4. Составление уравнения тягового баланса по расчетной схеме

На функциональной схеме, совмещенной с планом сил, показывают относительное движение обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, их взаимодействие с базирующими, подающими и некоторыми другими элементами станка, например стружкоприемниками, противовыбрасывателями, и т.д. обеспечивающими нормальное и безопасное протекание процессов обработки.

На схеме указывают направление скорости резания, скорости подачи, приводные элементы отмечают стрелками, а прижимные – пружинами. На ней не показывается за счет каких механизмов осуществляется движение.

Схема может изображаться как в аксонометрии, так и в ортогональных проекциях с возможно меньшим их числом. Для универсальных станков функциональных схем может быть несколько, в зависимости от количества исполняемых операций.

Расчет механизма подачи начинается с составления расчетной схемы, которая представляет собой функциональную схему, совмещенную с планом сил.

В подающем механизме деревообрабатывающего станка усилие подачи развивается за счет сил сцепления между подающими органами (вальцами или гусеницами) и заготовкой. Для обеспечения надежной подачи должно выполнятся условие:

, (20)

где: Т – тяговое усилие подачи, Н;

 – коэффициент запаса, принимается равным 1,1 – 1,3;

Р_С – суммарное сопротивление подаче, Н.

Суммарное сопротивление подаче в общем случае запишется в виде:

, (21)

где: F – суммарная сила трения, противодействующая подаче, Н.

Тяговое усилие, развиваемое подающим элементом:

, (22)

где: f – коэффициент сцепления подающего элемента с заготовкой

/таблицы А.6, А.7/,

P – давление подающего элемента, Н.

Приравнивая левые части выражений (20) и (22) и выразив суммарное сопротивление подаче, получают:

. (23)

Теперь, подставляя выражение (23) в уравнение, определяющее усилие сопротивления подаче (21), получают давление прижима приводного вальца, которое обеспечивает надежную подачу заготовки:

. (24)

Далее приведены примеры расчетов суммарной силы сопротивления подаче, тягового усилия и усилия прижима подающих вальцов по расчетным схемам наиболее распространенных типов станков.

5.1 Круглопильные станки с вальцовой подачей.

Функциональная схема круглопильного станка с вальцовой подачей, совмещенная с планом сил, приведена на рисунке 4. Суммарная сила трения F, в данном случае будет равна силе трения доски о поверхность стола F_C :

, (25)

где: G – вес доски, Н;

 – коэффициент трения скольжения доски о поверхность стола /таблица А.2/;

S₂ – вертикальная составляющая силы резания, Н.

Суммарная сила сопротивления подаче:

, (26)

где: S₁ – горизонтальная составляющая силы резания, Н.

Тяговое усилие обеспечивается четырьмя подающими вальцами, однако необходимо учесть, что в начале и в конце распиловки работают только два вальца, либо передние – верхний и нижний, либо задние – верхний и нижний. С учетом этого тяговое усилие составит:

, (27)

где: f – коэффициент сцепления /таблицы А.6, А.7/;

P – давление подающего элемента, Н.

По формуле (27) принято, что подающие вальцы имеют одинаковые коэффициенты сцепления и развивают одинаковое усилие прижима.

1 – заготовка; 2 – пила; 3,4 – соответственно верхний и нижний подающие вальцы, 5 - стол.

Рисунок 4 – Функциональная схема круглопильного станка, совмещенная с планом сил

Приравнивая суммарную силу сопротивления и тяговое усилие, получают значение усилия прижима приводного вальца необходимое для надежной подачи заготовки:

. (28)

5.2 Фуговальные станки

Схема сил в подающем механизме фуговального станка приведена на рисунке 5.

В качестве механизма подачи использован универсальный роликовый автоподатчик. Здесь имеются следующие силы сопротивления подаче: горизонтальная составляющая силы резания S₁ и сила трения скольжения заготовки о поверхность стола F_С.

Сила трения заготовки о поверхность стола:

, (29)

где: S₂ – вертикальная составляющая силы резания, Н;

P_!, P₂, P₃, – силы прижима подающих роликов, Н ;

G – вес заготовки, Н;

 – коэффициент трения скольжения заготовки по поверхности

стола /таблица А.2/.

1 – заготовка; 2 – ножевой вал; 3 – подающий ролик; 4 – передний стол, 5 – задний стол.

Рисунок 5 – Функциональная схема фуговального станка, совмещенная с планом сил.

Суммарное сопротивление подаче составит:

. (30)

Здесь принято, что все подающие ролики имеют одинаковое усилие прижима.

Тяговое усилие обеспечивается тремя подающими роликами, принимая одинаковым коэффициент сцепления у всех подающих роликов:

, (31)

где f – коэффициент сцепления /таблицы А.6, А.7/.

Приравнивая суммарную силу сопротивления и тяговое усилие, получают значение усилия прижима приводных роликов, необходимое для надежной подачи заготовки:

. (32)

5.3 Рейсмусовые станки.

Схема сил в подающем механизме рейсмусового станка приведена на рисунке 6.

Заготовка во время обработки подается верхними передним и задним приводными вальцами.

Здесь действуют следующие силы сопротивления подаче: горизонтальная составляющая силы резания S₁, суммарная сила трения от воздействия заготовки с элементами качения F_K:

, (33)

где: P₁, P₂, – силы давления вальцов на заготовку, H;

k₃, k₄, – коэффициенты трения качения вальцов по древесине

/таблица А.3/;

r₃, r₄, – радиусы вальцов, см.

Суммарная сила трения от воздействия заготовки с элементами скольжения F:

, (34)

где: F₁, F₂ – силы трения от воздействия прижимов с элементами скольжения, Н;

F_C – сила трения заготовки о поверхность стола, Н;

q₁, q₂ – силы давления прижимов на заготовку, H;

S₂ – вертикальная составляющая силы резания, Н;

G – вес заготовки, Н;

 – коэффициент трения скольжения заготовки по поверхности

стола /таблица А.2/.

Суммарная сила сопротивления подаче составит:

. (35)

1 – заготовка; 2 – ножевой вал; 3 – верхний рифленый передний подающий валец; 4 – верхний гладкий задний подающий валец; 5,6 – нижние неприводные вальцы; 7, 8 – передний и задний прижимы; 9 – когтевая защита; 10 – стол.

Рисунок 6 – Функциональная схема рейсмусового станка, совмещенная с планом сил.

В целях упрощения расчета, принято: P₁=P₂=P, k₃=k₄=k, r₃=r₄=r, q₁=q₂=q,

Тяговое усилие развивается верхними передним и задним подающими вальцами:

, (36)

где: f₁, f₂ – коэффициенты сцепления /таблицы А.6, А.7/.

Приравнивая тяговое усилие к суммарной силе сопротивления, с учетом коэффициента запаса  определяют потребное давления приводных вальцов:

, (37)

В выражении (37) неизвестными являются силы давления прижимов q, которые настраиваются за счет регулировки пружин. В легких станках, с небольшой шириной обработки, например СР3 – 6 сила давления прижима составляет q=250-300H. У тяжелых станков, например СР6 – 8, q=450-500H.

5.4 Ленточнопильные станки.

Схема сил в подающем механизме ленточнопильного станка приведена на рисунке 7.

Сила сопротивления подаче будет складываться из следующих составляющих: горизонтальная составляющая силы резания S₁, Н, сила трения скольжения материала по столу F_C, H:

, (38)

где:  – коэффициент трения скольжения /таблица А.2/.

Суммарная сила сопротивления подаче Р_С, Н:

. (39)

1 – заготовка; 2 – пила; 3 – подающий валец; 4 – стол.

Рисунок 7 – Функциональная схема ленточнопильного станка, совмещенная с планом сил.

Тяговое усилие всех подающих вальцов:

, (40)

где6 f – коэффициент сцепления подающего элемента с заготовкой

/таблицы А.6, А.7/;

P – давление подающего вальца, Н.

Приравнивая суммарную силу сопротивления и тяговое усилие, получают значение усилия прижима приводных роликов, необходимое для надежной подачи заготовки:

, (41)

6 Определение мощности двигателя механизма подачи

Мощность на подачу N_п, кВт, определяется по следующему выражению:

, (42)

Мощность двигателя механизма подачи, N_п.п, кВт:

, (43)

где: u – скорость подачи, м/мин;

_общ – общий КПД механизма подачи.

7 Порядок проведения практических занятий

Работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым преподавателем.

Индивидуальное задание включает в себя:

1. Тип станка, модель, техническую характеристику;

2. Выполняемая технологическая операция с параметрами заготовки и получаемой детали.

План работы:

1. Изучить конструкцию станка.

2. Вычертить кинематическую схему станка, проставить необходимые характеристики звеньев кинематической цепи.

3. Произвести кинематические расчеты механизмов резания и подачи.

4. Произвести анализ кинематических схем механизма резания и подачи: рассчитать потери мощности в кинематических парах, выполнить эскиз ручьевой диаграммы. Определить КПД механизмов резания и подачи.

5. По заданным в индивидуальном задании параметрам обработки рассчитать мощность на резание, касательную и нормальную составляющую силы резания.

6. Рассчитать горизонтальную и вертикальную составляющие силы резания.

7. Вычертить функциональную схему станка с указанием всех сил, возникающих в процессе обработки заготовки режущим инструментом, подающими и базирующими элементами.

8. Произвести анализ функциональной схемы станка. Определить усилие сопротивления подаче, потребное давление прижимных элементов, мощность привода механизма подачи с учетом КПД.

9. Сравнить полученное значение с паспортными данными. Сделать вывод о степени загруженности механизма подачи.

8 Контрольные вопросы

1. Какие схемы и для какой цели составляются на станок?

2. Для чего служит ручьевая диаграмма?

3. Какие параметры указывают на кинематической и функциональной схемах?

4. На какие составляющие раскладывается сила резания?

5. С какой целью составляется уравнение тягового баланса?

6. Какие характеристики используют в «объемной формуле» при определении мощности резания.