Расчет режимов полузакрытого и закрытого фрезерования древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПОЛУЗАКРЫТОГО И ЗАКРЫТОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Глебов И.Т.

В производстве деревянных изделий широко применяются детали с четвертью, пазом, гребнем, прямыми шипами. Указанные элементы выполняются методом полузакрытого или закрытого фрезерования.

При полузакрытом фрезеровании в работе по срезанию припуска участвуют две режущие кромки лезвия фрезы (см. рисунок): главная и боковая режущие кромки. При закрытом фрезеровании, например при выборке паза, в работе участвуют три режущих кромки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование процесса закрытого и полузакрытого продольного фрезерования представлены в работах А.П. Шаповала [1] и А.И. Санковича [2].

Общую окружную силу резания предложено рассчитывать по формулам:

для полузакрытого резания

;

для закрытого резания

,

где F_x - окружная касательная сила резания открытого резания, Н;

F_xб - окружная касательная сила резания по боковой режущей кромке, Н;

F_xтр - окружная касательная сила трения боковой режущей кромки, возникающая в результате упругого восстановления древесины, Н;

Значением F_xб в расчетах пренебрегают в виду его малости. Значение F_xтр составляет 5…8% от F_x и для его определения предложены эмпирические формулы, например для продольного фрезерования по данным А.И. Санковича

,

где - угол подачи.

Таким образом, по данным А.И. Санковича, касательная сила резания по боковой режущей кромке зависит только от угла подачи. Никакие другие факторы процесса резания на величину этой силы не влияют. Такой вывод кажется сомнительным.

В предлагаемой статье дается другой подход к определению общей силы резания.

При обработке четверти (см. рисунок) обработанная поверхность формируется главной режущей кромкой 1, параллельной оси вращения фрезы, и боковой режущей кромкой 2, перпендикулярной к оси вращения фрезы. Угловые параметры зубьев назначаются так:

при главной режущей кромке - угол резания 55…70, задний угол 10…15;

при боковой режущей кромке - угол резания 90, задний угол 5…10, угол поднутрения 2…5.

При работе главная режущая кромка удаляет серповидный срезаемый слой сечением в основании cde и высотой b. Угол контакта главной режущей кромки с древесиной в градусах определяется по выражению:

,

где t - глубина фрезерования, мм;

D - диаметр фрезы, мм.

Средняя толщина срезаемого слоя, мм

,

где S_z - подача на зуб фрезы, мм; S_z = de.

Главная режущая кромка выполняет продольно-торцовое резание с углом встречи _в = _к/2.

Боковая режущая кромка выполняет продольно-поперечное резание с углом скоса _с = _к/2. Для боковой режущей кромки значение а_ср выступает в роли средней ширины срезаемого слоя. За толщину срезаемого слоя предлагается принять значение слоя, подвергаемое упруго-пластическому деформированию боковой режущей кромкой. В первом приближении можно принять а_б = а_ср.

Тогда можно принять, что общая касательная сила резания равна

,

где F_xг - сила резания по главной режущей кромке, Н;

F_xб - сила резания по боковой режущей кромке, Н.

Порядок выполнения расчета показан на примере.

Дано. На фрезерном станке обрабатываются сосновые заготовки с выборкой четверти. Ширина фрезерования b = 20 мм, глубина фрезерования t = 40 мм (см. рис.). Диаметр фрезы D = 160 мм, число зубьев z = 4, частота вращения n = 4000 мин^-1, материал фрезы - легированная сталь Х6ВФ, период стойкости Т = 3 ч. Угол резания главной режущей кромки = 55, боковой режущей кромки = 90. Скорость подачи Vs = 18 м/мин. Начальный радиус закругления режущих кромок _о = 5 мкм.

Определить мощность электродвигателя механизма главного движения.

Решение. Обозначим пункты решения, относящиеся к главной режущей кромке, символами ГРК, к боковой режущей кромке - БРК, а общие пункты - без указания символов.

1. Находим скорость главного движения

= 33,5 м/с.

2. Определим величину подачи на один зуб

= 1,125 мм.

3. Угол контакта зуба фрезы с заготовкой

= = 57,5 град.

Угол встречи главной режущей кромки с волокнами древесины равен углу скоса боковой режущей кромки

_в = _с = _к/2 = 57,5/2 = 28,75.

4. Средняя толщина срезаемого слоя главной режущей кромкой

= 0,56 мм.

5. Длина дуги контакта зуба фрезы с заготовкой

= 80 мм.

6. Прирост радиуса закругления лезвий за время работы

= lnTК_пК_и /1000,

где - величина затупления лезвий на 1 м пути, для лезвий из легированной инструментальной стали = 0,0008 мкм/м;

К_п, К_и - коэффициенты соответственно производительности и использования станка, в примере можно принять К_п = К_и = 0,9.

= 0,0008 80 4000 3 60 0,9 0,9 / 1000 = 37,3 мкм.

7. Определим значение фиктивной силы резания [3]

ГРК - р_//- = 1,57 + 0,0359_в = 1,57 + 0,0359 28,75 = 2,6 Н/мм;

БРК - р_//- = 1,57 - 0,0065_с = 1,57 - 0,0065 28,75 = 1,38 Н/мм.

8. Находим касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность лезвия: древесина электродвигатель мощность кромка

ГРК - k_//-=(0,196 + 0,0039_в) +(0,069+0,0014_в)V'- (5,4+0,158_в) = (0,196 + + 0,0039 28,75)55 +(0,069+0,0014 28,75 )(90-33,5) - (5,4+0,158 28,75 ) = 13,2 Мпа;

БРК - k_#-// = (0,196 - 0,00184_c) +[0,069 - (0,069 - Б)0,011_c]V' - (5,4 - - 0,053_c) = (0,196 - 0,00184 28,75)90 +[0,069 - (0,069 - 0,069)0,011 28,75 ](90-33,5) - (5,4 - - 0,053 28,75) = 12,9 Мпа.

Примечания. 1. В приведенных формулах V' - условная скорость резания, м/с, причем, если V < 50 м/с , то V' = (90 - V ), иначе V' = V, где V - скорость главного движения.

2. Б - коэффициент: значение Б = 0,059 при 55 и Б = 0,069 при > 55;

3. - угол резания, град;

9. Находим коэффициент затупления по формуле

.

ГРК - = 2,02;

БРК - = 2,3.

10. Рассчитываем значение касательной силы резания на дуге контакта при резании одной режущей кромкой

,

где а - толщина срезаемого слоя, мм;

а_п - коэффициент на породу древесины, для древесины сосны а_п = 1;

а_w - коэффициент на влажность древесины, при W=12% а_w = 1;

b - ширина срезаемого слоя, мм.

ГРК - F_{х зуб1} = 1 1(2,02 2,6 + 13,2 0,56) 20 = 252,9 Н;

БРК - F_{х зуб1} = 1 1(2,3 1,38 + 12,9 0,56) 0,56 = 5,8 Н.

11. Полная касательная сила резания на дуге контакта при работе одним зубом

F_{х зуб} = F_{х зуб1} +F_{х зуб2} = 252,9 + 5,8 = 258,7 Н.

12. Находим окружную касательную силу резания

= 164,8 Н.

13. Рассчитаем значение мощности электродвигателя механизма главного движения

,

где - КПД передачи, при = 0,94

= 5,87 кВт.

Заключение

Расчеты показывают, что при выборке четверти основную работу выполняют главные режущие кромки фрезы. Так на главной режущей кромке сила резания равна 252,9 Н, а на боковой - 5,8 Н, что для данного примера составляет только 2,2% от общей силы резания.

Библиографический список

1. Шаповал А.П. Исследование процесса продольного профильного фрезерования. Автореферат диссертации на соискание уч. степ. канд. техн. Наук. - М.: МЛТИ, 1965. - 26 с.

2. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины. - Минск: Вышейшая шк., 1975. - 304 с.

3. Глебов И.Т. Расчет режимов резания древесины. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. - 156 с.

Размещено на Allbest.ru