Материал: Проект модернизации механизма резания фрезернопильного обрезного станка мод Ц2Д1Ф

Скорость резания в диапазоне 20-100 м/с при постоянной подаче на зуб существенно не влияет на шероховатость поверхности распиливаемого материала. Поэтому нормативная величина подачи на зуб может приниматься при любой скорости резания в указанном диапазоне.

станок пиление резание

.3.2 Определение скорости подачи

Скорость подачи по заполнению впадин зубьев.

Срезаемая зубьями пилы стружка размещается во впадинах зубьев и ими же удаляется из пропила. Некоторое ее количество удаляется через зазор между полотном пилы и стенками пропила.

Максимальная скорость подачи по заполнению впадин разведенных зубьев стружкой , м/мин, определяется по формуле

 (21)

где Z - число зубьев, шт.;- частота вращения фрезерно-пильного вала, мин-1;

 - коэффициент заполнения впадин зуба,  = 0,5;

 - площадь впадин зуба, мм2;

 - коэффициент допустимого уплотнения стружки,  = 0,5;- высота пропила, мм.

Взаимосвязь между скоростями подачи для плющеных  и разведенных  зубьев определяется выражением (22):

 (22)

Площадь впадины зуба , , рассчитывается по формуле (23):

, (23)

где - коэффициент площади впадины зуба (таблица 3.3.);- шаг зубьев, мм.

Таблица 3.3 - Коэффициент площади впадины зуба

Шаг зубьев определяется по формуле (24):

 (24)

Скорость подачи по шероховатости поверхности обработки.

Шероховатость поверхности распиловки древесины по ГОСТ 7016-75 характеризуется параметром - максимальной высотой неровностей на поверхности. Величина  зависит в основном от подачи на зуб и кинематического угла встречи.

Скорость подачи по шероховатости распиловки определяется по формуле

 (25)

где - подача на зуб по заданной шероховатости поверхности распиловки, мм;

 - подача на зуб, мм.

Значение  выбирается по графику (рисунок 3.5) в зависимости от заданного значения, способа подготовки зубьев (развод, плющение) и кинетического угла встречи на входе зуба при попутном пилении древесины.

Рисунок 3.5 - Зависимость шероховатости поверхности пиления от подачи на резец

.4 Пример расчета сил и мощности при попутном пилении

Дано: Толщина необрезных пиломатериалов 32 мм - максимальная и 16 мм - минимальная, средняя ширина фрезерования с каждой кромки 40 мм, порода - ель, влажность древесины 30 - 60 %, диаметр пилы 450 мм, количество зубьев 48, толщина пилы 2,8 мм, частота вращения фрезерно-пильного вала 1600 , скорость подачи 150 м/мин, фреза торцово-коническая (угол наклона образующей к оси вращения равен 40º), четырехрезцовая, диаметр фрезерования 320/556 мм. Расстояние оси вращения фрезерно-пильной головки над опорной поверхностью стола равно 145 мм. Определим силу и мощность резания.

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)