемент(шайба)

Рис. 6. Сверло сборное для сверления ЛДСтП

Внутренний упругий элемент в момент соприкосновения режущей части сверла с обрабатываемым материалом сжимается и тем самым уменьшает скорость подачи. Расчет данного упругого элемента сводится к условию, что сила упругости пружины должна быть больше силы сопротивления подаче F_упр ? F_о (рис.7)

Рис. 7. Расстановка сил

Далее сверло работает как обычное, т. к. упругий элемент сжат. Внешний упругий элемент работает в момент, когда процесс завершается, т. е. когда сверло выходит из обрабатываемого материала при сверлении насквозь. Внешний элемент опирается на поверхность заготовки, что также обеспечивает снижение скорости подачи.

Для определения параметров пружины, необходимо рассчитать ее жесткость. Ввиду упрощения расчётов составим дифференциальное уравнение второго порядка. Для этого запишем второй закон Ньютона.

Рис. 8 Расстановка сил

(1)

Так как , где с - коэффициент жесткости упругого элемента, Н/м; х - деформация упругого элемента, м. Ускорение а есть вторая производная от пути, то получим следующее дифференциальное уравнение:

(2)

Решим данное общее уравнение:

(3)

(4)

Решение данного дифференциального уравнения в общем виде:

 (5)

(6)

Частное решение данного уравнения ищем в виде

(7)

(8)

Тогда решение примет вид:

(9)

Для нахождения постоянных интегрирования проинтегрируем выражение (9), а так же зададимся начальными условиями.

Начальные условия: х = 0; t = 0;

(10)

Таким образом, подставив начальные условия в оба выражения полум решение:

 =

(11)

Таким образом, данная конструкция сверла позволит реализовать изменение скорости подачи на этапе входа и выхода инструмента из обрабатываемого материала.

Изменяя параметры упругих элементов, можно использовать данный инструмент для различных плитных материалов с разным покрытием по толщине и плотности.

Использование данного типа инструмента при сверлении плитных материалов позволит в значительной мере сократить количество брака, увеличить производительность вместе со снижением энергопотребления. Предполагаемая стоимость изготовления подобного сверла при серийном производстве значительно меньше затрат на устранение брака или модернизацию используемого оборудования.

древесностружечный плита винтовой сверло

Литература

1. Вихренко В.С. // Прикладная теория колебаний, Беларусский государственный технологический университет, Минск, 2002.

Размещено на Allbest.ru