3.4 Расчет режимов резания

3.4.1 Технологические схемы и технологические расчеты оборудования,

используемого при изготовлении заданной детали

Технологические расчеты выполняются с целью проверки возможностей осуществления заданной технологической операции на рассматриваемом станке. При этом рассматривается конкретный процесс резания (пиление, фрезерование, сверление, лущение и пр.), определяются основные параметры процесса резания (силы, скорости, параметры стружки и пр.), энергетические затраты на резание и подачу путем сравнения расчетной мощности на резание и подачу, процент использования мощности установленных на станке двигателей.

Расчеты целесообразно начинать с определения оптимальной скорости резания и подачи.

Перед выполнением технологических расчетов необходимо представить технологическую схему процесса обработки с указанием основных силовых и угловых параметров процесса резания ( пример выполнения схемы - рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема процесса обработки заготовки на круглопильном станке для

продольного распиливания: а – с верхним расположением пилы;

б – с нижним расположением пилы

Технологические расчеты должны включать:

- выбор или расчет оптимальной скорости подачи V_s(м/мин) ;

- расчет скорости главного движения резания V (м/с);

- расчет параметров резания (F_x , F_z, S_o, S_z, N_р, N_под);

- расчет параметров стружки (a_ср, в, l, t, );

- шаг зубьев инструмента и угловые параметры процесса резания (t_з,

φ_вх,, φ_вых φ_к, φ_ср);

- расчет производительности станка.

3.4.2 Примеры методик технологических расчетов основных видов

деревообрабатывающего оборудования

а) ленточнопильные станки:

- расчет начинается с определения оптимальной подачи, которая определяется по качеству обработанной поверхности (заданной шероховатости), работоспособности пилы и проверяется по мощности электродвигателя механизма резания.

Подача по заданной шероховатости определяется табличным способом [5,13]. Из двух величин принимается наименьшая и выполняется расчет процесса пиления при принятой подаче.

Порядок выполнения расчета процесса пиления:

- представить технологическую схему процесса пиления для рассматриваемого станка с указанием силовых и угловых характеристик процесса резания [5, 6,13];

- рассчитать силовые и угловые параметры процесса резания [5, 6,13];

- определить мощность на пиление по удельной работе резания [5,6,13];

- определить потребляемую мощность двигателя и коэффициент использования мощности электродвигателя.

Расчет механизма подачи выполняется [5,6]; производительность ленточнопильных станков определяется [1, 5,6, 22].

б) круглопильные станки:

Круглопильные станки для продольного распиливания:

- расчет для этого вида оборудования необходимо начинать с расчета оптимальной подачи, которая определяется по качеству обработанной поверхности (заданной шероховатости).

Порядок выполнения расчетов процесса пиления:

- представить технологическую схему процесса продольного пиления круглыми пилами для предлагаемого станка с указанием силовых и угловых характеристик процесса резания [5,13];

- рассчитать силовые и угловые параметры процесса резания, подачу на зуб, подачу на оборот, параметры стружки [5,13];

- для многопильных станков необходимо учитывать количество пил. Определить мощность пиления по удельной работе [5,13];

- определить потребляемую мощность механизма резания и коэффициент использования мощности установленного электродвигателя.

Порядок выполнения расчетов механизма подачи:

- представить технологическую схему механизма подачи для предлагаемого станка с указанием направлений сил, действующих в механизме подачи при

различных положениях заготовки [1, 4, 5, 13];

- выполнить расчет механизма подачи [13];

- определить потребную мощность электродвигателя механизма подачи [2, 10, 22] и сравнить ее с допустимой мощностью. Сделать вывод о работоспособности механизма подачи и параметрах его настройки.

Производительность станка необходимо рассчитать по методике, представленной в работах [2, 3, 5, 10, 21].

Круглопильные станки для поперечного распиливания:

- расчет необходимо начинать с механизма резания. Поперечное резание осуществляется с попутной подачей при поступательном или качательном перемещении пильного диска, а также при поступательном перемещении заготовок и неподвижном пильном диске [2, 5, 10, 13].

Порядок выполнения расчета процесса пиления:

- представить технологическую схему процесса пиления продольного пиления круглыми пилами для предлагаемого станка с указанием силовых и угловых характеристик процесса резания [2, 5, 10, 13];

- рассчитать силовые и угловые параметры процесса резания, подачу на зуб, подачу на оборот, параметры стружки [13]. Причем силы резания определяются по табличному значению касательной силы резания [13], мощность резания по удельной работе [13]. Поправочный коэффициент к табличным значениям сил и мощности на резание представлены в работе [13]. Подача на зуб и подача на оборот определяется по формулам, приведенным в работе [13];

- найти потребляемую мощность электродвигателя пилы и коэффициент использования мощности установленного электродвигателя.

Для многопильных станков расчеты ведется для одной пилы, а суммарные силы и мощности определяются умножением полученных величин на число пил, одновременно находящихся в работе.

Порядок выполнения расчетов механизма подачи:

- представить технологическую схему механизма подачи для предлагаемого станка с указанием направлений сил, действующих в механизме подачи при различных положениях заготовки [2, 5, 10, 13].

- выполнить расчет механизма подачи [2, 13];

- определить потребную мощность электродвигателя механизма подачи и сравнить ее с допустимой мощностью. Сделать вывод о работоспособности механизма подачи и параметрах его настройки.

Производительность станка необходимо рассчитать по методике, представленной в работах [2, 3, 5, 10, 21].

в) фуговальные станки:

Порядок выполнения расчетов процесса резания

- представить технологическую схему процесса продольного фрезерования для предлагаемого станка с указанием силовых и угловых характеристик процесса резания [5, 9, 13];

- рассчитать силовые и угловые и мощностные параметры процесса резания, подачу на зуб, подачу на оборот, параметры стружки [5, 9, 13];

- определить потребляемую мощность механизма резания и коэффициент нагрузки установленного электродвигателя.

Порядок выполнения расчетов механизма подачи:

- представить технологическую схему механизма подачи предлагаемого станка с указанием направления сил, действующих при различных положениях заготовки, а также сил сопротивления подаче [4, 9, 10, 13];

- для представленной схемы выполнить расчеты сил сопротивления подаче;

- определить потребляемую мощность электродвигателя подачи и сравнить ее с мощностью установленного электродвигателя.

Производительность станка определить по методике, представленной в работах [4, 5, 9, 15].

г) рейсмусовые станки:

- процесс резания на рейсмусовых станках идентичен процессу резания на фуговальных станках и выполняется по аналогичной рассмотренной выше методике [4, 5, 9, 13, 15];

д) двух- и четырехсторонние строгальные станки:

Порядок выполнения расчетов процесса резания:

- станки данной группы имеют две и более фрезерующие головки. Поэтому расчет механизма резания ведется для каждой головки по отдельным методикам расчета фуговальных и рейсмусовых станков с учетом особенностей работы каждой головки.

Порядок выполнения расчетов механизма подачи:

- представить технологическую схему процесса подачи предлагаемого станка с указанием направления сил, действующих на каждой фрезерной головке при различных положениях заготовки, а также сил сопротивления подаче [9];

- для представленной схемы выполнить расчеты сил сопротивления подаче по аналогии с фуговальными и рейсмусовыми станками;

- определить потребляемую мощность электродвигателя подачи и сравнить ее с мощностью установленного электродвигателя.

Производительность станка определить по методике, представленной в работах [4, 5, 9, 13, 15].

е) шипорезные станки

Порядок выполнения расчетов механизма подачи

До начала выполнения расчетов необходимо определить количество и назначение каждой агрегатной головки (суппорта): пильных, шипорезных, прорезных. В соответствии с этим расчеты каждого механизма будет включать расчет каждой головки. Пильные головки рассчитываются по методике, изложенной выше (процессы поперечного пиления).

Шипорезные головки станка обеспечивают поперечно-торцовое фрезерование по схеме, представленной в работе [5, 11, 13, 15], а прорезные фрезы – по схеме, представленной в работе [11].

Мощность, затрачиваемая на резание можно определить по рассчитанным составляющим силы резания – касательным силам и скорости резания.

Порядок выполнения расчета механизма подачи

Механизм подачи одностороннего шипорезного станка выполнен в виде каретки, совершающей возвратно-поступательное перемещение, или конвейера, а в двухсторонних станках данной группы используется цепной конвейер. Расчет механизма подачи двухстороннего шипорезного станка представлен в работе [1, 5, 11]. Аналогично выполняется расчет механизма подачи и для одностороннего станка.

Производительность одностороннего шипорезного станка с подачей заготовок кареткой рассчитывается как для станков, работающих по позиционной схемой обработки (цикловой), а станки с конвейерной подачей работают по проходной схеме. Расчет производительности станков, работающих по обеим схемам обработки, рассматривается в работах [1, 5, 11].

ж) сверлильные и сверлильно-фрезерные станки:

Порядок выполнения расчета механизма резания:

- представить технологическую схему процесса сверления на одном из выбранных станков данной группы или схему формирования паза с указанием силовых и угловых характеристик процесса[2, 5, 10, 13, 15];

- рассчитать силовые, угловые и мощностные параметры процесса высверливания отверстия или формирования паза, а также коэффициент загрузки двигателя на рассматриваемом станке [5, 13, 15].

Порядок выполнения расчета механизма подачи:

- представить схему подачи заготовок в станок и определить усилие на подачу и усилие в звеньях кривошипно-шатунного привода качения суппорта [5, 13, 15].

Производительность станка определяется в зависимости от схемы работы. Станки данной группы работают по позиционной схеме, поэтому производительность их рассчитывается в зависимости от длительности цикла обработки каждой заготовки.

з) лущильные станки:

Порядок выполнения расчета механизма резания:

- представить технологическую схему процесса резания с указанием силовых и угловых характеристик процесса лущения [4, 5, 10, 13, 14, 15];

- определить оптимальную степень обжима и для ее рассчитать координаты настройки взаимного расположения ножа и прижимной линейки [5, 13, 14];

- рассчитать силовые, угловые и мощностные параметры процесса лущения [5, 13];

- определить мощность электродвигателя механизма лущения и коэффициент его загрузки.

Порядок выполнения расчета механизма подачи:

- представить технологическую схему механизма подачи станка, нанести на нее действующие составляющие силы резания: F_xбл. и F_zбл ; σ_с – сила от массы суппорта:

σ_с = (0,25 … 0,30) * σ_ст * q (19)

где σ_ст – масса станка (по технической характеристике), кг;

- определить сопротивление подаче, W, Н:

W = F_zбл + (F_xбл + σ_с * 9,8) * f (20)

где f - коэффициент трения в направляющих суппорта, f = 0,1 …0,15;

- определить мощность подачи, N_под, кВт:

N_под = (W * V_s) / (60*1000) (21)

где V_s = (S_o * n_шп) / 1000; (м/мин); S_o – подача на оборот шпинделя, мм/об = а, а – толщина срезаемого шпона, мм (согласно задания); n_шп – частота вращения шпинделя, об/мин (согласно паспортным данным станка);

- определить мощность двигателя механизма подачи и сравнить ее с мощностью установленного электродвигателя;

Производительность станка рассчитывается по методике, изложенной в работе [5, 13, 14, 20].

и) шпонострогальные станки:

Порядок выполнения расчета механизма резания:

- представить технологическую схему процесса строгания шпона с указанием силовых, угловых и мощностных характеристик [5, 13, 14, 15];

- определить оптимальную степень обжима и для нее рассчитать координаты настройки взаимного расположения ножа и прижимной линейки [5, 13, 14];

- рассчитать оптимальные силовые и мощностные параметры процесса строгания [13, 14];

- определить мощность электродвигателя механизма резания и коэффициент его загрузки.

Порядок выполнения расчета механизма подачи:

- представить технологическую схему процесса подачи шпонострогального станка с указанием на ней силовых параметров процесса строгания, силу от массы суппорта и платформы σ_пл = (0,1 … 0,15) * σ_ст * q;

- определить сопротивление подаче, W, Н:

W = σ_спл + σ_заг * q; (22)

Массу заготовки определить расчетом по ее размерам.

- определить мощность подачи;

- определить мощность двигателя, необходимую для конкретных условий строгания и сравнить ее мощностью установленного электродвигателя (к.п.д. привода принять 0,6 … 0,7).

Производительность станка можно рассчитать по методике, представленной в работе [14].