Модернизация фрезерного станка ФСШ-1А

Расчет режимов резания при обработке древесины на фрезерном станке.

Фрезерованием называют резание древесины вращающимися фрезами, при котором траекторией является циклоида. В зависимости от того, на какой поверхности вращения фрезы располагаются лезвия резцов и как ось вращения ориентирована относительно поверхности обработки, различают цилиндрическое, коническое торцевое, торцово – коническое и профильное фрезерование.

В процессе резания с заготовки снимается слой древесины Н, называемый припуском на обработку. Поверхность А заготовки, с которой удаляется припуск, называют обрабатываемой, а образованная на заготовке в результате удаления припуска Б – обработанной.

Процесс фрезерования происходит при равномерном вращении инструмента (главное движение) и равномерном перемещении заготовки (движение подачи).

1) вх – угол, соответствующий точке входа резца  в древесину. Обычно вх мал и в практических расчетах его принимают равным нулю.

2) Угол выхода резца из древесины:

вх=arcos [(R-H)/R]

3) Угол контакта

к= вх+вых

Так как вх≈0, то угол контакта принимают приблизительно равным углу выхода: к=вых.

4) Средний угол, соответствующий середине дуги резания, приблизительно равен половине угла выхода;

ср=вых/2

5) Длина стружки, то есть длина траектории ав в пределах снимаемого слоя:

Lст= (2πR/360)∙ к,

Где R- радиус резания, R=D/2.

6) Толщина стружки, то есть расстояние между двумя ее боковыми поверхностями:

hст = uz∙sin

Так как при фрезеровании толщина стружки hст не является величиной постоянной, а изменяется от 0 в точке входа резца а до максимума в точке выхода в, в расчетах используется средняя толщина стружки:

hср = uz∙sinср.

Расчет режима резания модернизированного станка.

Необходимо определить производительность П, скорость подачи U и силы.

Известны следующие данные:

Мощность резания N=4,2 кВт, число оборотов n = 3000 об/мин, диаметр фрезы Д = 250 мм, высота пропила h = 4мм, ширина пропила в = 200 мм, время резания  Т = 3,5 ч; коэффициент использования рабочего времени арв = 0,9; коэффициент использования машинного времени асв = 0,8.

Скорость резания:

υ = πDn/6000 = 3,14∙250∙3000/6000 = 39,25 м/с.

Средняя окружная сила резания:

Р = 102∙N/υ = 102∙4,2/39,25=10,9 кГ

Длина дуги контакта:

ℓ=h/sinӨ=4/0,126 = 31,7 мм,

где Ө - кинематический угол встречи, определяется по формуле:

Ө = arcsin √h/D = arcsin √4/250 = 8,1

Сила резания, приходящаяся на один резец:

Рзуб = t∙P/ ℓ = 392,5∙10,9/31,7 = 134,96 кГ,

где шаг t = π∙D/z = 3,14∙250/2 = 392,5 мм

Удельная сила резания по задней поверхности резца:

Р = 0,18+0,003ψ = 0,18+0,003∙0,1=0,204 кГ/мм

Коэффициент затупляемости резца:

аз = 1+0,3Т = 1+0,3∙3,5 = 2,05

Подача на резец:

С = (Рзуб-аз∙Р∙в)/ sinӨ∙k∙в = (134,96-2,05∙0,204∙200)/ 0,126∙0,929∙200= 1,81

Скорость подачи:

U=c∙z∙n/1000 = 1,81∙4∙3000/1000 = 21,72 м/мин.

Сопротивление подаче:

Q = P∙sin Ө - R∙cosӨ = 10,8+0,54=11,34 кГ

Производительность станка:

П = T∙U∙kck∙kд∙kм∙пз/ℓм = 210∙21,72∙0,89∙0,87∙0,85∙1/2= 746 шт./смена

Выбор и обоснование технического решения.

Известен фрезерный станок с шипорезной кареткой ФСШ-1А, включающий станину, рельсовый путь с установленной на нем шипорезной кареткой, привод каретки, механизм резания, механизм подачи, привод станка
и механизм управления.

Недостатком данного станка является то, что на нем можно осуществлять нарезку проушин и зарезку шипов на заготовке при возвратно – поступательном движении каретки в продольном направлении относительно стола.

Задача – расширение функциональных возможностей станка.

Эта задача разрешается при том, что заготовка, установленная
на специальное приспособление может двигаться как в продольном, так
и в поперечном направлении относительно стола станка. Данный механизм обеспечивает фасонную обработку заготовки.

Прием работы и организация рабочего места при работе на фрезерном станке.

Перед фрезерованием необходимо осмотреть заготовку со всех сторон, выявить все дефекты (трещины, сучки, пороки строения, гниль, червоточины, покоробленность), мысленно оценить их размеры, взаимное положение, проанализировать возможное влияние дефектов на качество обработки.

Очень важно правильно выбрать технологическую базу и напрвление волокон древесины по отношению к направлению подачи. Необходимо учитывать, что значительная общая глубина фрезерования при формировании технологической базы позволяет удалять ряд дефектов с базовой поверхности.

Глубина фрезерования на фрезерном станке зависит от припуска на обработку. Необходимо стремиться к работе при малых глубинах фрезерования, так как это приводит к уменьшению сил резания и усилий прижима, деформирующих заготовку, позволяет устранить нежелательное явление деформации заготовки при распределении внутренних напряжений, когда сфрезеровывается значительная часть материала. Одновременно работа с малыми глубинами фрезерования позволяет рационально использовать припуск на обработку и уменьшает возможность появления технологического брака, снижает утомляемость рабочих. Обрабатываемые заготовки и материалы надо подавать справа налево.

При работе на фрезерном станке с ручной подачей необходимо обеспечить плавную и равномерную подачу заготовок, плотно прижимая обработанные стороны заготовки к поверхностям стола и направляющих устройств. После рабочего хода обработанную поверхность осматривают и, на детали остались непрофрезерованные места или дефекты, которые невозможно устранить последующей механической обработкой, ее бракуют. Профиль обработанной детали проверяют по шаблону.

Для фрезерных станков с нижним расположением шпинделя установлены по ГОСТ 69-75 следующие допуски на обработку деталей, в мм: равномерность ширины паза 0,1 на 1000; параллельность паза базовой поверхности 0,25 на 1000; равномерность ширины проушины 0,1 на 100; параллельность проушины базовой поверхности (для станков с шипорезной кареткой) 0,1 на 100.

Расчет циклограммы обработки деталей и производительности станка.

С учетом рассчитанных значений параметров режима и схемы организации рабочего места разрабатывается циклограмма обработки деталей на станке. Для этого составляется формула продолжительности времени рабочего цикла:

Тц = tп+tб+tр+tраз,

где tп – время, необходимое на подачу заготовки в зону обработки (резания). Принимаем tп = 2,5 с (t1);

tб – время базирования и разбазирования. Принимаем tб = 3 с (t2);

tр – время обработки, зависит от режима резания и размеров заготовки. Принимаем tр = 8 с (t3);

tраз = время загрузки деталей; определяется с учетом размеров заготовки и скорости подачи. Принимаем tраз = 2,5 с (t4).

Тц = 2,5+3+8+2,5 = 16 с.

Производительность станка, шт. в смену:

А= Т∙Кu∙Kп/Тц,

где Т – продолжительность работы станка, мин;

Кu – коэффициент использования рабочего времени, Кu = 0,8-0,9;

Kп – коэффициент производительности, Kп = 0,2-0,6.

А=210∙0,8∙0,4/0,27 = 248,9 шт. в смену.

Расчет циклограммы обработки деталей на модернизированном станке.

Принимаем следующие нормы времени с учетом того, что появляется дополнительный параметр рабочего цикла, примем его t = 4 с, tп = 2 с, tб = 3 с, tр = 6 с, tраз = 3 с.

Таким образом продолжительность времени рабочего цикла:

Тц = tп+tб+tр+tраз = 2+3+6+3+4= 18 с.

Производительность модернизированного станка:

А= Т∙Кu∙Kп/Тц = 210∙0,8∙0,4/0,3 = 224 шт. в смену.

              Исходя из проведенных расчетов и анализа циклограмм обработки деталей на станке можно сделать вывод, что после модернизации данного фрезерного станка производительность уменьшается на ≈ 15%.

Подготовка станка к работе.

Подготовка станка к работе включает в себя три основных этапа: проверку исправности станка; наладку станка; размерную настройку станка. Проверку исправности станка начинают с проверки надежности его заземления, состояния электроаппаратуры и изоляции приводов, ограждений и других устройств, обеспечивающих безопасную работу на станке.

Наладка фрезерного станка с шипорезной кареткой заключается в установке направляющих линеек, прижимов и направляющего угольника в соответствии с заданными размерами обработки. Переднюю и заднюю направляющие линейки располагают в одной плоскости и с помощью маховика устанавливают корпус ограждения на столе так, чтобы режущая кромка инструмента выступала над плоскостью линеек на заданную чертежом длину шипа или проушины. Далее необходимо на стойках установить по высоте кронштейны крепления прижимов заготовки. Расстояние от рабочей поверхности прижима до стола станка в незажатом положении должно быть на 2-3 мм больше высоты заготовки.

              Для уменьшения трения конца заготовки о неподвижный стол станка рабочая поверхность стола каретки должна быть на 0,1-0,2 мм выше поверхности стола станка. Регулируют положение стола каретки по высоте поворотом эксцентриковых осей опор качения, на которых установлены шарикоподшипники, несущие по призматическим направляющим шипорезную каретку.

Техника безопасности при работе на фрезерных станках.

К работе на фрезерном станке допускаются рабочие, прошедшие обучение и инструктаж по утвержденной программе, хорошо знающие назначение всех органов управления и механизмов станка. Перед началом работы необходимо выполнить следующие мероприятия:

а) подготовить рабочее место с учетом оптимальных решений по его организации, включая удобное расположение подстопных мест, удалить от станка все предметы обслуживания и материалы, не относящиеся к рабочему процессу;

б) проверить общее состояние станка и его элементов, крепление и правильное положение механизмов; о наличии подтверждений сообщить мастеру и дежурному ремонтнику;

в) проверить состояние режущего инструмента и его крепление на шпинделе; категорически запрещается применять однорезцовые ножевые головки и зажимные шайбы с фланцами;

г) убедиться в свободном вращении (от руки) инструмента при крайних положениях направляющих линеек во избежание касания ножей с конструктивными элементами станка;

д) проверить состояние и работу ограждений, надежность крепления кожухов;

е) проверить наличие смазки и состояние смазочных устройств.

Для безопасной работы на фрезерных станках необходимо соблюдать следующие правила в соответствии с ГОСТ 12.2.026.3-80 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование деревообрабатывающее. Станки фрезерные. Требования безопасности»:

а) подачу заготовок производить после разгона режущего инструмента до нормальной рабочей частоты;

б) отверстие  в столе для шпинделя не должно превышать диаметр шпинделя более чем не 30 мм;

в) фрезеровать на станках с ручной подачей заготовки короче 400 мм и сечением менее 40Х40 мм только с помощью специальных колодок – толкателей, соответствующих форме и размерам обрабатываемых заготовок;

г) тонкие и короткие заготовки в пакетах обрабатывать лишь с применением специальных шаблонов (цулаг), снабженных надежными зажимными устройствами;

д) при работе режущим инструментом диаметром более 200 мм или если на шпинделе установлено более двух фрез, верхний конец шпинделя закрепить в дополнительной опоре;