Выполнение расчетов деревообрабатывающих станков

В современных условиях, когда объем необходимых для человека знаний резко и быстро возрастает уже не возможно делать главную ставку на усвоение определенной суммы фактов. Важно прививать умение самостоятельно наполнять свои знания ориентироваться в стремительном потоке научной и политической информации. Можно констатировать, что деревообработка даже в условиях экономического кризиса осталось одной из нескольких отраслей, продолжавших реально работать. Сегодня в России наблюдается интенсивный процесс развития структуры лесной и деревообрабатывающей промышленности. В этих условиях возник высокий спрос на специалистов этой сферы.

Исходные данные

Станок фуговальный СФК6-1

Заготовки: порода-сосна, влажность 12%

Размеры: ширина 200мм, толщина 50мм, длина 2000мм.

Задание: фуговальный станок

В настоящее время в промышленности наибольшее применение нашли фуговальные станки СФ4-IА, СФ6-IА, С2Ф4-I. Имеются и другие типы станков, но у этих станков станина, передние и задние столы, механизмы резания и задние столы, механизмы резания устроены аналогично, они отличаются размерами и мощностью двигателя. Эти станки снабжаются механизмами подачи (автоподачиками или конвейерами).

Буквенноцифровое обозначение индексов станков: С – строгальный, Ф – фуговальный, 2-двухстороний два режущих инструмента /. 4;6 – наибольшая ширина строгания в дм. Цифры после тире обозначают номер модели

А – автоматизированный.
К – конвейерная подача.

Назначение станков: служат для создания базовых поверхностей с одной или двух сторон. К недостаткам механизмов подачи относится то, что под действием роликов кривые, особенно тонкие заготовки, выпрямляются, а после выхода из станка снова деформируются.

Конвейерные механизмы подачи уменьшают этот недостаток, но полностью его не устраняют. Для расчетов примем. Станок СФК6 – 1 станок имеет два стола: передний и задний, между которыми в двух подшипниковых опорах горизонтальный ножевой вал, приводимый во вращения от электродвигателя через ременную передачу. Передний стол установлен в эксцентриковых опорах, которые поворачиваются рукояткой и стол смещается по высоте по отношению к окружности резания на толщину срезаемого слоя древесины. Задний стол устанавливается, по касательной к окружности резания с помощью винта (разворачивается эксцентриковые опоры). В начале обработки заготовка базируется по переднему столу, а затем по мере обработки и формирования базовой поверхности базирование полностью переходит на задний стол. Прижим заготовок у станков СФ4-IА и СФ6-IА производиться рабочим при ручной подаче, а у станка СФК6 конвейером.

На фуговальных станках устанавливаются направляющие линейки, можно перемещать поперек стола при обработки разной ширины. Направляющую линейку можно устанавливать перпендикулярно и под углом к поверхности стола.

Конвейер станка СФК6-1 имеет 2-е цепи которые приводятся в движение с помощью двух ведущих туеров, которые вращаются от электродвигателя через ременный вариатор, червячную передачу общим валом.

Натяжение цепей производиться ведомыми туерами с помощью механизма натяжения цепей (винтового). Заготовки захватываются и перемещаются подпружинными захватами, закрепленными на цепях. Конвейер можно устанавливать по высоте в зависимости от толщины заготовок отдельным электродвигателем или вручную винтом (маховичком или ключом).

Приложение рис. 1

Режущий инструмент

Режущий инструмент является плоские ножи изготовленные по ГОСТ 6567-75, имеют следующие размеры: длина 25–1610 мм, ширина 25–40 мм, толщина 3 мм.

Приложение, рис. 2

Ножи крепятся в ножевых валах или ножевых головках с помощью клиньев, клинья прижимают ножи с помощью болтов. Число ножей в ножевом вале или головке – 2, иногда – 4.

Наладка фуговальных станков производиться в следующем порядке:

1. Установка ножей в ножевом валу. Ножи должны быть без трещин, хорошо заточены, без заусенец. Парные ножи должны быть сбалансированы и уравновешены ножи устанавливают так, чтобы лезвие выступало над кромкой стружко – ломателя на 1–2 мм, а из вала не более 2 мм. Непараллельность лезвия ножа поверхности заднего стола не должна превышать 0,1 мм на длине 1000 мм. Выступления ножа из ножевого вала определяется с помощью бруска, шаблона или индикатора. Проверка производиться в трех сечениях по длине ножа. Брусок укладывается на задний стол. При развороте ножевого вала режущие кромки должны касаться бруска, но не отжимать брусок.

2. Конвейер нужно установить так, что при наименьшем усилии прижимы заготовки подавались. При сильном прижатии заготовки деформируются и увеличиваются мощность на подачу.

3. Выбор величины скорости в зависимости от ширины обрабатываемой поверхности и толщины снимаемого древесины.

4. Проверка работы станка на холостом ходу. Пропускают несколько пробных деталей, сделав проверку на точность обработки. Пропускают несколько пробных деталей, сделав проверку на точность обработки. Погрешность при проверки на плоскость не должна превышать 0,15 мм на длине 1000 мм, а перпендикулярность 0,1 мм на 100 мм. Угол заострения ножей 40, ножи затачиваются на станках ТчН6-6.

Техническая характеристика станков

Характеристика обрабатываемого материала на фуговальных станках обрабатывают заготовки из древесины хвойных и лиственных пород. Заготовки выпиливаются из пиломатериалов хвойных пород изготовленных согласно ГОСТ 8486–86. Пиломатериалы хвойных пород изготавливаются 5-ти сортов: отборный, 1, 2, 3, 4 – сорт. Пиломатериалы лиственных пород изготавливается согласно ГОСТ 2695-83 3-х сортов: 1-го, 2-го и –3-го сорта.

Заготовки изготавливаются 4х сортов: отборный, 1-й, 2-й, 3-й. Лиственных пород согласно ГОСТ 7897-83 и хвойных пород ГОСТ 9685-61.

Габаритные размеры обрабатываемых деталей. Максимальная ширина обрабатываемых заготовок на станке СФ4-1А до 400 мм, на СФК6-1, СФ6-1А до 63 мм. Толщина заготовок для станков с ручной подачей – любая, для станков с конвейерной подачей ограничена 250 мм.

В наших сибирских условиях чаще обрабатываются заготовки хвойных пород: сосна, ель, пихты, лиственница, кедр. Из них изготовляют заготовки для оконных и дверных блоков, для мебели (сиденья, спинки, каркасы) и т.д.

Как правило, заготовки фугуются сухими. С влажностью 8–12% (мебель), 16–18% детали домостроения.

В проекте примем влажность – 12%, порода – сосна. Параметры шероховатости обрабатываемых поверхностей деталей зависит от подачи на 1 зуб.

Основные кинематические соотношения:

1. Скорость главного движения, м/с

ПДп/60  *  1000, м/с

где П = 3,14

Д – диаметр окружности резания, 128 мм,
п – частота вращения ножевого вала, 4500 мин.

= 3,14 * 128 * 4500/60 * 1000 = 30,144 м/с

2. 1000 *  /п

где – скорость подачи, м/мин

– подача на 1 оборот ножевого вала, мм

= 1000 * 12/4500 = 2,67 мм

3. Подача на 1ин зуб, мм

/Z , мм

где Z – число зубьев (число ножей в ножевом валу, 2)

267/2 = 1,33 мм

Численные значения при фрезеровании на станках составляют в пределах 20–70 м/с, а скорость подачи 6–40 м/мин.

От подачи на один зуб зависит шероховатость фрезерованной поверхности, которая будет определяться кинематическими неровностями. Неровности на фрезерованной поверхности будут иметь вид волн, размеры которых характеризуются длиной “Л” и глубиной “У”. Величина “У” для плоского фрезерования может быть вычислена по формуле:

У =

Размеры всех волн при Z = 1(один резец) будут одинаковыми, причем длина численно равна подаче заготовки на один оборот, Л = Ип.

При двух резцах длина волны будет вдвое меньше. Практически длина волн не будет одинакова. Даже при тщательной установки режущих кромок по окружности резания, не удается обеспечить равенство радиусов резания резцов. Практическая точность установки резцов колеблется от 0,5 до 0,1 мм и лишь в исключительных случаях 0,02 мм (индикатором).

Итак, надо стремиться к тому, чтобы длина волны “Л” соответствовала подаче материала на один резец, а величина была по возможности минимальной. Вывод: длина волны зависит от скорости подачи, числа резцов, частоты вращения и тщательной установки режущих кромок в ножевом валу.

Имеется 12 классов шероховатости, от 1го 1600мкм до 12ти 4мкм. На фуговальных станках можно получить шероховатость 5го, 7го класса.

Начертить схему:

1. Амолицкий В.В. Станки и инструменты 1977 г. стр.60
2. Любченко В.И., Дружков Г.Ф. Станки и инструменты мебельного или оборудование отрасли. Рис. 11

Расчет потребной мощности на фрезерование

, Вт (Л2. стр.68)

где: – табличное значение удельной работы, Дж/см, соответствует удельному сопротивлению резания, н/ммв числовом выражении, 19 н/мм

А попр – поправочный множитель;
В – ширина строгания, 250 мм;
Н – толщина срезаемого слоя древесины, 2мм;

– скорость подачи, 8 м/мин.

А попр = ап * аw * ар * а * аv

где:

ап – на породу древесину, для сосны – 1;

аw – на влажность древесины, w = 12%, аw = 1;

ар – на затупления резца, время непрерывной работы, ар = 1,5;

а– на угол резания < = 65, а = 1,16;

аv – на скорость резания, v = 30,144 м/с, аv = 1,04.

А попр = 1 * 1 * 1,5 * 1,16 * 1,04 = 1,8

Р = 19 * 1,8 * 250 * 2 * 12/60 = 3420 ват = 3,42 квт

Потребная мощность двигателя

Р = Р/

где: – кпд передачи, для Р = 3,42

станок оснащен двигателем мощность которого 5,5 квт, что соответствует расчетам. Выбираем двигатель:

4А II2 М4У8 № = 5,5 квт

П = I455 мин

Сила резания при цилиндрическом фрезеровании

Приложение, рис. 3

где:

– касательная сила резания, н;

– нормальная сила резания, н;

– сила резания/результирующая, н;

4вх – угол входа, град;

4вых – угол выхода, град;

4 – угол поворота резца.

Рр = Рд  *  , Рр = 5500  * 0,96 = 5280 Вт

Определение мощности двигателя для привода механизма подачи

Приложение, рис. 4

Общие усилия необходимое на перемещение заготовки

где:

F – сила резания, н, так как угол – небольшой ТО примем

– тяговое усилие на перемение конвейера (цепей), н,

– 1,05 наиб – 0,05, н

Sнаиб – наибольшее усилие, при перемещении гусеницы и заготовки, н;

– первичное натяжение гусеницы, 50н

– усилие натяжения гусеницы в т.4

где:

– вес цепей с захватом, 50н

– вес заготовки, н

– объем заготовки, м

– плотность древесины, для сухой сосны

/1кг = 9,81н,

1кг = 10н/ при расчетах допускается

где:

– длина заготовки, 2 м

– ширина заготовки, 0,2 м

– толщина заготовки, 0,05 м

V – 2 * 0,2 * 0,5 = 0,2

– 0,02 * 5000 = 100 н

f – коэффициент трения заготовки о стол, 0,4

= /50 + 100/ * 0,4 = 60 н

-1,05 * 60 – 0,05 * 50 = 60,5 н

– общее усилие прижима конвейером заготовки к столом, 150 н

175,16 + 60,5 + 250 * 0,4 = 3354,66 н

Потребная мощность для привода конвейера

Потребная мощность двигателя

где: – КПД передачи / вариатора, червичной, подшипников / 0,8

Фактически мощность двигателя для привода конвейера потребуется больше с увеличением скорости подачи примерно в 2,5 раза

Итак = 0,084 * 2,5 = 0,21 кВт

Выбираем двигатель основного исполнения закрытый обдуваемый.

А31 – 6 № = 0,4 кВт, П = 935 мин

Конструктивная часть

Расчет передаточного отношения вариатора и редуктора механизма подачи.

i = n/n

где:

n – частота вращения вала двигателя, мин;

n – частота вращения туера, мин.

U = П * Дтуера *  n/1000, м/мин

n = U * 1000/3,14 * 200, мин

где:

П = 3,14

U – скорость подачи, 6–30 м/мин;

Дтуер – диаметр туера, 200мм

Пт = 6 * 1000/3,14 * 200 = 9,55 мин

Пт = 30 * 1000/3,14 * 200 = 47,77 мин

Изменение передаточного отношения механизма подачи происходит за счет вариатора.

Схема ножевого вала, Приложение, рис. 5

Размеры ножевого вала и вала взяты из конструкции станка, размера подшипника.

Для данного ножевого вала используют подшипники:310

d = 50мм
Д = 110мм
В = 27мм

где:

d – внутренний диаметр подшипника, мм;

Д – внешний диаметр подшипника, мм;

В – толщина подшипника, мм.

Приложение, рис. 6а

Приложение, рис. 6б

По диаметру вала определяем размеры шпонки

Приложение, рис. 7

b = 14 мм

h = 9 мм

t = 5,5 мм

t = 3,8 мм

l = 40 мм

F = 175 н

= 100120 мПа

= 2 * F * R/45 * (9 – 5,5) * (40 – 14) = 2 * 175 * 64/4095 = 22400/4095 = 5,47 мПа

Расчет шпонки на валу под ножевой вал

, мПа

По таблице “Призматические шпонки” при

d = 56мм

h = 10мм

t = 6мм

b = 16мм

, мПа

= 2 * 175 * 64/55 * (10 – 6) * (300 – 16) = 22400/62480 = 0,356 мПа

Используем 2е шпонки длиной по 150мм.

Определяем передаточное отношение ременной передачи отвала двигателя к ножевому валу

i = Пн * в/П = 4500/1450 = 3,1

где:

Пн.в. –частота вращения ножевого вала, мин

П – частота вращения вала двигателя, мин

Определяем диаметр шкива на валу электродвигателя

где:

– диаметр шкива ножевого вала

= 125 * 3,1 = 388 мм.

Техника безопасности

При ремонте и работе на станках допускаются лица не моложе 18 лет, имеющих удостоверение, прошедшие инструктаж по технике безопасности. Нельзя работать на не исправном оборудовании, ножи должны быть хорошо заточены, без трещин, заусениц, отбалансированы, хорошо закреплены. Режущие кромки ножей должны находиться на одной окружности резания.

Передний стол станка устанавливается ниже окружности резания на толщину срезаемого слоя древесины (не более 3 мм за один проход, обычно, 1,5–2 мм). Задний стол устанавливает на окружности резания, но не выше, можно ниже на 0,05 мм. После ремонта удалить инструмент, установить ограждения. Проверить работу станка в холостую, а затем под нагрузкой. Сначала включают механизм резания, а затем подачи, выключают наоборот.

Во время работы следить за размерами заготовок и чтобы в заготовках не было металлических включений (гвоздей, обломков и др.).

При появлении посторонних звуков немедленно отключить станок, выяснить причину, устранить неисправности. Нагревание подшипников не должно превышать 80(терпит рука). Не допускать завалов у станка, разлив масла. Нельзя работать в длиннополой одежде. Соблюдать электро – безопасность (направность электропроводки, приборов, станок должен быть заземлен). При ощущении тока выяснить причину устранить. По окончании работы надежно отключить станок (пакетный выключатель или рубильник).

По окончании работы сдавать станок, о всех неисправностях сообщить мастеру или механику.

Инструменты: ключи, молотки, зубила электроинструменты и т.д. должны быть исправными.

Заключение

В данной исторической разработке приведены расчеты, схемы, дана техническая характеристика станков. Методическую разработку является пособием при выполнение практических работ и дипломного проектирования.

Литература

1. Любченко В.И. Станки и инструменты мебельного производства М., 1990.
2. Амалицкий В.В. Станки и инструменты деревообрабатывающего производства М., 1977/1985.