Содержание.

Введение.

1. Определение геометрических параметров инструмента.

1.1. Определение параметров круглой пилы.

1.2. Определение размеров пазовой фрезы.

1.3. Определение размеров строгального барабана и строгальных ножей.

2. Расчет режимов работы

3. Расчет мощности привода механизма резания

4. Проверка качества обработки и корректировка режимов резания.

5. Графическое построение профиля фрезы по профилю изделия.

6. Расчет валов механизма резания.

6.1 .Ориентировочный расчет вала на кручение

6.2. Расчет вала на изгиб с кручением.

7. Выбор оснастки универсального деревообрабатывающего станка

7.1. Подбор зажимных фланцев для пилы.

7.2. Дистанционные кольца и оправка для зажима фрезы.

8. Схема заточки дереворежущего инструмента (на примере фрезы).

9. Расчет мощности привода механизма подачи.

10.Расчет потребности в дереворежущем инструменте.

11. Выводы и рекомендации.

12.Список используемой литературы

Введение.

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Резание древесины и дереворежущие инструменты», «Оборудование отрасли», «Машины и оборудование лесного комплекса».

Курсовой проект выполняется с целью развития умений и навыков студентов путем решения конструкторских задач, проведения расчетов, выполнения чертежей, оформления технических документации, а также подготовки студентов к творческому решению конкретных задач, способствующих их формированию как будущих специалистов.

Методические указания составлены в соответствии типовыми программами дисциплин: Б.3.2.9 «Дереворежущие станки и инструменты», «Машины и оборудования лесного комплекса» и предназначены для студентов специальностей 15.04.05, 25.04.03, 08.05.02 всех форм обучения.

В задании на курсовой проект, приведенном в приложении 1, указываются данные по каждому виду обработки: пилению, фрезерованию, с учетом шероховатости обработанной поверхности. Студенты выбирают вариант заданий по приложению 1,самостоятельно по сумме трех последних цифр зачетной книжки. В приложении 2 приведены размеры обрабатываемой детали для построения профиля фрезы.

Работе над курсовым проектом должно предшествовать изучение теоретического материала по данной дисциплине.

1. Определение геометрических параметров инструмента.

1.1. Определение параметров круглой пилы.

Необходимый диаметр пилы определяем по формуле:

где  — максимальная глубина пропила, мм

В предварительном расчете диаметр пилы D выбирается в 3—3,5 раза больше требуемой глубины пропила. Исходя из максимальной глубины пропила  мм при коэффициенте 3, получаем диаметр пилы D = 255 мм, а при коэффициенте 3,5 - D = 297,5 мм.

По расчетным значениям уточняем диаметр пилы для продольной распиловки по ГОСТ 980-80. Ближайшие значения диаметра пилы 250 мм и 315 мм. Для дальнейших расчетов выбираем  D = 250 мм. т. к значение 315 мм больше минимального расчетного.

Толщина пильного диска (b)

b = (0,08-0,12)

Принимаю b=1,8

Шаг зубьев пилы : t=(1,

Выбираю стандартный шаг зубьев t=26, тогда число зубьев пилы

z=

Рассчитаем диаметр фланцев для зажима пилы на валу d_фл , и величину выхода пилы из пропила  H₀.

 - принимаю = 8мм

Так как

Руководствуясь критерием минимальной толщины, определяющей ширину пропила, выбираем круглую пилу 3420-0165 по ГОСТ 980-80 (табл. 1.1).

Таблица 1. 1

Рис 1.1. Схема распиловки древесины круглой пилой на станке с нижним расположением шпинделя

1.2. Определение размеров пазовой фрезы.

Диаметр пазовой фрезы рассчитывается по формуле:

где  - диаметр фланца (по ГОСТ 11290-80)

 - максимальная глубина фрезеруемого паза.

Принимаем для расчета  = 60 мм. При  = 35 мм расчетный диаметр фрезы D = 140 мм. Ближайшее значение по ГОСТ 1290-80 =160 мм. Руководствуясь критерием значения ширины фрезеруемого паза В =20 мм, выбираем фрезу 3202—0511 (табл. 1 .2).

Уточняем запас по глубине фрезерования Н₀ по формуле:

Таблица 1.2

Параметры пазовой фрезы

Рис 1.2. Схема фрезерования древесины пазовой фрезой

1.3. Определение размеров строгального барабана и строгальных ножей.

Для определения размеров строгального барабана необходимо найти следующие параметры:

ширину строгального барабана   (В_инстр)

диаметр строгального барабана (D)

количество ножей  (Z)

ширину ножа (b)

толщину ножа  (s)

Ширину строгального барабана находим по формуле:

Количество ножей берем из задания на курсовой проект, Z =3

Рекомендуемые значения диаметров строгальных барабанов зависят от количества установленных ножей и находятся в пределах, указанных в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Диаметр ножевого вала  при данном количестве ножей равен 140 мм.  Ширину и толщину ножа подбираем конструктивно из имеющихся стандартных значений. В нашем случае b = 35 мм s = 3 мм

Рис 1.3 Схема строгания древесины по плоскости.

2. Расчет режимов работы

При резании совершают движения инструмент и заготовка. Основными движениями при резании являются движение резания и движение подачи.

Движение резания - это прямолинейное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, обеспечивающее срезание одного слоя стружки.

Движение подачи - прямолинейное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность, т.е. движение необходимое для повторения главного движения резания. Любое движение характеризуется скоростью.

 Скорость резания - это путь, пройденный рассматриваемой точкой режущей кромки инструмента или заготовки в секунду в направлении движения резания. Для станков с вращательным движением режущего инструмента скорость резания рассчитывается по формуле, м/с:

Для пиления:

Для фрезерования:

Для фрезерования ножевым валом:

где - скорость резания, м/с; D – диаметр инструмента, мм; n – частота вращения шпинделя, .

По округленным значениям уточняем скорость резания:

Для пиления:

Для фрезерования:

Для фрезерования ножевым валом:

3. Расчет мощности привода механизма резания

Расчет мощности привода механизма резания производим по формуле:

где  - скорость резания

  - сила резания.

где Р_z – касательная сила, приходящаяся на один зуб,

Z’ – число зубьев находящихся в пропиле.

Для строгания и фрезерования Z’ = 1, для пиления

где Н – заданная максимальная глубина пропила;

t – шаг зубьев пилы.

где  D – диаметр пилы в мм;

Z – общее число зубьев пилы.

где К – удельная сила резания  (удельное давление резания).

Для сосны :

     - при пилении К=15 Н/мм².

     - при пазовом фрезеровании К=10 Н/мм².

     - при фрезеровании ножевым валом К=5 Н/мм².

В – ширина снимаемой стружки. При фрезеровании В равно  ширине фрезеруемого паза, при строгании – ширине строгания, при пилении

где В_п – толщина пилы;

S₀ – величина уширения (развода) на сторону, по ГОСТ 980-80 равно 0,5…0,6 мм;

e – толщина снимаемой стружки;

где U_z – подача на один зуб, мм;

где U_max – скорость подачи максимальная, м/мин;

Z – число зубьев инструмента;

n - число оборотов, мин^-1

U_max  - для всех трех случаев одинаковая и берется из задания на курсовой проект -  20 м/мин.

для пиления при Z = 48 и n = 3800 мин^-1, Uz = 0,109 мм.

для фрезерования при  Z = 4 и n = 4800 мин^-1, Uz = 1,04 мм.

для фрезерования нож.валом при  Z = 3 и n = 4100 мин^-1, Uz = 1,62 мм.

Толщина снимаемой стружки из формулы (3.7):

— при пилении е = 0,5 0,109 = 0,054мм,

— при фрезеровании е = 0,5 1,04 = 0,52 мм,

— при фрезерования нож.валом е = 0,5 1,62 = 0,81 мм.

Ширина стружки при пилении из формулы (3.6)

В = 1,8 + 2 0,5 = 2,8 мм

Теперь находим касательную силу резания, приходящуюся на один зуб для каждого вида инструмента по формуле (3.5).

При пилении Р_z = 15 2,8  0,054 = 2,268 Н (К = 1 5 Н/мм²).

При фрезеровании Р_z = 10  20 0,52 = 104 Н (при В_ф = 10 мм, К = 20 Н/мм²).

При фрезеровании ножевым валом Р_z = 5  35  0,81 = 141,7 Н (при В_с = 140 мм, К = 5 Н/мм²).

Шаг зуба пилы по формуле (3.4)

Число зубьев пилы, находящихся в пропиле по формуле (3.3)

Подставляя полученные значения в формулу (3.2), найдем силу резания для каждого вида обработки.

для пиления Р_рез = 2,268  5,71 = 12,9 Н.

для фрезерования Р_рез = 104  1 = 104 Н.

для фрезерования ножевым валом Р_рез = 141,7  1 = 141,7Н.

Теперь найдем мощности резания для пиления, фрезерования, строгания по формуле (3.1).

для пиления N_рез = 12,9  49,72= 641,38 Вт.

для фрезерования  N_рез = 104  40,19 = 4179,7 Вт.

для строгания N_рез = 141,7  30,03 = 4255,2Вт.

Максимальная мощность резания получилась при строгании

N_{рез max =} 4255,2 Вт.

Мощность электрического двигателя находится по формуле:

N_э.дв = N_{рез max} / = 4255,2/0,96 = 4432,5Вт.

где   - КПД ременной передачи 0,96—0,97.

По справочнику находим ближайший электрический двигатель, принимая большее значение мощности, и выбираем трехфазный асинхронный, короткозамкнутый двигатель серии АИР100L4 мощностью 5,5 кВт.

4. Проверка качества обработки и корректировка режимов резания.

Поверхность, обрабатываемая резанием, всегда отличается от номинальной поверхности, заданной чертежом изделия, вследствие неровностей. Отклонения от заданной формы поверхности характеризуют точность механической обработки. Отклонения от идеальной гладкой поверхности характеризуют ее шероховатость. Точность и шероховатость поверхности, важнейшие показатели качества механической обработки.

Рис 1.4. Схема образования неровностей на поверхности древесины при строгании вследствие  особенностей траектории движения ножей.

Шероховатость поверхности представляет собой чередующиеся выступы и впадины.

Одним из параметров при оценке шероховатости обработанной поверхности древесины является максимальная высота микронеровностей R_max. Она определяется величиной отклонения микронеровностей У от номинальной поверхности и находится по эмпирически выведенной формуле:

где D - диаметр строгального барабана.

Условие выполняется : (У = 4,68мкм)  (R_max = 250 мкм) где R_max – предельная шероховатость при строгании.

5. Графическое построение профиля фрезы по профилю изделия.

6. Расчет валов механизма резания.

6.1 .Ориентировочный расчет вала на кручение.

Расчетная схема составляется с учетом действия крутящего момента Мк, передаваемого шкивом привода вала, который должен быть эквивалентен крутящему моменту, приложенному к валу от действующей силы резания при фрезеровании ножевым валом.

Минимальный диаметр вала d_min определяем по формуле, мм:

где [] — предел прочности материала вала по касательным напряжениям. Для стали 45 [] = 28 МПа;

D -диаметр инструмента, мм.

В данном случае крутящий момент М_к определился как:

Рис 6.1. Расчетная схема для ориентировочного расчета вала на кручение

6.2. Расчет вала на изгиб с кручением.

Данная методика расчета вала на изгиб с кручением позволяет более точно учесть действие нормальных и касательных напряжений и, соответственно, получить более уточненные размеры вала в опасном сечении.

Минимально допустимый диаметр вала в опасном сечении определяется по действию момента, эквивалентному действиям изгибающего и крутящего моментов, М_экв:

где [] = 60 МПа, - величина допускаемых напряжений материала вала (сталь 45) при знакопеременном нагружении.

При составлении расчетной схемы нам надо учесть действие изгибающего момента, чтобы определить эквивалентный момент по формуле, Н*мм:

Рис 6.2. Расчетная схема для определения изгибающего момента вала

7. Выбор оснастки универсального деревообрабатывающего станка

7.1. Подбор зажимных фланцев для пилы.

Установка круглой пилы центрально на шпиндель может быть осуществлена при помощи закрепляющих фланцев.

При установке дисковых пил в станок должны быть соблюдены следующие условия:

- опорные плоскости зажимных фланцев должны быть строго перпендикулярны оси вращения шпинделя:

- пила должна устанавливаться в центре вала, т. е. центр пилы должен совпадать с осью шпинделя станка;

- закрепление пилы фланцами должно быть достаточно прочное и надежное;

- направляющие и прокладки должны быть точно пригнаны и отрегулированы;

- расклинивающий кож должен быть установлен точно по линии плоскости пилы.

Совершенно недопустимы косое положение фланцев и малейшие выступы на их крепящих поверхностях. И то и другое должно своевременно устраняться, а противном случае распиловка досок будет неправильной: их поверхность будет грубой (рубцеватой). На работу пил большое влияние оказывает размер закрепляющих фланцев. С увеличением диаметра фланцев существенно повышается жесткость и, следователю. устойчивость круглых пил при резании. Диаметр фланцев зависит от конструкции станка, диаметра пилы и высоты распиливаемого материала. Увеличивать диаметр фланцев целесообразно до:

где  - диаметр пилы.

Рис. 7.1. Схема закрепления круглой пилы в станке:

1 -  вал; 2 - гайка ; 3 - зажимные фланцы; 4 - пила

Внутренние части обоих фланцев имеют выточку в середине для более плотного и надежного закрепления пилы. Зажим пилы фланцам должен быть достаточно сильным, чтобы она не могла проворачиваться во время работы. Поэтому зажимная гайка должна иметь достаточные размеры и соответствующую резьбу, обратную вращению пилы.

7.2. Дистанционные кольца и оправка для зажима фрезы.

Фрезы закрепляют различными способами: в зависимости от конструкции станка, конструкции фрезы и пр. Для установки фрезы должны соблюдаться те же условия, что и для пилы. Кроме того, при установке фрез различной толщины в универсальный  деревообрабатывающий станок

Рис 7.2. Схема установки фрезы на станке:

1 – вал; 2 – гайка; 3 – дистанционные кольца; 4 - фреза 

8. Схема заточки дереворежущего инструмента (на примере фрезы).

При заточке зубьев фрез должны быть восстановлены режущие свойства инструмента (первоначальная микрогеометрия без изменения его профиля). Необходимая производительность заточки, требуемое качество режущей кромки и затачиваемых поверхностей зависят от выбора типа абразивного круга, установки круга на шпинделе заточного станка, установки затачиваемой фрезы относительно абразивного круга, выбора режимов заточки.

Установка фрезы определяется в основном формой задней поверхности зуба. Фрезы с криволинейной задней поверхностью затачивают всегда по плоской передней грани. Фрезы с криволинейной задней поверхностью затачивают всегда по плоскости передней грани. Фрезы с прямолинейной задней поверхностью можно затачивать как по передней, так и  по задней грани. Обычно профильные насадные фрезы с прямолинейной задней поверхностью  затачивают по передней (рис. 8.1), пазовые и сборные фрезы по задней грани зубьев (рис 8.2). Для сохранения заданных углов зубьев требуется тщательно устанавливать затачиваемую фрезу относительно шлифовального круга.

Рис 8.1. Схема заточки зубьев по передней поверхности

При заточке зуба насадной фрезы по передней грани фрез устанавливают на оправке в центре заточного станка так (рис. 8.1.), чтобы ее ось была параллельна рабочей поверхности круга и смещена на расстояние а (мм), рассчитываемое по формуле:

где D - диаметр фрезы,  - передний угол.

Для заточки зубьев по задней поверхности (рис. 8.2) фрезу устанавливают на оправке в делительной головке так, чтобы ее ось была параллельна рабочей поверхности круга. Вершину затачиваемого зуба смещают относительно оси фрезы на расстояние b (мм), определяемое по формуле:

   где D - диаметр фрезы, мм; - задний угол.

Рис 8.2. Схема заточки зубьев по задней поверхности

Правильный выбор режимов заточки и доводки обеспечивает необходимую остроту режущих кромок, шероховатость граней и неизменность структуры инструментального материала. Рекомендуется после заточки дать несколько продольных проходов без поперечной подачи (выхаживание) до пропадания искр от абразивного круга. После заточки режущие кромки следует заправить оселком с целью удаления заусенцев.

При изготовлении фрез для их дальнейшей эксплуатации большое значение имеет число возможных переточек инструмента. Обычно делается запас на число переточек фрезы m 1,5-1,6 мм.

За одну переточку слой лезвия толщиной  = 0,1-0,2 мм. Тогда число возможных заточек будет равно:

Подставив значения в формулу, получим число возможных заточек

N 8-16.

 9. Расчет мощности привода механизма подачи.

При проектировании механизма подачи необходимо, чтобы тяговая сила для подачи материала превышала суммарные силы сопротивления подаче.

Тяговой Силой называют силу, которую необходимо приложить к механизму подачи, чтобы преодолеть силы сопротивления подаче. Для этого необходимо, чтобы

где  - тяговая сила, Н:

 - силы, оказывающие сопротивление подаче материала;

 - коэффициент запаса,  = 1,5…1,8.

Сумма сил, оказывающих сопротивление подаче материала:

где  - нормальная составляющая силы резания, Н;

 - силы трения материала по поверхности стола, Н:

где  - сила прижима подающих вальцов, В:

 - радиус прижимных вальцов, мм;

 - коэффициент трения качения прижимных вальцов по древесине.

Тяговая сила определяется:

где G - вес заготовки, Н;

 - коэффициент трения заготовки о стол.

Необходимая мощность подачи определится как

где  - максимальная скорость подачи материала, м/мии:

 - КПД механизма подачи.

10.Расчет потребности в дереворежущем инструменте.

В процессе эксплуатации инструмент изнашивается. Износом инструмента называют уменьшение его массы или размеров. При резании износ инструмента пропорционален продолжительности работы или пути режущего элемента в обрабатываемом материале.

При этом изнашивается весь активный контур режущего элемента, причем наиболее интенсивно изнашивание в той части контура, где действуют максимальные касательные нагрузки. Вследствие износа изменяется микрогеометрия режущего элемента. Под микрогеометрией режущего элемента понимают форму, размеры и шероховатость поверхности рабочей части режущего элемента.

Важная задача правильной эксплуатации режущего инструмента определение периода стойкости. В большинстве случаев на производстве используют технологический критерий периода стойкости. Это значит, что инструмент работает до тех пор, пока один из технологических параметров не достигает своего критического значения. Такими технологическими параметрами могут быть шероховатость обработанной поверхности, точность обработки, прочность и устойчивость самого инструмента.

При сложившихся технологических процессах инструмент снимают для переточки по истечении нормативного периода стойкости. При заточке восстанавливаются режущие свойства инструмента (первоначальная микрогеометрия без изменения его профиля).

Таким образом, зная период стойкости инструмента и количество допустимых заточек, можно рассчитать объем работ, выполняемый с помощью данного инструмента, что имеет важное экономическое значение.

Рассчитаем потребность в дереворежущем инструменте и норму его расхода на 1000 м³ выпускаемой продукции на примере пазовой фрезы.

Пусть необходимо обработать доску с заданным профилем (рис. 10.1.) и длиной 2 м. Технологический период стойкости фрезы при такой работе равен Т = 2000 погонных метров.

Рис 10.1. Профиль доски

Объем одной доски составляет :

V_д =h м³.  

В тысяче метров кубических умещается досок:

N_д =1000/0,085=11764 шт

Переведем доски в метры-погонные:

= N_д  /

Посчитаем общее количество заточек для фрез:

N_п.ст..=  29410/2000  =  14705 заточек

Зная количество заточек для одной фрезы ( N=8 заточек), можем найти количество фрез, необходимых для выполнения данного объема работ    

N_ф = N_п.ст./ N 

N_ф  = 14705/10  = 1470,5 фрезы.

11. Выводы и рекомендации.

• для продольной распиловки древесины с максимальной глубиной пропила 85 мм рекомендуется использовать пилу 3420-0160:

  • для фрезерования с максимальной глубиной фрезерного паза 35 мм и шириной фрезерного паза 10 мм рекомендуется использовать насадную фрезу 3202-0519:

• Для фрезеровании ножевым валом при максимальной ширине 400 мм и глубине 1,5 мм рекомендуется использовать

шириной           В_инстр = 410 мм

диаметром        D = 140 мм

ширина ножа    b = 35 мм

толщина ножа   s = 3 мм

• При скорости фрезерования ножевым валом  V_рез =  30 м/с необходимо использовать привод мощностью N_э.дв = 4432,5Вт, при этом шероховатость обработанной поверхности Y = 4,6810^-3 мм, что меньше заданной предельной шероховатости.

• Для фрезы рекомендуемое число возможных заточек не должно превышать 14705 заточек.

• Рекомендуемое количество фрез, необходимых для выполнения объема работ V₀ = 1000 м³, N_ф = 1470,5 фрез.

12.Список используемой литературы

1. Амалинский В.В. Станки и инструменты деревообрабатывающих предприятий. /Амалинский В.В., Любченко В.И. – М.:Лесная промышленность, 1977, – 358с.
2. Анурьев В. И. Справочник конструктора – машиностроителя,В 3 т.М.: Просвещение, 1982
3. Бершадский А.Л. Расчет режимов резания древесины – М.:Лесная промышленность, 1967, – 476с.
4. Грубе А.Э. Дереворежущие инструменты.– М.:Лесная промышленность, 1971, – 396с.
5. Зотов Г.А. Подготовка к эксплуатации дереворежущего инструмента/Зотов Г.А., Швырев Ф.А. – М.:Лесная промышленность, 1967, – 412с.
6. Лунина Н.С. Станки и инструменты лесопильного и деревообрабатывающего производства. –  М.: Экология , 1991, – 218с.
7. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов, – М.:Лесная промышленность, 1984, – 336с.
8. Маковский Н.В. и др. Теория и конструкция деревообрабатывающих машин.– М.:Лесная промышленность, 1984, – 366с.
9.  Фонкин В. Ф. Справочник мастера – инструментальщика деревообрабатывающего предприятия.– М.:Лесная промышленность, 1984, – 122с.
10. А.А. Кондратюк , В.К. Шилько /Оборудование отрасли./Методическое указание, 2005 – 38с

Министерство по образованию и науке РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Томский государственный архитектурно -

строительный университет

Кафедра машин, оборудования

и технологии деревообработки

РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДЕРЕВОРЕЖУЩИЕ

ИНСТРУМЕНТЫ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Дереворежущие станки и инструменты»