Научная статья на тему 'Расчет режимов фрезерования торцовой фрезой'

Расчет режимов фрезерования торцовой фрезой Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
326
54
Поделиться
Область наук

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Глебов И. Т.

Глебов И.Т. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ТОРЦОВОЙ ФРЕЗОЙ. Приведена методика расчета режима фрезерования древесины торцовой фрезой. Метод расчета поясняется примером. Приведенные формулы повышают точность расчетов. Glebov I.T. CALCULATION OF MODES OF MILLING BY A FACE MILL. Is resulted a design procedure of a mode of milling of wood by a face mill. The method of calculation is exemplified. The resulted formulas raise accuracy of calculations.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Глебов И.Т.,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Расчет режимов фрезерования торцовой фрезой»

ДЕРЕВООБРАБОТКА

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ТОРЦОВОЙ ФРЕЗОЙ

И.Т. ГЛЕБОВ, каф. станков и инструментов Уральского ГТУ

Методом фрезерования торцовой фрезой обрабатывается большое количество профилей деталей дверей, дверных коробок, филенок, мебельных рамок, деталей окон, раскладок, штапиков, наличников, плинтусов и др. На рис. 1 приведены примеры профилей некоторых деталей.

Рис. 1. Обработка профилей деталей: а - бруска двери; б - бруска дверной коробки; в - мебельной филенки; г - выборка четверти

Боковая режущая кромка лезвия торцовой фрезы может быть прямой или криволинейной, наклонной или вертикальной. Торцовая кромка прямая.

В современных торцовых фрезах используются неперетачиваемые твердосплавные ножи одноразового использования.

Фиктивная сила и касательное давление срезаемого слоя

При продольном фрезеровании древесины торцовой фрезой боковая наклонная режущая кромка выполняет резание продольно-поперечно-торцовое (рис. 2). При угле наклона боковой режущей кромки фн = 0 резание на дуге контакта изменяется от продольного, когда происходит врезание лезвия в древесину, до поперечного в момент выхода зуба из заготовки. Если угол фн = 90°, то резание изменяется от продольного в момент врезания до торцового в момент выхода зуба из древесины.

Для продольно-поперечного резания древесины сосны значение фиктивной силы резания р, Н/мм, найденное по методике А.Л. Бершадского, равно [1]

Рис. 2. Параметры торцово-конического фрезерования

р„_# = 1,57 - 0,0065фс. (1)

Касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность лезвия k, МПа, равно k//# = (0,196 - 0,00184фс)5 + [0,069 -- 0,011(0,069 - Б) фс]У’ - (5,4 - 0,053фс), (2) где фс - угол скоса на середине дуги контакта, измеряемый между режущей кромкой и волокнами древесины при фн = 0 (значение фс подставляется в градусах);

V’ - скорость резания, м/с; если скорость главного движения V < 50 м/с, то V’ = 90 - V, иначе V’ = V;

Б - коэффициент, при угле резания 5 < 55° Б = 0,059, при 5 > 55° Б = 0,069.

При переходе резания от продольно-поперечного к продольно-поперечно-торцовому, когда 0 < фн < 90°, сопротивление резанию будет увеличиваться. Полагая, что увеличение значений р и k произойдет пропорционально углу наклона фн, получим

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

P//-#-± = P//-# +( P± - P/J фн / 90, (3)

k//-#-l = k//-# +( k_L - V фн / 90. (4)

По данным А.Л. Бершадского, для древесины сосны р = 4,8 Н/мм;

kL = 0,555 + 0,196V’ - 19,62. (5)

При ширине фрезерования В среднее значение угла скоса фс имеет место на середине дуги контакта и равно

фс

ф

1 к

— = arcsin

2

V

В

ср

?

D

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

ср

(6)

где D - средний диаметр окружности резания фрезы, мм.

D = D . + t / tgф , (7)

Ср min 0 тн’ 4 '

где t - глубина фрезерования, мм.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

71

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Средняя скорость главного движения при фрезеровании

V = n D n / 60 000, м/с где n - частота вращения фрезы, мин-1.

По формулам (3) и (4) получим = 1,57 - 0,0065 фс(1 - 0,0111 фн) + 0,0359Фн; (8) k//-#-1 = 5[0,196 + 0,0039фн - 0,00184фс(1 -- 0,0111фн)] + V[0,069 - 0,0Н11фс(0,069 - Б)( 1 --0,011 фн) + 0,00143 фн]°- 5,4 +

+ 0,053фс(1 - 0,011 фн) - 0,158фн. (9)

Здесь фс, фн, 5 подставляются в град.

Геометрия срезаемого слоя

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Глубина фрезерования (глубина резания при фрезеровании) t, мм - толщина слоя материала, снимаемого с поверхности заготовки фрезой за один проход. Она равна расстоянию между обрабатываемой и обработанной поверхностями (рис. 2).

Ширина фрезерования В, мм - ширина поверхности обрабатываемой фрезой за один проход (рис. 2).

Среднее значение ширины фрезерования В , мм - расстояние от боковой кромки заготовки до точки, расположенной на середине ширины срезаемого слоя наклонного профиля:

В = В + 0,5t / tgф .

Ширина срезаемого слоя b, мм - ширина сечения срезаемого слоя, удаляемого с заготовки за один проход

b = t / sinфн, (10)

где фн - угол наклона боковой режущей кромки к обработанной поверхности.

Средний угол контакта для среднего диаметра фрезы определяется на середине глубины фрезерования и равен из (6)

фк = 2фс .

Средняя длина дуги контакта

l = nD ф / 360, (11)

где фк - средний угол контакта лезвия с заготовкой, рад.

Толщина срезаемого слоя а, мм, измеряется как наикратчайшее расстояние между предыдущей и последующей поверхностями резания на середине дуги контакта. При встречном фрезеровании толщина срезаемого слоя изменяется от нуля, когда режущая кромка врезается в древесину, до максимального значения в момент выхода лезвия из заготовки. Среднее значение толщины срезаемого слоя можно найти по следующей формуле

a = S sinф sinф , (12)

где Sz - подача на зуб, мм;

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

фср - средний угол на дуге контакта, равный

фк / 2;

Для продольно-торцового резания можно принять угол перерезания волокон фв = фср.

Силы резания при фрезеровании

Силы резания на зубе фрезы определяют для двух диапазонов толщины срезаемого слоя: а > 0,1 мм и а < 0,1 мм. Для диапазона а > 0,1 мм силу резания находят по формуле

F , = a a (a p + ka)b, Н.

x зуб n w 4 р* ' ’

(13)

Для диапазона а < 0,1 мм силу резания следует определять по формуле [2]

Fx зуб = aaw[(a pp + 0,1k)(- 1/Xa2 +

ХЗУ +0,2/Xa + 1 - 0,01/X)]b, Н, (14) где р, k - фиктивная сила резания и касательное давление для древесины сосны с влажностью 12 %;

ап, аw - поправочные коэффициенты на породу древесины и влажность;

X - коэффициент;

X = р2+0,2р + 0,01,

где р - радиус закругления режущей кромки зуба фрезы, мм.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Обозначим

F = a pp + 0,1k, m. = F / aab F

x 0,1 р 7 7 1 x зуб n w x 0,17

тогда при а = 0,1 мм; m1 = 1.

Запишем уравнение (14) в форме приведенного квадратного уравнения

a2 - 0,2a - 1 + X(m1 - 1) = 0, при решении которого получим

а = 0,1 -^X(1 -ml) . (15)

При решении обратных задач, когда по силе резания на лезвии определяют толщину срезаемого слоя а, следует поступать так:

- если m1 > 1, то надо пользоваться уравнением

F б

хзуб

aab

ap

a = ■

- если m1 < 1, то надо пользоваться уравнением (15).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Пример расчета

Дано. На фрезерном станке из древесины сосны с влажностью 12 % обрабатывается деталь сложного профиля (рис. 2). Ширина фрезерования Втт = 22 мм, глубина фрезерования t = 8; 12;

72

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

ДЕРЕВООБРАБОТКА

15; 20 мм, минимальный диаметр окружности резания наклонной режущей кромки Dmin = 120 мм, угол наклона боковой режущей кромки фн = 45°, частота вращения вала n = 5000 мин-1, число ножей z = 4, угол резания ножей 5 = 70°. Ножи выполнены из твердого сплава марки ВК15. Период стойкости ножей Т = 1200 мин

Мощность электродвигателя механизма главного движения станка Р = 3 кВт, КПД передачи п = 0,94.

Определить скорости подач и построить график скоростей подач.

Решение. 1. Средний диаметр окружности резания фрезы (результаты расчета сведены в табл. 1)

D = D + t / tgф = 120 + 8 / tg45 = 128 мм.

ср min °тн 0

2. Скорость главного движения

V = nD n/60000 = 3,14 • 128 • 5000 / 60000 = 33,51 м/с.

3. Среднее значение ширины фрезерования

B = B + 0,5t / tgф = 22 + 0,5 • 8 / tg45 = 26 мм.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

4. Значение угла скоса

фс = arcsin

В

1 ср

----= arcsin

D

ср

26

128

= 26,8°.

5. Угол контакта боковой режущей кромки с заготовкой

фк = 2фс = 2-26,8 = 53,6°. 6. Длина дуги контакта

l = nD ф / 360 = (3,14 х 128 х 53,6) / 360 = 59,8 мм.

7. Прирост затупления лезвий за время работы при коэффициентах использования станка и производительности К= 0,92; Кп = 0,94

А = y.l nTK К / 1000 = 0,00006 • 69,3 • 5000 х X 1200 • 0,92 • 0,94 / 1000 = 18,6 мкм.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

8. Фиктивная сила резания

р//Ф1 = 1,57 - 0,0065фс(1 - 0,0111фн) + 0,0359фн = = 1,57 - 0,0065 х 26,8(1 - 0,0111 х 45) +

+ 0,0359 х 45 = 3,1 Н/мм.

9. Касательное давление стружки на переднюю грань

k = 5 [0,196 + 0,0039фн - 0,00184фс(1 - 0,011 фн)] + + Г[0,069 - 0,01^(0,069 - Б)(1 - 0,011фн)Н+ +0,00143фн] - 5,4 + 0,053фс(1 - 0,011фн) - 0,15Н8фн = = 70[0,196 + 0,0039 х 45 - 0,00184Н х 26,8(1 -- 0,011 х 45)] + (90 - 33,51)[0,069 - 0,011 х х 26,8(0,069 - 0,069)(1 - 0,011 х 45) +

+ 0,00143 х 45] - 5,4 + 0,053 х 26,8(1 -- 0,011 х 45) - 0,158 х 45 = 20 МПа 10 Коэффициент затупления

а = 1 + (1 + 0,1-)-

К Ар

20 18,6

- = 1 + (1 + 0,1—)—— = 1,56 .

р ро + 50 3,1 5 + 50

11. Окружная касательная сила резания Fo = 1000^/V = 1000 • 3 • 0,94 / 33,51 = 84,2 Н.

12. Средняя сила резания на дуге контакта

F , = F nD / (l z) =

= 84,2 • 3,14 • 128 / (59,8 • 4) = 141,4 Н.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Таблица

Результаты расчетов

Параметры Обозначение Размерность Глубина фрезерования t, мм

8 12 15 20

Средний диаметр фрезы D мм 128 132 135 140

Скорость резания V м/с 33,51 34,56 35,34 36,65

Средняя ширина фрезерования В мм 26 28 29,5 32

Угол скоса Фс град 26,8 27,4 27,9 28,6

Угол контакта Фк град 53,6 54,8 55,7 57,1

Длина дуги контакта l к мм 59,8 63,2 65,7 69,8

Прирост затупления д мкм 18,6 19,7 20,4 21,7

Фиктивная сила резания р Н/мм 3,1 3,1 3,09 3,09

Касательное давление k МПа 20 19,84 19,72 19,52

Коэффициент затупления ар - 1,56 1,59 1,61 1,64

Окружная сила резания F xo Н 84,2 81,6 79,8 76,9

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Средняя сила резания на дуге контакта Н 141,4 133,9 128,8 121,2

Средняя ширина среза b мм 9,4 14,1 17,6 23,5

Коэффициент га. mx - 2,2 1,38 1,05 0,73

Толщина срезаемого слоя а мм 0,51 0,23 0,12 0,035

Подача на зуб S мм 1,6 0,71 0,36 0,102

Скорость подачи V м/мин 32 14,2 7,2 2,04

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

73