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

ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И РЯДА ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ НА ФАКТИЧЕСКИЕ УГЛЫ РЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРЕЗ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Автор Доклада: 
Таратин В.В.
Награда: 
ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И РЯДА ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ НА ФАКТИЧЕСКИЕ УГЛЫ РЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРЕЗ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

УДК 674.055: 621.914.2

ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И РЯДА ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ
НА ФАКТИЧЕСКИЕ УГЛЫ РЕЗАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРЕЗ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Таратин Вячеслав Викторович, канд. техн. наук, доц.
Северный (Арктический) федеральный университет


Получены аналитические зависимости и выполнена оценка влияния режимных (кинематических) и исходных угловых параметров резцов цилиндрических фрез лесопильных агрегатов на фактические и номинальные динамические углы резания.
Ключевые слова: лесопильные агрегаты, цилиндрические фрезы, фактический и номинальный динамические углы резания.

Analytical relations allowing to estimate the character of condition (kinematic) parameters and initial angular parameters effect of cylindrical milling cutters of sawmill Chip-N-Saw machine on the actual and data-sheet dynamic cutting angles has been obtained.
Keywords: sawmill Chip-N-Saw machine, cylindrical milling cutters, actual and data-sheet dynamic cutting angles.

В агрегатном (фрезернопильном) лесопильном оборудовании для переработки сбеговой части брёвен и брусьев в технологическую щепу и формирования поверхности пиломатериалов широкое применение получили цилиндрические фрезы [1,2]. В отличии, например, от торцово-конических фрез фрезернопильного оборудования, цилиндрические фрезы обязательно необходимы для выполнения двух технологических операций. Первая - формирование ступенчатого бруса для реализации однопроходного способа агрегатной переработки брёвен (агрегаты, например, российские - модели ЛАПБ-2М, канадские - модели Chip-N-Saw Mark 3, финские – модели R250). Вторая - получение на многопроходной фрезернопильной линии сразу в агрегатном станке обрезных досок из сбеговой части брёвен или брусьев (линии, например, немецких фирм «Link» и «EWD») [3,4].

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, соответствуют их минимальным значениям [5]. Они служат факторами, влияющими на показатели стойкости инструмента в зависимости от выбранных углов заострения резцов, а также на степень деформации торцовых кромок срезаемой щепы в зависимости от задних углов резцов.

Фактический динамический угол резания δнф (по терминологии А.Э. Грубее [5]) – это угол резания в плоскости нормальной режущей кромке с учётом траектории относительного движения резца в обрабатываемом материале (угол резания в движении). Он определяется по следующей зависимости:

Определение и анализ фактических углов резания были выполнены и опубликованы авторам ранее лишь для продольного фрезерования торцово-коническими фрезами [6]. Определение же этих параметров при продольном фрезеровании брёвен и брусьев цилиндрическими фрезами, когда режущие кромки резцов закошены [7] в силу сложной пространственной геометрии резцов данного инструмента достаточно трудоёмко и базировалось до настоящего времени на графоаналитическом методе. Анализ результатов влияния кинематических и иных параметров на фактические углы резания для этого инструмента также не проводился.

Цель данной работы – на основании определения аналитических зависимостей выявить влияние на фактические и номинальные углы резания цилиндрических фрез при продольном фрезеровании режимных параметров, включая параметры кинематики процесса резания - U; V и взаимного расположения инструмента и предмета переработки - Q. Кроме этого необходимо проанализировать влияние на параметры δнф и δн исходных конструктивных параметров инструмента – угла резания в основной секущей плоскости фрезы (в плоскости движения, перпендикулярной оси вращения фрезы) δс и угла разворота режущей кромки резца относительно оси вращения фрезы λ.

Методические положения по определению зависимости δн, δнф соответственно от параметров δс, λ и U, V, Q, δс, λ рассмотрим на примере цилиндрических фрез (продольное фрезерование) линии модели ЛАПБ-2М. Рассмотрим общий случай подготовки инструмента к работе, когда главные режущие кромки дугообразных резцов закошены, т.е. λ не равно нулю [7, 8].

Угол δн (рис.1) – расположен между нормалью к главной режущей кромке резца n, лежащей в плоскости передней грани её (в качестве допущения за переднюю грань дугообразного резца принята плоскость) и вектором d, который совпадает с линией пересечения плоскости нормальной к главной режущей кромке резца, с плоскостью резания в статике (за поверхность резания принималась плоскость). Угол δнф - расположен между вектором  n и вектором d’, который совпадает с линией пересечения плоскости нормальной к главной режущей кромке резца, с плоскостью резания в динамике.

Методика определения зависимостей δн, δнф соответственно от параметров δс, λ и U, V, Q, δс, λ состоит в следующем. 1 .Задать систему координат XYZ, две оси которой (YZ) расположены в плоскости вращения фрезы, причём ось Z совпадает с линией пересечения передней грани резца с плоскостью вращения (вектор f). Ось X параллельна оси вращения фрезы (вектор i), а ось Y совпадает с нормалью к передней грани резца Nгр. Вектор совпадает с главной режущей кромкой, вектор b – с вектором скорости резания. Определить координаты нормали к режущей кромке в плоскости передней грани резца n на основании векторного произведения a × Nгр. 2. Определить координаты нормали к плоскости резания Nср на основании векторного произведения a × b. 3. Найти координаты вектора, совпадающего с линией пересечения плоскости нормальной к режущей кромке, с плоскостью среза щепы d на основании векторного произведения a × Nср. 4. По координатам векторов n и  d определить искомую зависимость δн от δс, λ, а по формулам (1) и (2) определить зависимость δнф от U, V, Q, δс , λ.

Результаты вычислений по зависимостям (3) и (4) графически представлены на рис. 2-4. В качестве центральных и граничных значений диапазонов изменения углов δс и Q, а также параметров V и U взяты рекомендуемые значения [1,3,7-9]. Центральное значение угла λ принято равным 15°, что соответствует рекомендуемой величине угла для формирования цилиндрическими фрезами ступенчатого двухкантного бруса и его горизонтальной поверхности. Граничное значение λ = 30° соответствует рекомендуемому значению угла для формирования боковых пластей четырёхкантного бруса [7,8].

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

Изменение режимных параметров процесса фрезерования – скоростей подачи U и резания V, а также кинематического угла встречи Q не столь значительно сказывается на фактическом динамическом угле резания δнф, как δc, λ на δн и δнф (рис. 3, 4). При постоянных значениях δc = 45º, λ = 0º это влияние характеризуется следующим образом. В диапазоне U от 40 до 60 м/мин при V = 15 м/с (рис.3) угол δнф уменьшается на 1,84 %, а при V = 35 м/с - на 0,90 %. В диапазоне V от 15 до 35 м/с при U = 40 м/мин угол δнф увеличивается на 2,07 %, а при U = 60 м/мин - на 3,05 %. В диапазоне Q от 30º до 80º (рис. 4) при U = 50 м/мин, V =25 м/с, δc = 45º, λ = 0º угол δнф уменьшается на 2,27 %.

При значениях δc = 45°, λ = 0°, U = 50 м/мин, V = 25 м/с, Q = 30° угол δнф = 44,0° , а при Q = 70° угол δнф =43,1°. Угол резания номинальный при этих значениях δн = 45,0° .Максимальная разница между δн и δнф достигает 4,44 % при Q = 90°. По сравнению со случаем продольного фрезерования торцово-коническими фрезами [6] последнее значение более, чем в два раза аналогичного.

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°.

Правильность расчётов по полученным зависимостям (3) и (4) полностью подтверждены результатами нахождения параметров δн и δнф графоаналитическим методом для ряда значений δс, λ, U, V, Q.

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 фрезерования лесопильных агрегатов. 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.Боровиков, Е.М. Лесопиление на агрегатном оборудовании [Текст] / Е.М. Боровиков, Л.А. Фефилов, В.В., Шестаков. - М.: Лесная промышленность, 1985. - 216 с.
  • 2.Таратин, В.В. Лесопильные агрегаты: современное состояние и тенденции их совершенствования [Текст] / В.В. Таратин // Деревообраб. пром-сть. - 1998. - №1. - С. 3-6.
  • 3.Таратин, В.В. Применение системного подхода к исследованию разнотипных фрез лесопильных агрегатов [Текст] / В.В. Таратин // Деревообраб. пром-сть. - 1998. - №6. - С. 9-12.
  • 4.Таратин, В.В. Совершенствование фрезернопильного оборудования для агрегатной выработки пиломатериалов и технологической щепы [Текст] / В.В. Таратин // Лесопромышленный комплекс России XXI века: Сб. докл. Шестого международного форума, 12-16 октября 2004 г. – СПб, 2005. – С. 287, 278.
  • 5.Грубе, А.Э. Дереворежушие инструменты [Текст] / А.Э. Грубе. - М.: Лесная промышленность, 1971. - 344 с.
  • 6.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).
  • 7.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.
  • 8.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).
  • 9.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. 
7.8
Ваша оценка: Нет Средняя: 7.8 (5 голосов)

комментарий

Автор делает аргументированные выводы, доказательная база не вызывает сомнений .

Отлично!

Статья производит отличное впечатление. Автор приводит аргументированные результаты расчетов и анализ конструкций цилиндрических фрез. Автором сделаны заключения о том, что полученные зависимости позволяют расчетным образом определять влияние режимных параметров. Даже формат рисунков не мешает восприятию материала, тем более что графики зависимостей четко читаются.
rdan64

Замечание по рисункам - самокритика

В порядке самокритики по рисункам следует отметить, что получилось мелковато - надо рассматривать через лупу. Особенно это касается расчётной схемы. Причиной ухудшения качества можно назвать то, что рисунки были упакованы в требуемый формат бумаги, но в авторском экземпляре файла статьи они были размещены в альбомном формате. В этом формате графика читалась вполне отчётливо. При размещении на сайте рисунки были размещены в книжном формате - отсюда и ухудшение визуального восприятия информации. Я бы предложил организатором на будущее учесть этот аспект в требованиях к материалам. У последних двух формул "убежали" в следующие строки номера формул (3) и (4). Мне кажется возможности администратора позволяют не допускать таких неточностей.

По корректировке формул

Попытка откорректировать формулы и сдедать их соответствующими оругиналу весьма похвальна! Но делать это надо более внимательно. Из-за невнимательности при корректировке формул часть их фрагментов оказались задублированной, а один фрагмент "ни к селу, ни к городу" вклинился в середину математических выкладок!?

Благодарность за корректировку формул

Спасибо, сейчас, после корректировки - формулы полностью соответствуют оригиналу!
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
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.