Анализ фрезерного станка ФСА-1

Требования  безопасности, которые  необходимо  соблюдать  при  первоначальном  пуске  станка, изложены  в  разделах  7  и  9.

До  начала  работы  станочник  обязан  проверить:

-       наличие  и  исправность  заземления;

-    наличие  и исправность   оградительных  и  предохранительных   устройств;

-     исправность  узлов  и   механизмов, обеспечивающих  нормальную  работу  станка;

-     исправность  режущего  инструмента; 

-   состояние  рабочего  места   у  станка, которое  не  должно  быть  скользким  и  захламленным, должны  отсутствовать  отходы  и 

посторонние  предметы  на  механизмах   станка  и  самом  рабочем  месте;

-   отсутствие  в  зоне  вращения  режущего  инструмента  посторонних   предметов.

После проверки  состояния станка необходимо  опробовать  все механизмы станка  на  холостом  ходу.

  Требования  безопасности  при   ремонтных  работах.

Монтажные  и  ремонтные  работы  должны  проводиться  персоналом,

 

 

ознакомленным  с  правилами  эксплуатации  станка.

При  проведении  ремонтных  работ  необходимо  отключить  станок  от  питающей  сети  и  вывесить  табличку  «Не  включать!  Работают  люди!».

2.12. Выводы  по разделу.

 

В данном разделе была рассмотрена технологическая  часть курсового проекта, установлена последовательность технологических операций получаемого изделия, был выбран станок ФСА-1 на котором будет производиться изделие, были показаны его технические характеристики, функциональная и кинетическая схемы, его наладка и настройка, рассмотрены факторы влияющие на обработку изделия, а также был выбран режущий инструмент. В данном разделе представлены требования техники безопасности работы на станке.

 

 

3.РАСЧЕТНАЯ  ЧАСТЬ.

3.1. Кинематический  расчет механизмов резания (V, V_s).

 

Определяем  передаточное число плоскоременной передачи, учитывая явление упругого проскальзывания:

 

U_p.n=          (3.1)

где d₂ - диаметр ведущего шкива привода механизма резания станка d₂ =252 мм, d₃ - диаметр ведомого шкива, d₃ =80 мм, x - коэффициент скольжения , x=0,02

 

U_p.n=        

 

 

 

 

Определяем  частоту вращения шпинделя станка при  включении первой частоты вращения электродвигателя привода:

n_ш1=n_дв1 U_p.n  ,         (3.2)

 

где n_дв1- первая частота вращения вала электродвигателя привода механизма резания станка по техническому паспорту,   n_дв1 = 1500 мин^-1,

n_ш1=1500 3 = 4500 мин^-1.

 

Определяем  частоту вращения шпинделя станка при  включении второй частоты вращения электродвигателя привода:

n_ш2= n_дв2 U_p.n  ,         (3.3)

где n_{дв2 -} вторая частота вращения вала электродвигателя, n_дв2 =3000 мин^-1,

n_ш2 =3000 3 = 9000 мин^-1.

 

Скорость  резания, соответствующая частоте  вращения шпинделя n_ш1   , для фрезы наибольшего допустимого диаметра D_ф.max=150 мм:

V_p1=           (3.4)

V_p1= м/с

 

Скорость  резания, соответствующая частоте  вращения шпинделя n_ш2:

V_p2=          (3.5)

 

 

 

 

V_p2= м/с

 

Исследуем кинематику автоподатчика.

Наименьшее  передаточное число конического  фрикционного вариатора с учётом явления геометрического скольжения:

U_{в мин}= ,         (3.6)

 

где D _ф.к - диаметр фрикционного кольца вариатора, D _ф.к = 45мм, z - коэффициент проскальзывания , z ⁼0,98, D _{ф.д max} - наибольший диаметр фрикционного диска, D _{ф.д max=160}

U_{в мин}= ,

Наибольшее  передаточное число фрикционного вариатора  с учётом явления геометрического  скольжения:

 

U_{в мах}= ,          (3.7)

где D _{ф.д мин}- наименьший диаметр фрикционного диска, D _{ф.д мин} =45 мм

U_{в мах}= .

 

Согласно  кинематической схеме передаточное число зубчатой передачи привода  вальцов автоподатчика U_зп есть произведение передаточных чисел: червячной пары червяк 4 - червячное колесо 5 (U_ч.п), пар зубчатых колёс 6 и 7 (U_зп1), 8 и 9 (U_зп2):

U_зп= U_ч.п U_зп1 U_зп2  .        (3.8)

 

Выражая множители уравнения (3.8) через отношения соответствующих чисел зубьев, получим выражение:

 

U_зп= ,          (3.9)

 

где  z₄, z₅, z₆, z₇, z₈, z₉ - числа зубьев соответственно 4, 5, 6, 7, 8, 9 зубчатого колеса, z₄ =2, z₅ =32,  z₆ =30, z₇ =35, z₈ = 24, z₉ =27,

U_зп= .

 

 

 

Определяем  наименьшее передаточное число механизма  привода подающих вальцов:

U_мин = U_{в мин} U_зп         (3.10)

U_мин = 0.287 0.0476 = 0.0137

 

Определяем  наибольшее передаточное число механизма привода:

U_мах = U_{в мах} U_зп          (3.11)

U_мах = 1.02 0.0476 = 0.048

 

Наименьшая  частота вращения подающих вальцов  автоподатчика:

n_мин=n_дв2 U_мин  ,         (3.12)

где   n_дв2 - частота вращения вала электродвигателя автоподатчика,     n_дв2 = 1500 мин^-1,

n_мин=1500 0.0137 = 20.6 мин^-1

 

  Наибольшая частота вращения  подающих вальцов автоподатчика:

n_мах=n_дв2 U_мах ,          (3.13)

n_мах=1500 0.048= 72 мин^-1 .

 

Наименьшая  скорость подачи вальцового автоподатчика:

V_sмин= ,         (3.14)

где d_в - диаметр подающего вальца, d_в =125 мм,

V_sмин= м/мин.

 

Наибольшая  скорость подачи вальцового автоподатчика

V_sмах= ,         (3.15)

V_sмах= м/мин.

 

Как видно, диапазон скоростей подач, обеспечиваемый автоподатчиком 8...25м/мин     соответствует интервалу, заявленному  в технической характеристике. Некоторая  неточность обусловлена погрешностью расчёта при округлении множителей.

3.2. Расчет  полезной мощности механизма  резания и подачи, исходя из  технической характеристики привода  станка

 

Полезная  мощность механизма резания:

,          (3.16)

 

где мощность электродвигателя привода  шпинделя 4.7 / 5.5кВт,  - КПД привода механизма резания.

 кВт

Построим  ручьевую диаграмму, характеризующую  величину потерь мощности в приводе главного движения (резания) данного станка:

Рис.3.1. Ручьевая диаграмма механизма резания.

 

Мощность  на резание:

P _рез =5.5 0.94 = 5.2 кВт;

P _I = P _рез=5.2 кВт;

P _I = кВт;

P ₂= P_II - P _I = 5.5 – 5.2= 0.3 кВт.

 

Полезная  мощность механизма подачи:

,          (3.17)

где мощность электродвигателя привода  механизма подачи 0,55 кВт; h_общ  - КПД привода механизма подачи.

 

=0,55-0,39 = 0,21 кВт

h_вар h_пп h_чп h_пп h_зп h_пп h_зп h_пп h_зп h_пп = h_вар h_чп h³_зп h⁵_пп  ;          (3.18)

h_общ   = 0.94 0.96 0.97³ 0.99⁵ = 0.7382

P _под= 0.55 0.7832 = 0.43 кВт;

 

Построим  ручьевую диаграмму, характеризующую величину потерь мощности в приводе подачи данного станка см.рис.3.2: нумерация КПД по передачам производится от подающего приводного вальца.

 

 

Рис.3.2. Ручьевая диаграмма механизма подачи.

 

 

Расчет:

 

P _I= P _пп=0.43 кВт;

P _II= кВт; P₂ =P_II - P_I =0.03 кВт;

P _III= кВт;  P₃ =P_III - P_II =0.03 кВт

P _IV= кВт; P₄ =P_IV - P_III =0.02 кВт;

P _V= кВт; P₅ =P_V - P_IV =0.02 кВт;

P _VI= кВт; P₆ =P_VI - P_V =0.02 кВт;

 

3.3. Расчет  и анализ предельных режимов  обработки: использование полной  полезной мощности; получения установленного качества обработанной поверхности; производительности инструмента; устойчивости работы инструмента.

 

Определим среднюю высоту снимаемого припуска. Для криволинейных профилей она  определяется как отношение площади  поперечного сечения срезаемого слоя к  ширине профиля.

Площадь поперечного сечения профиля:

S= 706.5 мм²,        (3.19) 

Средняя высота припуска  h= мм

Определим предельную скорость подачи заготовки  из условия допустимой подачи на один резец. Расчет производим по методике А.Л. Бершадского на основании следующих данных: частота вращения шпинделя - n = 4500 мин^-1, диаметр D=140 мм, скорость резания V= м/с, ширина фрезерования – b=30 мм, глубина фрезерования - h = 23.5 мм , количество зубьев z=4, шаг между резцами t= мм, начальный радиус затупления r₀=5 мкм , порода древесины - ель, влажность W= 30%, полезная мощность механизма резания кВт.

 

Подачу  на резец (на один нож) определяем по формуле:

U_z= , мм;         (3.20)

 

Определяем  величины, которые входят в формулу.

Средняя окружная сила резания:

F_к= ;         (3.21)

F_к= Н.

 Сила резания, приходящаяся на один резец:

F_зуб= ;          (3.22)

;

- длина дуги контакта; = ;   (3.23)

F_зуб= H;

 

Фиктивная удельная сила резания по задней поверхности  ножа для сосны (взял параметры сосны  на основе данных Бершадского, т.к. про ель информации не нашел):

 

p  = 1.6 + 0,036 y .  Н/мм;       (3.24)

 

где y - угол перерезания волокон; y = 24.2°;

p  = 1.6 + 0,036 24.2=2,5 Н/мм;

Фиктивное среднее удельное давление резания  для сосны:

k = (0.2+0.004 y)d+(0.07+0.0015 y) V-(5.5+0.17 y), Н/мм²,   (3.25)

k= (0.2+0.004 24.2) 70+(0.07+0.0015 24.2) (90-33)-(5.5+0.17 24.2)=

=17.5, Н/мм_²

Согласно  ГОСТ 7016 выбираем наибольший допустимый параметр шероховатости, т.к. в задании  шероховатость не указана, взял  на свое усмотрение, для класса шероховатости  поверхности д9 (R_{z макс}=16-30 мкм=0.016 – 0,03 мм. По приложению 7 и 2 [1]),  и выбрал предельный радиус затупления резца при обработке фрезерованием древесины хвойных пород, r = 10 мкм.

 

Начальный радиус затупления: r₀=5 мкм;

Определяем  приращение радиуса затупления по формуле:

Dr=r - r₀;          (3.26)

 

Dr=10 – 5= 5 мкм;

 

Найдем  коэффициент затупления ножа:

 a_r=1+ ,          (3.27)

 a_r=1+ ;

Определим подачу на резец:

U_z= , мм;        (3.28)

 

U_z= , мм

 

По  приложению 6 [1] для класса шероховатости  поверхности д9 (R_{z max} =16-30 мкм) и диаметра фрезы 140 мм подача на резец определяется по формуле:

U_z= = мм,        (3.29)

 

Скорость  подачи, соответствующая классу шероховатости д9:

 

U= м/мин.

 

Режим обработки является скорость подачи равная 18.9 м/мин. Данная скорость подачи удовлетворяет технической характеристике станка и необходимому качеству выполнения операции.

3.4. Расчет фактических сил резания (составление расчетной схемы).

Определим подачу на резец, а также среднюю  касательную силу резания при  обработке со скоростью подачи U=18.9 м/мин.

 

Определим подачу на резец:

U_z= ,

U_z= мм.

Определим среднюю касательную силу резания  из формулы (3.20):

F_зуб=(a_rpb+ U_z sinQ k b);

F_k= ;

F_зуб=(1.2 2.5 30+1.05 0.41 17.5 30) =316 H,