ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Рассмотрим порядок выполнения работы на примере конструктивного анализа одностороннего рейсмусового станка СР4-1.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

 

1.1 Назначение и техническая характеристика станка.

 

Деревообрабатывающий рейсмусовый станок модели СР4-1 относится к группе односторонних рейсмусовых станков. Станок предназначен для продольного фрезерования заготовок в заданный размер по толщине путем удаления материала со стороны заготовки, противоположной базовой. Станок относится к универсальному оборудованию с широкой областью применения в деревообработке – мебельные, столярно-строительные производства, судостроение, вагоностроение и др.

Станок изготовлен заводом “Красный Металлист”, Россия.

Далее следует представить в табличном виде техническую характеристику станка, как это выполнялось в лабораторных работах по курсу дисциплины.

 

1.2 Описание конструкции станка

По альбому чертежей конструкций деревообрабатывающих станков, полученному на кафедре (или другим литературным или конструктивным источникам), студент знакомится с общим видом станка, конструкцией его основных узлов, функциональной, кинематической и пневматической схемами.

1.3 Анализ схематики станка

Функциональная (технологическая) схема (рис. 2) показывает взаимодейст­вие обрабатываемой заготовки с режущим (или иным) инструментом, базирующими, подающи­ми, направляющими и другими элементами машин, в том числе и элементами безопасности - противовыбрасывателями, стружкоприемниками и т. д. Схема вскрывает техноло­гическую сущность рабочих процессов, но не содержит данных, каким об­разом достигаются необходимые движения элементов машины.

Кинематической называют схему, изображающую способ передачи движений от двигательного механизма к исполнительному (рис. 3). По ней про­слеживаются все кинематические связи и рассчитываются скорости перемещения, часто­ты вращения и т. д.

Пневматическая (гидравлическая) схема показывает состав и соеди­нения элементов, входящих соответственно в пневматические (гидравлические) системы машины.

 

Эти схемы используются для описания конструкции станка и принципа его работы. Поскольку данный станок не оснащен пневмо- или гидрооборудованием, то и соответствующие схемы у него отсутствуют, и естественно в данном анализе рассматриваться не будут.

 

Анализ функциональной схемы станка

 

Рис. 2. Функциональная схема станка рейсмусового одностороннего

модели СР 4-1

 

По функциональной схеме (рис. 1) процесс продольного фрезерования заготовки 1 выполняется ножевым валом 4 при движении подачи заготовки по столу 2 (подвижное базирование). Расстояние от рабочей поверхности стола 2 до окружности резания ножевого вала 4 определяет размер получаемой детали по толщине. Толщина срезаемого слоя t.

Подача заготовки выполняется верхними рифленым 8 и гладким 6 приводными вальцами. Нижние вальцы 3 устанавливаются в столе 2 станка так, что их цилиндрическая поверхность возвышается над столом на 0,1 … 0,25 мм (в зависимости от материала, шероховатости поверхности, влажности материала заготовки). Применение вальцов 3 позволяет уменьшить коэффициент трения заготовки по столу и как следствие необходимую силу прижима вальцов 8 и 6, а также силы сопротивления подаче и мощность привода подачи. Расположение верхних и нижних вальцов «по трапеции» позволяет исключить «подрыв» заготовки при ее входе в контакт с ножевым валом и выходе из контакта.

Передний секционный и задний прижимы скольжения 7 должны обеспечивать устойчивый прижим заготовки к столу 2 станка. Одновременно они локализуют зону обработки, что улучшает процесс удаления отходов резания системой аспирации. Передний прижим предотвращает процесс образования опережающей трещины в процессе обработки.

Стол 2 имеет возможность настроечного перемещения по высоте на заданный размер обработки по толщине детали с помощью винтов 5.

Секционная «когтевая» завеса 9 предотвращает выброс заготовки 1 из зоны резания станка.

Анализ кинематической схемы станка

На кинематической схеме (рис. 3) показаны механизмы резания, подачи и размерной настройки стола станка.

В качестве режущего инструмента на одностороннем рейсмусовом станке используется ножевой (рабочий) вал. Необходимость установки инструмента между опор определяется использованием инструмента значительной длины со сменными ножами, а также большими массой инструмента и силами резания.

Ножевой вал 16 станка приводится во вращение от асинхронного электродвигателя 23 (n =2900 мин^-1) через шкивы 22 и 21 клиноременной передачи. Шкив 13 колодочного тормоза с электромагнитным приводом обеспечивает останов ножевого вала после выключения механизма резания.

Механизм подачи станка состоит из электродвигателя, передаточного механизма и приводных вальцов. Передний рифленый 17, а также задний гладкий 18 вальцы приводятся во вращение от двухскоростного (n/n = 700/1430 мин^-1) асинхронного электродвигателя М2 (1) через коробку перемены передач с зубчатыми шестернями, и звездочки 28, 24, 20, 19 цепной передачи. При включении электромагнитной муфты 34, крутящий момент передается через шестерни 36, 35, 2, 4, 30, 25, 26, 3, 29, 27 на звездочку 28 и звездочки 19 и 20 привода подающих вальцов. При включении электромагнитной муфты 33, крутящий момент передается через шестерни 32, 31, 2, 4, 30, 25, 26, 3, 29, 27 на звездочку 28 и звездочки 19 и 20 привода подающих вальцов. Звездочка 24 является натяжной.

 

Рис. 3. Кинематическая схема станка рейсмусового одностороннего СР4-1

Размерная настройка стола станка по высоте выполняется маховиком 8. Вращение от маховика 6 передается через цепную передачу со звездочками 9 и 7 на червячный редуктор 10 и далее через конические шестерни 6 и 23, 5 и 26 на винты 11, 12. Вращение винтов преобразуется винтовой передачей в поступательное движение гаек, смонтированных в основании стола. В результате чего стол перемещается по высоте.

 

4. Кинематические расчеты станка

 

Кинематические расчеты частоты вращения ножевого вала, скорости резания, скоростей вальцовой подачи и механизма размерной настройки стола по высоте выполняются с использованием кинематической схемы (рис. 3).

 

Частота вращения ножевого вала, n(мин^-1)

Во всех механизмах резания с вращательным движением режущего инструмента скорость V_Г (м/с) главного движения зависит от частоты вращения n16 (мин^-1) инструмента и его диаметра D16 (мм)

 

Использование двухскоростного электродвигателя и двухскоростной коробки перемены передач обеспечивает получение четырех частот вращения n_в1, n_в2, n_в3, n_в4 подающих вальцов, мин^-1:

 

;

 

;

 

и, для диаметра вальцов D_B = D₁₇ = D₁₈ = 100 мм, соответственно четырех скоростей подачи V_S , м/мин:

 

; ;

 

; .

 

Перемещение стола по высоте при повороте маховика на один оборот может быть рассчитано по формуле

.

Рассчитанные параметры кинематической схемы заносятся в сводную таблицу (пример оформления расчета дан в таблице 1).

 

 

Таблица 1 - Результаты кинематического расчета

 

Наименование элементов	Характеристика элемента схемы	Передаточ-ное число, U′	Частота вра- щения вала n, 1/мин	Скорость подачи Vs, м/мин	Скорость резания Vг, м/с
D, мм	Z
ВалІэл/двигат.
Шкив D1			1,56
ШкивD2			1,56
Вал ІІ
Шестерня Z1			0,286
Зубч. колесо Z2			0,286
Вал ІІІ
Звездочка Z3			0,351
ЗвездочкаZ4			0,351
…		…	…	…
Вал Х (подающ)
ВалХІэл/двигат.
Шкив D3			1,76
Шкив D4			1,76
ВалХІІ(ножевой)						35,4

 

 

В процессе работы станка часть мощности двигателя теряется на элементах кинематики при движении энергетического потока от двигательного механизма к исполнительному. Наглядную картину потерь мощности на различных элементах кинематической схемы дает ручьевая диаграмма потерь (рис. Х). Для построения диаграммы последовательно проводятся расчеты мощности, отводимые после каждого элемента кинематической схемы с учетом его КПД (η_i). Затем определяются потери в каждом из них. Расчет производится в табличной форме (таблица 2). Значения КПД отдельных звеньев и передач приведены в таблице Х приложения.

Общий коэффициент полезного действия передаточного механизма, состоящего из К элементов, равен:

η_п = η₁ η₂ η₃ …η_к.

Мощности на отдельных элементах передаточного механизма уменьшаются пропорционально величинам потерь по ходу движения потока мощности от двигателя до рассматриваемого элемента.

Мощность на валу исполнительного механизма Рs составляет:

P_s =P_дв * η_п.

 

 

Таблица 2 – Расчеты потерь мощности в кинематической цепи

 

Наименование i –го элемента	КПД i-го элемента η	Мощность, отводимая после i -го элемента, кВт Pi=Pi-1* η	Потери мощности в i –том элементе, кВт P′i = Pi-1- Pi
Ременная передача	0,96	Р1 = Рдв * 0,96 = 1,2 * 0,96 = 1,15	Рдв - Р1 = 1,2 - 1,15 = 0,05
Подшипник качения	0,99	Р2 = 1,15 * 0,992 = 1,13	Р′2 = 1,15 - 1,13 = 0,02
…	…	…	…
Цилиндрическая зубчатая передача	0,98	Pi = Pi-1 * 0,98	P′i = Pi-1 - Pi-1* 0,98 = Pi-1 * (1 – 0,98)
…	…	…	…
Подшипник скольжения	0,98	Pк = Pк-1 * 0,98	P′к = Pк-1 * (1 - 0,98)
…	…	…	…

 

1.4 Общая характеристика функциональных узлов станка

 

Устройства базирования.На станке используется подвижное (скользя-щее) базирование заготовки 1 (рис. 2). Рабочая плоскость стола 2 является главной установочной поверхностью станка, по которой при подаче перемещается главная технологическая база заготовки 1.

Устройства прижима. Устройствами прижима на станке являются верхние подающие вальцы 6 и 8, а также прижимы 7.

Механизм главного движения. По конструктивному признаку механизм резания станка выполнен в виде рабочего вала с расположением инструмента между опор. По характеру движения ножевой вал относится к инструменту с вращательным движением.

Механизм подачи.Механизм подачи рифленым и гладким приводными вальцами относится к группе механизмов прямолинейного поступательного движения с фрикционной связью рабочего органа с заготовкой.

 

1.5 Анализ конструкций станков аналогичного типа

Станок СР4-1 является представителем гаммы отечественных односторонних рейсмусовых станков, объединяющей станки с различной шириной фрезерования 415 (СР4-1), 630 (СР6-10), 810 (СР8-2) и 1320 мм (СР12-3). Станки выполнены по одной функциональной схеме.

Однако кинематика таких станков может отличаться. У станков с шириной стола от 630 мм вводится наряду с ручным перемещением стола и механизированное его перемещение от отдельного электродвигателя. Существуют станки, у которых вальцы, установленные в столе станка, выполняются приводными для повышения тяговой способности механизма подачи. С этой же целью некоторые фирмы выпускают станки, в которых базовая поверхность стола покрыта тефлоном для снижения трения заготовки по столу.

Скорость подачи у рейсмусовых станков может регулироваться плавно с помощью вариатора или регулируемого электропривода, либо ступенчато, как в рассматриваемом станке.

Как правило, передний подающий валец у более тяжелых станков выполняется секционным для обеспечения возможности одновременной обработки заготовок в несколько ручьев с целью повышения производительности.

При изменении толщины обрабатываемых деталей на рейсмусовых станках положение стола относительно пола изменяется, что создает определенные трудности при встраивании таких станков в линии.

Подобным образом в курсовой работе проводится анализ конструкций аналогичных станков других типов и другого технологического назначения.

 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Расчетная часть курсовой работы включает в себя следующие расчеты:

1. технологические (задачи технолога, позволяющие определить возможности станка)

- скорость подачи по мощности установленного двигателя привода механизма резания;

- скорость подачи по заданному качеству обработанной поверхности;

- скорость подачи по работоспособности режущего инструмента;

- силы и мощность резания;

- производительность станка.

2. конструкторские

- определение тягового усилия механизма подачи (МП);

- определение давления прижимных элементов МП;

- определение мощности привода МП;

- кинематический расчет цепей станка;

- расчет баланса мощности и составление ручьевой диаграммы;

- расчет параметров гидравлической (пневматической) системы.

 

Выполнение технологических расчетов производится в соответствии с методиками, изложенными в цикле лекций первой части дисциплины «Оборудование отрасли», посвященной вопросам резания древесины и дереворежущему инструменту в соответствии с алгоритмами решения таких задач. Подробно методики решения инженерных задач по типовым процессам резания изложены в разделе 3 учебного пособия /10/.

Алгоритмы решения типовых расчетных задач для различных процессов резания

 

При составлении алгоритма для заданной расчетной задачи и ее решения рекомендуется пользоваться учебным пособием /10/. Для этого следует придерживаться следующей последовательности:

1.Однозначно уяснить цель расчета и выбрать (по смыслу, памяти,
учебнику или справочнику) конечную расчетную формулу и описание ее
символов.

2.Наметить путь решения задачи и, анализируя его, убедиться, что
избранный путь вполне однозначен.

3.Четко установить для каждого шага действий, что должно стать
результатом.

Далее приведены алгоритмы решения типовых задач в общем виде.

1. Расчет мощности резания Р_р.

В табл. 8 показана последовательность действий, необходимых и достаточных для составления алгоритма расчета мощности резания в любом конкретном процессе. Составителю требуется только уточнить за­висимость для величин 3-й колонки таблицы и подготовить справочные материалы для выбора а_попр и К_т (зависимости, требующие обращения к справочным материалам, помеченным знаком «С» в рамке). Проверить правильность составления рабочего алгоритма можно по приложению 18 (рис. П.18.1.ПР; рис. П.18.1.ПК; рис. П.18.1.Ф; рис. П.18.1.ПЛ).

2. Расчет сил резания F_x ,F_y ,F_{z ,}F_s ,FN.

Для расчета координатных сил резания студент должен составить простейшие алгоритмы, руководствуясь основными представлениями о конкретном расчетном процессе и методическими положениями табл. 9. проверить правильность составления рабочего алгоритма можно по прило­жению 18 (рис. П.18.2.ПР; рис. П.18.2ЛЖ; рис. П.18.2.Ф; рис. П.18.2.ПЛ).

3. Расчет мощности подачи P_П = F_s * v_s 60.

4. Прогнозирование качества обработки R_{m max}.

В современных инженерных расчетах резания оценка качества обра­ботки ограничивается одним из параметров шероховатости – обычно R_{m max}по ГОСТ 7016-82. Составляемый алгоритм для конкретного процес­са должен в результате давать:

- оценку ожидаемого уровня шероховатости обработанной поверхности по кинематическим неровностям (глубине волн, рисок);

- то же, по неровностям разрушения (глубине вырывов).

Общие методические рекомендации по составлению алгоритмов содержит табл. 10. Проверить правильность составления рабочего алгоритма можно по приложению 18 (рис. П.18.4.ПР; рис. П.18.4.ПК; рис. П.18.4.Ф; рис. П.18.4.ПЛ).

5.Расчет наибольшей допустимой скорости подачи Vs_(p) no заданной

мощности резания.

Логика расчета проста: по известной величине Р с помощью расчет­ной формулы для табличной касательной силы (расчетная формула для F_хт есть преобразованная «объемная» формула мощности резания) и справоч­ных таблиц, однозначно связывающих F_хт с а_ср, устанавливается наи­большая допустимая толщина срезаемого слоя; далее по а_ср вычисляет­ся подача на режущий элемент S_z(p) и скорость подачи v_s(p). Правильно составить подробный алгоритм расчета помогут указания табл. 11. Прове­рить правильность составления рабочего алгоритма можно по приложению 18 (рис. П.18.5.ПР; рис. П.18.5.ПК; рис. П.18.5.Ф; рис. П.18.5.ПЛ).

6.Расчет наибольшей допустимой скорости подачи v_s(R) по заданному уровню шероховатости обработанной поверхности.

Очевидно, что эта задача, обратная рассмотренной в пункте 3. Соот­ветственно, обратным должен быть и порядок действий (табл. 12). Прове­рить правильность составления рабочего алгоритма можно по приложению 18 (рис. П.18.6.ПР; рис. П.18.6.ПК; рис. П.18.6.Ф; рис. П.18.4.ПЛ).

7. Расчет наибольшей допустимой скорости подачи v_s(a) no работоспособности (предельным возможностям) режущего инструмента.

Расчеты такого рода конкретны, поэтому алгоритмы должны со­ставляться с учетом цели расчета, процесса резания, типоразмера режу­щего инструмента.

Проверить правильность составления рабочего ал­горитма можно по приложению 18 (рис. П.18.7.ПР; рис. П.18.7.ПК; рис. П.18.7.ПЛ).

 

Составление рабочего алгоритма решения задачи для конкретного процесса резания и порядок его реализации

Приступая к решению задачи по заданному процессу резания, сту­дент должен самостоятельно составить рабочий алгоритм, т. е. выписать все расчетные формулы (с учетом принятых размерностей величин), одно­значно указать порядок вычислений по этим формулам (стрелками), вклю­чая обращения к справочным материалам (в алгоритме должны быть ука­заны шифры справочных материалов, под которыми они даны в приложе­ниях к настоящему пособию).

Для этого необходимо:

а) установить тип решаемой задачи;

б) в § 26 /10/ найти общие методические рекомендации по решению задачи данного типа и изучить их;

в) выписать необходимые расчетные формулы для данного процесса резания;
г) установить величины, подлежащие определению с помощью спра­вочных материалов, отыскать эти справочные материалы в приложениях и
выписать их шифры;

д) записать рабочий алгоритм решения задачи и сравнить его с контрольным в приложении 18;

е) из рабочих алгоритмов выбрать расчетные формулы, начиная с
конца алгоритма, подставить в них исходные данные, провести вычисле­ния
и к полученным ответам написать соответствующую размерность;

ж) по выполненным расчетам построить поясняющие рисунки: схе­мы
процессов резания, в масштабе, с указанием заданных параметров и
полученных сил резания;

Рис. Х. Расчетные схемы для определения тяговых усилий механизмов подачи фрикционного типа

 

Следующим этапом курсовой работы является определение тягового усилия механизма подачи для обеспечения выполнения технологического процесса – пиления, фрезерования, сверления и т.д

В деревообрабатывающем оборудовании наибольшее распространение получили вальцовые, конвейерно-гусеничные и вальцово-гусеничные механизмы подачи фрикционного типа, обеспечивающие эффективную подачу заготовок при проходном способе обработки (рис. Х, а, б, в, г).

Силой тяги (тяговым усилием) называют силу F_т,Н, которую необходимо приложить к заготовке для осуществления движения подачи. Движение возможно, если

, (1)

где Fc–сила сопротивления подаче, Н.

Сила тягирифленого подающего вальца F′_тв (рис. а) равна

; (2)

гладкого подающего вальца F′′_тв (рис. б) F_тв

; (3)

гладкого подающего вальца, работающего по схеме (рис. в) F_тв

; (4)

подающего конвейера (рис. г) F_тк

, (5)

где F′_Q и F′′_Q– сила давления на древесину соответственно рифленого и гладкого подающих вальцов, Н;

F′_qи F′′_q– сила давления соответственно контактирующего элемента скольжения и качения, Н;

G_d– сила веса заготовки, Н.

 

Силы сопротивления подаче F_cвследствие трения заготовки об элементы станка для рассмотренных выше схем (рис. Х, а, б, в, г) соответственно определяются из уравнений:

φ₁и φ₂– коэффициенты сцепления рифленого и гладкого вальцов с древесиной (табл. 2 и 3 приложения);

φ₃- коэффициент сцепления гусеничного конвейера с древесиной (табл. 4 приложения);

а) µ/r′_к; (6)

б) ;

 

Рис.Х. Функциональные схемы станков:

а) круглопильный с вальцовой подачей;

б) продольно – фрезерный с вальцовой подачей;

в) круглопильный с конвейерно – гусеничной подачей.

 

 

в) ; (8)

г) , (9)

где F′_сви F′′_св–усилие сопротивления подаче соответственно при рифленом и гладком вальцовом механизмах;

F_ск– то же при гусеничном;

F_ск– то же при гусеничном;

μ – коэффициент трения качения гладких вальцов (роликов) по древесине (табл. 5 приложения);

ƒ – коэффициент трения скольжения древесины по стали (табл. 6 приложения);

ƒ₁- коэффициент трения скольжения древесины по направляющим (табл. 7 приложения);

r′_к– радиус к – го неприводного вальца (поддерживающего ролика), расположенного в столе станка;

r_i– радиус i– го прижимного ролика;

G_к– сила веса верхней части конвейера.

Для обеспечения надежной подачи заготовки механизмом подачи станка необходимо выполнить условие:

, (10)

где α – коэффициент запаса, равный 1,3 … 1,5;

∑ F_c– сумма сил сопротивления подаче.

Сумма сил сопротивления подаче ∑F_cвключает следующие составляющие:

, (11)

где ∑F_s– сумма всех составляющих сил резания, направленных навстречу подаче;

∑F– сумма сил трения, противодействующих подаче.

Методика расчета составляющих сил резания, направленных навстречу подаче, подробно представлена выше, а также в целом ряде источников /Х, Х/. В данном случае мы подробно остановимся на методике расчета суммарной силы трения ∑F_c,противодействующей подаче.

Преобразуем функциональные схемы станков с типовыми механизмами подачи в расчетные, расставив на них действующие силы (рис. Х).

Для станков с вальцовой подачей (рис. Х, а, б) суммарная сила трения

, (12)

где ∑F_св– суммарная сила трения при вальцовой подаче, Н;

– суммарная сила трения от воздействия mприжимов с контактирующими элементами скольжения;

– то же от воздействия nприжимов с контактирующими элементами качения;

– сила трения от воздействия на заготовку неприводных роликов, расположенных в столе станка под подающими вальцами;

– сила трения детали о стол станка; F′_qj– давление j – го прижима с контактирующим элементом скольжения; F′′_qi– давление i – го прижима с контактирующими элементами качения; mи n– соответственно общее количество прижимов с контактирующими элементами скольжения и качения; r_i- радиус i-го прижима качения (вальца), см; F_Qк- давление к -го подающего вальца; l- общее количество подающих вальцов; r_к- радиус к –го неприводного ролика (вальца), расположенного в столе станка, см.

C учетом выше изложенного

. (13)

При расчетах механизмов подачи следует учитывать:

1) при наличии на станке прижимов с контактирующими элементами лишь одного типа (например, только элементами качения), члены уравнения (13), описывающие воздействие прижимов другой конструкции (скольжения), приравниваются к нулю;

2) на практике, как правило, с целью унификации конструкции станка принимают r₁= r₂= … r_i, r′₁= r′₂= … r′_к, F′′_q1=F′′_q2= … = F′′_qj; при одинаковой конструкции подающих вальцов (например, все подающие вальцы - рифленые) допускается, что F′_Q1= F′_Q2= … = F′_Qк.

Для рейсмусового станка, относящегося к группе продольно-фрезерных станков, на основе его функциональной схемы составим расчетную схему сил, действующих на элементы станка в процессе обработки заготовки (рис. Х, б):

.

 

 

Принимаем r′₁= r′₂ = r′.

Тогда

. (14)