facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

АНАЛИЗ РЕЖИМОВ ПРОДОЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

diplomdiplom
Вячеслав Викторович Таратин, преподаватель, кандидат технических наук, доцент

Северный Арктический Федеральный университет им. М. В. Ломоносова, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

УДК 674 .055: 621.914.2

Получены  аналитические зависимости и выполнена оценка  влияния режимных параметров на фактические и номинальные динамические углы резания лесопильных агрегатов,  а также на угол среза технологической щепы.  Выполнена оценка влияния режимных параметров на качество продукции.

Ключевые слова: лесопильные агрегаты, цилиндрические фрезы,  углы резания, угол среза технологической щепы.

Analytical relations allowing to estimate the character of condition parameters  on the actual and data-sheet dynamic cutting angles sawmill aggregates   (Chip-N-Saw) machine, as well ason angle ofthe cutwood chipshas been obtained. The influence of condition parameters on quality product of sawmill aggregates machine has been obtained.

Keywords: sawmill aggregates, cylindrical milling cutters,    cutting angles, angle ofthe cutwood chips.

Важной задачей совершенствования конструкции лесопильных агрегатов  и инструмента является обоснованный выбор режимных параметров переработки брёвен и брусьев при продольном цилиндрическом фрезеровании с учётом параметров обрабатываемого сырья, его физико-механических свойств, требований к качеству продукции. Исходя из этого, определяются режимы переработки, включая  кинематические параметры резания (скорости резания Vи подачиU), взаимное расположение инструмента и предмета переработки (кинематические углы встречи Q– углы между векторами скоростей резания и подачи),  параметры конструкции фрез. К этим параметрам относятся: диаметры (радиусы) резания D(R); рабочая ширина фрез hp;  угол резания в основной секущей плоскости фрезы (в плоскости движения, перпендикулярной оси вращения фрезы) ?с; угол разворота главной режущей кромки резца относительно оси вращения фрезы ? и некоторые другие (углы заострения кромок, уголы резания боковых кромки резца и т. д.).

Для получения качественных пиломатериалов на лесопильных агрегатах   особенно тонких боковых досок, разнотолщинность которых не должна превышать±1мм, очень важным является исключение ненормированной подачи обрабатываемого материала на фрезы и пиковых значений силы резания, вызывающих в ряде случаев перебазирование бревен и брусьев при обработке на фрезернопильном оборудовании.

Для исключения ненормированной подачи обрабатываемого материала на фрезы автором предложены ресурсосберегающие торцово-конические (конические) фрезы (патент РФ № 1782732 [1]) с литыми профилируемыми корпусами. 

Переходы корпусов фрез между резцами оформлены по криволинейным           поверхностям по спирали Архимеда

?R – Uz sin Q Z 1 w,                                           (1)

где  ? - текущий радиус-вектор спирали Архимеда, мм;
R- радиус резания фрезы в плоскости движения, мм;
Uz- подача на резец фрезы, мм;
Q– кинематический угол встречи, град,
w- текущий угол поворота фрезы, град;
Z1 - число резцов в одном ряду.

Указанное техническое решение  по зависимости (1) целесообразно использовать и в конструкции цилиндрических фрез лесопильных агрегатов. Оно исключит надёргивание перерабатываемого материала на инструмент при больших пиковых силах резания (например, переработка мёрзлой древесины),  снизит неравномерность силы резания при работе инструмента, что положительным образом скажется на качестве пиломатериалов и технологической щепы.

Для обеспечения требуемой стандартом шероховатости пиломатериалов, вырабатываемых на лесопильных агрегатах, они оснащаются трёхкромочными резцами (с главной режущей кромкой параллельной оси вращения фрезы и двумя боковыми кромками, находящимися в плоскости движения фрезы), формирующими  поверхности пиломатериалов. При применении прорезных цилиндрических фрез, формирующих пласти брусьев (для выработки      пиломатериалов        по       ГОСТ 26002-83Э), их целесообразно  оснащать специальными прорезными или зачистными  пильными дисками   по    патенту   РФ №  1159777 [2].

Инструмент в этом случае становится комбинированным. Пильные диски, установленные на торцах фрез в отличие от обычных круглых пил, установленных в делительных узлах ФПО, работают в условиях не закрытого, а полузакрытого (менее энергозатратного) резания. Кроме этого значительно повышается их устойчивость за счет   крепления пильных дисков к корпусу фрезы. Поэтому снимаются  ограничение по выбору кинематических параметров инструмента (скоростей Uи  V) по условию устойчивости пил.  Остаются лишь ограничения на скорость подачи по условию работоспособности пил, допустимого уровня шероховатости поверхности пиломатериалов и установленной мощности электродвигателя механизма резания, которые рассчитываются, например, согласно методическим положениям Ю.М. Стахиева [3].

Геометрические параметры технологической щепы для ЦБП: длина щепы lщ, угол среза щепы ?щ, а также ее однородность по размерам (фракционный состав) регламентируются ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая. Технические условия».

Длина щепы   lщ, мм, определяется по зависимости

                               lщ= Uz= 103 UnZ1,                                                   (2)

где     n- частота вращения   фрез, мин -1 .

Однородность щепы зависит от постоянства ее длины lщ, толщины tщи ширины bщ.

Параметры tщ, bщзависят от физико-механических свойств древесины, скоростей  Vи U,  углов  Q, ?с, ?, толщины снимаемого слоя, угловых параметров  процесса резания, состояния режущих кромок резцов и т.д., поэтому их значения определяются  эмпирическим путем на стадии лабораторных исследований и испытаний опытных образцов инструмента и оборудования [9].

Угол среза щепы для ЦБП  ?щ  по стандарту должен быть от 30 до 60? и   зависит  от конструктивных параметров  ?с,  ?, Q [4].  Угол  ?щ- это угол между направляющим вектором  , совпадающим с направлением волокон древесины (рис. 1), и его проекцией на срез щепы (в качестве допущения за срез щепы принимали плоскость). Следовательно, по расчетной  схеме угол ?щопределяли через угол между нормалью к плоскости резания (плоскость среза щепы)   и вектором  , который равен  90 ? - ?щ.

Важной задачей совершенствования конструкции  цилиндрических фрез лесопильных агрегатов является обоснованный выбор их угловых параметров и рациональных значений углов резания резцов фрез в плоскостях нормальных к режущим кромкам с учётом траектории относительного движения резца в обрабатываемом материале. Такие углы резания в плоскостях нормальных к режущим кромкам, определяют направление нормальных давлений [5]. Они служат факторами, влияющими на показатели стойкости инструмента в зависимости от выбранных углов заострения резцов, а также на показатели

 

Рис.1. Расчётная схема для определения зависимостей  ?нф, ?н, ?щ  от параметров U, V,  Q, ?с, ? .

 

 

Рис.2.  Зависимости  ?нф и   ?н  от   ?с и   ? при        U  = 50 м/мин,  V  = 25 м/с: 1 -  ?нф от U, V, Q, ?с , ?; 2 -  ?н от ?с, ?.

Рис.3.  Зависимости  ?нф от  U   и  V    при             ?с = 45°,  Q= 40°:  1 -  ? = 0?,  40 ? U? 60 (м/мин),  15 ? V? 35 (м/с); 2- ? = 0?,  60 ? U? 200 (м/мин),  30 ? V? 90 (м/с); 3 - ?  = 15?,  40 ? U? 60 (м/мин),  15 ? V? 35 (м/с); 4 - ?  = 15?,  60 ? U? 200 (м/мин),  30 ? V? 90 (м/с); 5 - ?  = 30?, 40 ? U? 60 (м/мин),  15 ? V? 35 (м/с); 6 - ?  = 30?, 60 ? U? 200 (м/мин),  30 ? V? 90 (м/

Рис.4. Зависимости   угла среза щепы ?щ от параметров: 1-  ?щ  от ?с и Qпри  ? = 15?; 2 - ?щ  от ? и Qпри ?с = 50?.                   

 

качества обрабатываемой поверхности бревна или бруса и на степень деформации торцовых кромок срезаемой щепы в зависимости от задних углов резцов.

Методические положения  по определению  зависимости номинального динамического  ?н, и фактического динамического ?нф углов резания соответственно от параметров угла резания в основной секущей плоскости ?с, угла  разворота лезвия относительно оси вращения фрезы ?  и от U, V, Q, ?с, ? были рассмотрены ранее [6].

Представим математически  методику определения зависимости угла среза щепы ?щ от параметров ?с,  ?, Q.

Координаты нормали к плоскости резания в статике (плоскости среза щепы)  с учётом преобразования координат векторов и из  вспомогательной системы -  XYZв основную систему координат XYZ:

{Acр,, Вcр,, Сcр } = ?  = = m2n1   +  l1n2 + l1m2= =  = [-sin?  cos(Q+?с) +    

 + cosQsin? sin(Q+?с)]  + sinQ(cos? - sin?) + cosQ(cos? – sin?) /

Зависимость угла среза щепы ?щот координат  :

?щ= arcsin [Вcр(Acр2+ Вcр2+ Сcр2)-0.5].

После подстановки координат{Acр,, Вcр,, Сcр }  и математических преобразований в окончательном виде зависимость ?щ от  ?с,  ?, Qпредставлена следующим выражением:

?щ= arcsin<sinQ(cos? - sin?){[ sinQsin? cos(Q+?с) - cosQsin? sin(Q+?с)]2 +(cos? - sin?)2}-0.5>.                                             (3)

Результаты определения углов резания ?н, и ?нф соответственно от параметров  ?с, ?  и от U, V, Q, ?с, и угла среза щепы ?щ от параметров ?с,  ?, Qпо зависимости (3) представлены на рис. 2 - 4. В качестве центральных и граничных значений диапазонов изменения углов  ?с и Q, а для диапазонов  V  и U   соответственно 15 ? V  ? 30 (м/с)и  40 ? U  ? 60 (м/мин)взяты рекомендуемые  значения этих параметров [7-12]. Для параметров  V  и U (рис. 3)  соответственно диапазоны 30 ? V  ? 90 (м/с) и 60 ? U? 200 (м/мин)приняты исходя из возможных по техническим характеристикам значений  без учёта качественных показателей продукции.   Центральное значение угла ? принято равным 15?, что соответствует рекомендуемой величине угла для формирования цилиндрическими фрезами ступенчатого двухкантного бруса и его горизонтальной поверхности. Граничное значение ? = 30? соответствует рекомендуемому значению угла для формирования боковых пластей четырёхкантного бруса  [4,111].

Увеличение угла резания в основной секущей плоскости ?с и угла разворота главной режущей кромки резца ? (рис. 2) ведёт к возрастанию номинального и фактического динамических углов резания ?н и ?нф. Эти зависимости носят линейный характер при   ?с = 50?, 60? и увеличении угла ? в диапазоне 0...30?  или  при  ?с = 40? - слегка выраженный криволинейный характер. Наибольшее влияние на ?н и ?нф оказывает угол ?c.  Так в диапазоне   ?cот 40? до 60?   при  ? = 0?  угол ?н увеличивается на  50,0 %, при ? = 30?   -  на 44,1 %. Влияние угла ? на ?н и ?нф несколько меньше, чем угла ?c, но также значительное. В диапазоне  ? от   0? до 30? при  ?c= 40? угол ?н увеличивается на 10,3 %, а при  ?c= 60? -  на 5,67 %.

Изменение режимных параметров процесса фрезерования – скоростей подачи  Uи резания V, а также кинематического угла встречи  Q  не столь значительно сказывается на фактическом динамическом угле резания ?нф, как ?c,  ? на ?н  и ?нф (рис. 3). При постоянных значениях   ?c= 45?,   ? = 0?  это влияние характеризуется следующим образом. В диапазоне Uот 40 до 60 м/мин при  V= 15 м/с  (рис. 3, зависимости 1, 3, 5) угол ?нф уменьшается на 1,84 %, а при   V= 35 м/с  - на  0,90 %.   В диапазоне  Vот 15 до 35 м/с  при  U  = 40 м/мин   угол  ?нф увеличивается  на 2,07 %, а при U  = 60  м/мин  - на  3,05 %.  В диапазонах  Uот 60 до 200 м/мин и  Vот 30 до 90  м/с  (рис.3. зависимости 2, 4, 6) характер зависимостей существенно не меняется, угол ?нф изменяется  в пределах 2 – 4 %.

Приведенные результаты расчетов и анализ конструкций цилиндрических фрез показывают, что углы заострения резцов  фрез  не должны превышать 38 - 40?, чтобы избежать отрицательного влияния на процесс фрезерования и режущий инструмент фактического заднего угла резания, величина которого должна быть не менее  2,5 - 4,0?.

Результаты вычислений по зависимости (3) показали (рис. 4), что наибольшее влияние на показатель ?щ оказывает кинематический угол встречи Q.  В диапазонах углов Qот 15? до 75?  этот оценочный показатель увеличивается от 3,77 раза  при ? = 15?, до 4,62 раза при  ? = 30?, причем эта зависимость имеет  в основном линейный характер, но с увеличением ? приобретает слегка выраженный криволинейный характер. Углы ?с и ? оказывают  значительно меньшее влияние на ?щ, чем кинематический угол встречи Q.  Так, в диапазоне ?с от 40? до 60?    угол ?щ  уменьшается на 2,16 %  при Q= 15? , ? = 15?  и на 3,35 % при Q= 60?, ? = 15? ; в диапазоне ? от 0? до 15?  - на 4,48 %; в диапазоне ? от 15? до 30? при Q= 45?, ?с = 50?  - на 20,2 %.

Допустимые значения угол ?щ принимает в следующих диапазонахQ: от 30? до 60?   при ? = 0?, ?с = 50?; от  35,9? до 64,5?   при ? = 15?, ?с = 50?; от 37,5? до 75,0?  при ? =15?, ?с = 60?.

Результаты расчётов по формуле  (3) полностью соответствуют   значениям угла ?щ по номограмме [7] на основании опытных замеров углов   на пласти ?п икромке ?к щепы.

Приведённая методика и полученные зависимости позволяют аналитически определять влияние режимных параметров: кинематики (скоростей резания и подачи), взаимного расположения инструмента и предмета переработки (кинематических углов встречи), исходных угловых параметров резцов цилиндрических фрез на фактические и номинальные динамические углы резания процесса продольного цилиндрического фрезерования лесопильных агрегатов и  на угол среза технологической щепы. Эти уравнения могут быть использованы как составляющие системы зависимостей для совершенствования фрезерного инструмента агрегатного лесопильного оборудования, а также нахождения  оптимальных значений его параметров.

Литература:

  1.  Пат. 1782732 Российская Федерация, МПК4 В27, G13/02, 13/04. Торцово-коническая малоножевая фреза [Текст] / В.В. Таратин, А.П. Тарутин; заявитель и патентообладатель Центральный науч.-исслед. ин-т механ. обраб. древ. - №  4840963/15; заявл. 23.12.90; опубл. 23.12.92, Бюл. № 47. – 47 с.
  2. Пат. 1159777 Российская Федерация, МПК4 В27, В33/08. Комбинированный инструмент [Текст] / В.В. Таратин, А.П. Тарутин, С.А. Маточкин, МП. Авксентьев; заявитель и патентообладатель Центральный науч.-исслед. ин-т механ. обраб. древ. - №  3572772/29-15; заявл. 04.04.83; опубл. 07.06.85, Бюл. № 21. – 32 с.
  3. Стахиев, Ю.М. Работоспособность плоских круглых пил [Текст] / Ю.М. Стахиев. - М., Лесн.  пром-ть, 1989. -  384 с. Таратин, В.В. Влияние геометрических параметров фрезерного инструмента агрегатного оборудования на величину угла среза технологической щепы [Текст] / В.В. Таратин // Лесн. журн. – 1997. –    № 3. – С. 64-69. ( Изв. высш. учеб. заведений).
  4. Таратин, В.В. Влияние геометрических параметров фрезерного инструмента агрегатного оборудования на величину угла среза технологической щепы [Текст] / В.В. Таратин // Лесн. журн. – 1997. –    № 3. – С. 64-69. ( Изв. высш. учеб. заведений).
  5. Грубе, А.Э. Дереворежушие инструменты [Текст] / А.Э. Грубе. - М.: Лесная промышленность, 1971. -  3344 с.
  6. Таратин В.В. Определение кинематических и ряда других параметров на фактические углы резания цилиндрических фрез лесопильных агрегатов / В.В. Таратин // Spaceandtime– coordinatesystemofhumandevelopment: MaterialsdigestoftheVIIIInternationalResearchandPracticeConference(Kiev, London, August25 – September1, 2011). Technical, physical and mathematical sciences / All – Ukrainian Academic Union of specialists for professional assessment of scientific research and pedagogical activity/ InPress. London, 2011. – P. 46-50.
  7. Боровиков, Е.М. Лесопиление на агрегатном оборудовании [Текст] / Е.М. Боровиков, Л.А. Фефилов, В.В., Шестаков. - М.: Лесная промышленность, 1985. -  216 с.
  8. Таратин, В.В. Лесопильные агрегаты: современное состояние и тенденции их совершенствования [Текст] / В.В. Таратин // Деревообраб. пром-сть. - 1998. - №1. -    С. 3-6.
  9. Таратин, В.В. Применение системного подхода к исследованию разнотипных фрез лесопильных агрегатов [Текст] / В.В. Таратин // Деревообраб. пром-сть. - 1998. - №6. -            С. 9-12.
  10. Таратин, В.В. Определение фактических углов резания торцово-конических фрез агрегатного лесопильного оборудования [Текст] / В.В. Таратин // Лесн. журн. – 1995. – № 2-3. – С. 78-83. ( Изв. высш. учеб. заведений).
  11. Елькин, В.П. Повышение эффективности фрезернопильного оборудования на основе разработки конструкций цилиндрических фрез для получения технологической щепы [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук / В.П. Елькин, - Л., 1989. – 17 с.
  12. Таратин, В.В. Обоснование скорости подачи фрезернопильного оборудования с учётом энергозатрат выработки продукции [Текст] / В.В. Таратин // Наука Северному региону: Сб. науч. тр. АГТУ, вып. 62 – Архангельск, АГТУ, 2005, С. 158 – 161.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 8.2 (6 голосов)
Комментарии: 9

Саркисян Генрих Мушегович

Разработка оптимальных параметров лесопильных агрегатов и инструмента при цилиндрическом фрезеровании, с учетом физико-механических свойств обрабатываемого материала является весьма актуальной задачей. Автором при исследовании проявлен системный подход, благодаря чему уточнены все необходимые параметры среза. Исследование имеет как теоретическое значение, так и практическое приложение. Саркисян Г.М.

Исаева Людмила Евгеньевна

Оптимизация формы инструмента в значительной мере определяет производительность его применения. Полученные в исследовании зависимости важны для нахождения нужной формы инструментов и режимов резания в лесопильном производстве. Работа представляет интерес.

Таратин Вячеслав Викторович

Спасибо за проявленный интерес к моей работе. Желаю Вам творческих успехов!

Марьина Надежда Леонидовна

Работа замечательная. Исследование заслуживает уважения. Автор из года в год последовательно и аргументированно доказывает свою точку зрения, что заслуживает высокой оценки. Желаю реализовать результаты Ваших исследований в производстве! С уважением, Марьина Надежда Леонидовна.

Таратин Вячеслав Викторович

Надежда Леонидовна, спасибо за проявленный интерес к моей работе и за поддержку. Реализация задумок, теоретических и экспериментальных наработок на производстве - это логический этап завершения прикладной исследовательской работы. Сейчас это не просто, после того как государство "пустило корабль отраслевой науки в свободное плавание". Путь от патента до серийного образца техники это достаточно длительный период и наши капиталисты деньги в такие проекты вкладывать не будут. Нужны гранты, поддержка государства. В этом направлении пытаемся работать... Желаю Вам также больших успехов на научной стезе!!!

Игнатова Анна Михайловна

Отличная и актуальная работа, особенно сейчас, дерево вновь становится популярным благодаря своей экоогичности

Таратин Вячеслав Викторович

Анна Михайловна, спасибо Вам за внимание к моей работе, оценку и поддержку. Желаю Вам также больших успехов в науке. С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.

Хлопков Юрий Иванович

У теоретиков вызывает особое уважение воплощенная в металл работающая конструкция. И, конечно, чеповек, вдохнувший в эту конструкцию жизнь. Желаем автору дальнейших успехов. Зея Яр Мьё Мьинт

Таратин Вячеслав Викторович

Зея Яр Мьё Мьинт , спасибо большое за внимание и поддержку. Желаю Вам в свою очередь большых успехов на научном поприще! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.
Комментарии: 9

Саркисян Генрих Мушегович

Разработка оптимальных параметров лесопильных агрегатов и инструмента при цилиндрическом фрезеровании, с учетом физико-механических свойств обрабатываемого материала является весьма актуальной задачей. Автором при исследовании проявлен системный подход, благодаря чему уточнены все необходимые параметры среза. Исследование имеет как теоретическое значение, так и практическое приложение. Саркисян Г.М.

Исаева Людмила Евгеньевна

Оптимизация формы инструмента в значительной мере определяет производительность его применения. Полученные в исследовании зависимости важны для нахождения нужной формы инструментов и режимов резания в лесопильном производстве. Работа представляет интерес.

Таратин Вячеслав Викторович

Спасибо за проявленный интерес к моей работе. Желаю Вам творческих успехов!

Марьина Надежда Леонидовна

Работа замечательная. Исследование заслуживает уважения. Автор из года в год последовательно и аргументированно доказывает свою точку зрения, что заслуживает высокой оценки. Желаю реализовать результаты Ваших исследований в производстве! С уважением, Марьина Надежда Леонидовна.

Таратин Вячеслав Викторович

Надежда Леонидовна, спасибо за проявленный интерес к моей работе и за поддержку. Реализация задумок, теоретических и экспериментальных наработок на производстве - это логический этап завершения прикладной исследовательской работы. Сейчас это не просто, после того как государство "пустило корабль отраслевой науки в свободное плавание". Путь от патента до серийного образца техники это достаточно длительный период и наши капиталисты деньги в такие проекты вкладывать не будут. Нужны гранты, поддержка государства. В этом направлении пытаемся работать... Желаю Вам также больших успехов на научной стезе!!!

Игнатова Анна Михайловна

Отличная и актуальная работа, особенно сейчас, дерево вновь становится популярным благодаря своей экоогичности

Таратин Вячеслав Викторович

Анна Михайловна, спасибо Вам за внимание к моей работе, оценку и поддержку. Желаю Вам также больших успехов в науке. С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.

Хлопков Юрий Иванович

У теоретиков вызывает особое уважение воплощенная в металл работающая конструкция. И, конечно, чеповек, вдохнувший в эту конструкцию жизнь. Желаем автору дальнейших успехов. Зея Яр Мьё Мьинт

Таратин Вячеслав Викторович

Зея Яр Мьё Мьинт , спасибо большое за внимание и поддержку. Желаю Вам в свою очередь большых успехов на научном поприще! С уважением, Таратин Вячеслав Викторович.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.