WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Анализ современных теоретических разработок в области механической обработки деталей низа обуви показал, что операции резания материалов описываются

общепринятой теорией клина. Поэтому очевидна необходимость создания новой теории, описывающей процесс фрезерования фрезой, совершающей вращательное движения с добавлением осциллирующего движения вдоль оси вращения. Такая теория совмещала бы в себе элементы теории резания подвижным и неподвижным ножом.

Современная теория резания позволяет определить мощность и усилия резания, но разница между теоретически прогнозируемыми усилиями и реальными велика. Вероятно, недостаток этих расчетов заключается в том, что в них не учитывается действительный радиус закругления режущей кромки ножа (затупление ножа). Поэтому данная научно-исследовательская работа направлена также и на ликвидацию этого пробела в теории резания.

Вторая глава посвящена разработке теории процесса фрезерования осциллирующей фрезой и аналитическим исследованиям взаимодействия зуба фрезы с обрабатываемым материалом.

Для решения поставленных задач (снижение усилий при фрезеровании низа обуви, что в свою очередь должно привести к уменьшению энергетических затрат и повышению производительности труда; повышение качества обработки низа обуви) нами предложено в базовой машине для фрезерования деталей низа обуви сообщить фрезе не только вращательное движение, но и осевые осциллирующие перемещения вдоль оси вращения фрезы. Поскольку любое лезвие режущего инструмента при заточке имеет радиус при вершине, то по аналогии с углом заточки будем называть его здесь и далее радиусом заточки, а тот радиус, который получается при движении режущего инструмента относительно обрабатываемого материала, здесь и далее будем называть действительным радиусом контактирования.

Если представить, что режущим инструментом является неподвижный цилиндр, то материал относительно цилиндра при фрезеровании (традиционным способом) будет перемещаться вокруг него по окружности. Если такой цилиндр дополнительно перемещать в осевом направлении, то материал относительно него будет перемещаться по эллипсу. При этом меньший радиус эллипса будет меньше радиуса цилиндра. Таким образом, перемещая фрезу в осевом направлении, мы как бы уменьшим радиус при вершине зуба, при этом должны уменьшатся усилия резания, снижаться энергетические затраты.

Выше показано, что зуб фрезы при своем перемещении движется по трохойде, образуя выступы на обрабатываемом материале. Если фрезу заставить перемещаться в осевом направлении, то трохоида получится вытянутой, и при этом должна уменьшиться шероховатость обработанной поверхности. Поскольку производительность напрямую зависит от времени обработки, то на первом этапе рассматривали, какие геометрические и кинематические факторы влияют на это время.

Известно, что радиус при вершине зуба фрезы оказывает влияние на усилие фрезерования, а, следовательно, и на мощность, затрачиваемую при этом. Так как в предлагаемой нами установке фреза получает не только вращательные движения, но и осевые осциллирующие движения, поэтому важно знать, как он изменяется в зависимости от геометрических и кинематических параметров. Чтобы выполнить теоретические исследования, необходимо иметь математическую модель изменения действительного радиуса при вершине зуба от различных факторов.

В виду того, что время контакта зуба фрезы с обрабатываемой поверхностью определяет собой результаты процесса обработки, его производительность и многое другое, то, очевидно, необходимо выполнить исследование влияния геометрических и кинематических параметров на время контакта.

Определение времени контакта зуба фрезы с участком изделия различной формы выполняли, моделируя процесс взаимодействие фрезы с прямолинейным, с выпуклым и с вогнутым участками. На рисунке 2 показаны соответственно эскизы 2,а; 2,б и 2,в. Для каждого из участков получены соответствующие выражения определяющие время контакта 1, 2, 3:

1 = arccos (1 – 2t/D)/ = 30 arcos (1 – 2t/D)/(n); 2 = (arcos [(R2 – 2)/(R + – t) + R + - t]/D)/; 3 = аrccos [(21R + t2 - 21t – 2R2)/(2R(1 – R)]/.

Табулирование этих функции, выполненное в работе, позволило наглядно показать влияния частоты n вращения вала фрезы, глубины резания t и диаметра фрезы D на время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом.

а)

б)

в)

Рисунок 2. Схемы определения времени контакта фрезы с участком изделия:

а) для прямолинейного участка; б) для выпуклого участка; в) для вогнутого участка.

Анализ результатов табулирования выражений 1, 2, 3 показал, что время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом различной формы за один оборот вала фрезы не превышает тысячные доли секунды; с увеличением частоты вращения вала фрезы и уменьшением глубины резания время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом различной формы уменьшается, а с увеличением диаметра фрезы время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом прямолинейной и выпуклой формой несколько уменьшается, а с вогнутой формой – незначительно увеличивается; с увеличением радиуса кривизны обрабатываемой поверхности время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом выпуклой формы увеличивается, а с вогнутой формы – уменьшается. При реальных радиусах обрабатываемых деталей это расхождение не превышает 5-7%, что вполне допустимо при инженерных расчетах. Поэтому полученные зависимости можно использовать для расчета производительности.

Далее выполнена разработка методик определения геометрических характеристик рабочего инструмента и их аналитическое исследование. Так, для определения действительного радиуса зуба фрезы при его взаимодействии с обрабатываемым материалом (радиус контактирования) учитывали и затупление режущей кромки. Расчетная схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Расчетная схема резания

Положим, что зуб фрезы при своем вращении имеет скорость V2, а при движении вдоль оси фрезы – V1. Тогда за время t зуб переместится на величины:

АВ = V2 t,

BB1 = V1 t. (1)

Действительный угол заострения зуба при таких перемещениях:

tg2 = B1D1/AB, (2)

где 2 половина действительного угла заострения зуба за время перемещения t.

Из АВD следует: BD = B1D1 = AB tg, (3)

где 1 – половина угла заточки зуба.

Из АВ1В имеем (4)

Подставляя выражения (1.1), (1.3) и (1.4) в (1.2), получим:

tg2 = tg1/= tg1/ = tg1 sin, (5)

где – угол между результирующей скоростью V и скоростью V1,

sin = V2/. (6)

В реальных условиях передняя и задняя поверхности зуба фрезы сопрягаются по радиусу. Для определения радиуса R, который получается при нарезке зуба и действительного радиуса r, который взаимодействует с обрабатываемым материалом и не равный R за счет продольного перемещения фрезы, впишем в АСD исходный радиус R. При этом АК = АО – R, а АО = R/sin1. Тогда АК = R(1/sin1 – 1).

Спроецируем точку К на прямую АВ1 и получим точку К1. Впишем дугу радиуса r, проходящуюю через точку К1 касательно к прямым АС1 и АD1. Тогда из АКК1 (АК1 = АК/cos(90o-) = AK/sin = R(1-sin1)/(sin1 sin).

Из АС1D1 определяем

AN = AK1 + K1N = R(1 – sin1)/(sin1 sin) + r. (7)

Из АМN находим AN = r/sin2. (8)

Решая совместно (7) и (8), получим

r = R(1-sin1)sin2/(sin sin1(1-sin2)) (9)

Подставляя в выражение (9) значение sin из (6) и значение угла 2 из выражения (5), получим

(10)

Определим выражения для скоростей, входящих в уравнение (10).

V2 = D/2 = Dn/60, (11)

где D – диаметр фрезы, м; – угловая скорость фрезы, рад/с; n – частота вращения фрезы, мин-1.

Если фреза вместе с валом получает продольные перемещения с помощью кривошипно-ползунного механизма по закону s = r(1 – cost). Тогда скорость V1, будет равна

V1 = r sint = n1r1/30 sint, (12)

где 1 - угловая скорость кривошипа, рад/с; n - частота вращения вала кривошипа, мин-1; r - радиус кривошипа, м, t - время.

Из (12) видно, что скорость V1 в зависимости от времени t изменяется по синусоидальному закону от V1min = 0 до V1max = nr1/30. Тогда за среднюю скорость можно принять

V1ср = (V1min +V1max)/2 = r1n/60. (13)

Подставляя значения скоростей V2 и V1ср в выражение (9), получим среднее значение действительного радиуса rсрYср переходной (реально затупленной) кромки зуба фрезы

(14)

Знание среднего значения действительного радиуса rср позволило перейти к решению задачи аналитического исследования усилий фрезерования. Целью этого исследования является получение методики расчета сил резания при фрезеровании осциллирующей фрезой, позволяющей осуществлять научно обоснованный прогноз.

Расчетная схема для определения усилий фрезерования приведена на рисунке 4. (главный вид). Согласно схеме на зуб фрезы действуют следующие силы: силы трения Fтр = f N материала о переднюю поверхность зуба; Fтр = f N + f F – суммарная сила трения, возникающая от воздействия сил N и F при движении зуба фрезы в осевом направлении, т.е. вдоль ее вала; сила нормального давления N1 на переднюю поверхность зуба; усилие F, действующее на вершину зуба фрезы. Сила резания равна алгебраической сумме всех сил, действующих на зуб фрезы. Поскольку мы не знаем направление силы резания, то изобразим ее в виде трех составляющих сил: горизонтальной (тангенциальной) Q, горизонтальной S, перпендикулярной плоскости чертежа и вертикальной (радиальной) Р. Сумма проекций всех сил на оси Х, Y и Z позволяет получить:

Q = F cos( + /2) + N sin + Fтр cos, (15)

P = F sin( + /2) – N cos + Fтр sin, (16)

S = Fтр2 = f(N + F) (17)

При резании часть усилия тратится на разрушение материала, другая часть тратится на изгиб и смятие отделяемой стружки. С увеличением угла резания уменьшается радиус кривизны изгибаемой стружки и увеличивается усилие, затрачиваемое на ее изгиб.

Определим величину силы нормального давления N. Пусть центр окружности, касающийся средней линии снимаемой стружки, находится на расстоянии «а» от точки пересечения двух средних линий снимаемой стружки.

Угол равен следующей величине

= ( - )/2. (18)

Тогда радиус кривизны определится из выражения

R = a tg = a. tg(/2 – /2) = a. ctg() (19)

Рисунок 4. Расчетная схема определения усилий фрезерования

Далее в работе выполняли табулирование полученных моделей для расчета усилиий фрезерования. В результате получили, что с увеличением глубины фрезерования, горизонтальные составляющие силы резания в базовом варианте Q1 и в модернизированном Q2 возрастают. При глубине фрезерования t = 1 мм Q1 превышает Q2 в 1,14 раза, а при t = 6 мм, - в 1,12 раза. При этом разница между Q1 и Q2 остается неизменной и равной 0,7 Н. Объясняется это тем, что с увеличением глубины фрезерования вертикальные составляющие сил резания P1 и Р2 уменьшаются, при этом Р2 имеет отрицательные значения т. е. направлена в сторону, противоположную Р1.

С увеличением глубины фрезерования в модернизированном варианте усилие S2 возрастает, но оно практически на порядок меньше усилия Q2.

С увеличением глубины фрезерования соответственно, возрастают и результирующие силы резания при базовом и модернизированном вариантах Fрез1 и Fрез2. При t = 1 мм Fрез1 больше Fрез2 в 1,16 раза, а при t = 6 мм – в 1,13 раза. Поскольку результирующее усилие фрезерования влияет на энергетические затраты и соответственно производительность, построим график изменения Fрез1 к Fрез2 в зависимости от t.

Усилия, действующие на вершину зуба, при базовом и предлагаемом вариантах, не меняются и соответственно составляют 3,84 и 2,86 Н. С увеличением t, N и Fтр возрастают.

Оценка влияния модуля упругости показала, что с его увеличением все усилия возрастают, при этом сохраняются отношения Q1/Q2 Fрез1/ Fрез2 1,1, что с увеличением ширины фрезерования все силы возрастают. Отношение сил Q1 и Q2 независимо от ширины фрезерования остается постоянной и равной 1,08. Отношение усилий фрезерования по базовому и предлагаемому варианту остается неизменным и равным 1,08.

Рисунок 5. Изменение усилий фрезерования в зависимости от отношения линейных скоростей V1/V2

Из графиков, приведенных на рисунке 5, следует, что все силы по базовому варианту остаются постоянными, т.к. они не зависят от отношения линейных скоростей. По модернизированному варианту все усилия с увеличением отношения скоростей уменьшаются. Это объясняется уменьшением действительного радиуса контактирования, от которого зависит усилие F2, действующие на зуб фрезы. В исследуемом диапазоне сила Q2 уменьшается от 96,7 до 74,6 Н, усилие Р2 – от 5,04 до -6,4 Н, результирующая сила резания Fрез.2 – от 98,0 до 75,2 Н. Отношение результирующих сил резания Fрез1 и Fрез2 увеличивается от 1,13 до 1,3 раза. При ранее рекомендуемом отношении скоростей z = 2 усилие резание в модернизированном варианте меньше усилия в базовом варианте в 1,13…1,3 раза при постоянных остальных параметрах, значения которых приведены в программе исследований.

Графики изменения усилий Fрез1 и Fрез2 в зависимости от амплитуды представлены на рис. 6.

Рисунок 6. Зависимости F1 и F2 от амплитуды

Из графика видно, что с увеличением амплитуды усилия F2 и Fрез2 уменьшаются. При амплитуде А = 12 мм результирующие усилия фрезерования по базовому и новому вариантам равны. При А < 12 мм Fрез2 > Fрез, при А > 12 мм Fрез2 < Fрез1.

В третьей главе рассмотрена методика и результаты экспериментального исследования механической обработки деталей низа обуви фрезерованием. Описано устройство и работа экспериментального стенда, методика проведения испытаний и обработка результатов.

Целью данной главы являлось экспериментальная проверка гипотезы о снижении энергозатрат и повышении качества механической обработки уреза подошв, подметок, набоек и боковой поверхности каблуков фрезерованием осциллирующей фрезой

Степень соответствия результатов теоретических и экспериментальных исследований позволит судить о возможности применения полученных в главе 2 формул в инженерных расчетах.

Для проведения эксперимента фрезерный узел машины ОМ-2-Р был модифицирован таким образом, что фреза получила дополнительное осциллирующее движение вдоль оси своего вращения, и была организована механическая подача обрабатываемого материала.

В четвертой главе разработаны рекомендации для предприятий по ремонту и индпошиву обуви по внедрению на них разработанной технологии фрезерования новым способом и методик расчета основных режимных характеристик исследованного процесса.

Общие выводы

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»