Мета роботи. Освоїти методику виконання експериментальних досліджень процесу фрезування деревини на рейсмусових верстатах із застосуванням математичного планування

Освоїти методику виконання експериментальних досліджень процесу фрезування деревини на рейсмусових верстатах із застосуванням математичного планування багатофакторного експерименту, набути навички постановки дослідів та статистичного оброблення їх результатів.

2. Теоретичні відомості

2.1. Параметри оцінки якісних та енергетичних показників процесу фрезування деревини

Фрезування – це різання лезами, що обертаються, в результаті якого знімається припуск послідовним зрізуванням окремих серповидних стружок. Фрезування призначене для оброблення поверхонь чорнових заготівок з метою надання деталям необхідної форми і розмірів у поперечному перерізі [1].

На рейсмусових верстатах здійснюється поздовжнє циліндричне фрезування деревини, результатом якого є отримання прямої плоскої поверхні деталі.

Будь-яка деталь виготовляється згідно з кресленням і повинна відповідати йому за розмірами і формою. Під точністю обробки розуміють ступінь відповідності виготовленої деталі заданій.

Точність обробки деталей характеризується:

1. Точністю форми (ступенем відповідності форми окремих частин деталі та взаємного розміщення їх заданному на кресленні);

2. Точністю розмірів (ступенем відповідності дійсних розмірів окремих частин поверхні деталі розмірам, заданим на кресленні);

3. Шорсткістю поверхні (ступенем відповідності дійсних поверхонь щодо гладкості їх геометричним поверхням, передбаченим кресленням).

Проте на виробництві точність обробки деталей вигідніше визначати не ступенем відповідності дійсних розмірів деталі заданим на кресленні, а відмінністю (похибкою) їх, тобто відхиленням реальної деталі від потрібних розмірів.

Розрізняють похибки форми, розмірів і шорсткості поверхні.

Похибки форми характеризуються відхиленнями поверхонь деталей від заданої форми, відхиленнями кутів від заданих значень та ін.

Похибка розмірів виражається додатною або від'ємною різницею між заданими на кресленні і дійсними значеннями розмірів деталей, окремих елементів та взаємного розміщення їх. Похибки форми і розмірів безпосередньо характеризують точність обробки деталей.

Похибка шорсткості поверхні характеризується наявністю на ній нерівностей у вигляді кінематичних нерівностей – хвилястості, ворсистості та ін.

При циліндричному фрезуванні основним видом нерівностей утворених на обробленій поверхні є кінематична хвилястість(див. рис. 5.1).

Рис. 5.1. Кінематичні нерівності після фрезування

Гребені хвиль утворюються при перетині двох кіл різання, розміщених одне від одного на відстані S_z. Висота гребенів визначається за формулою [1, 2]:

R_mmax=1000l²_хв/(4D), мкм

де l²_хв – довжина хвилі(відстань між гребенями), мм;

D – діаметр ножового вала, мм.

Враховуючи що при фрезуванні неминучі вібрації та ріжучі кромки лез фрези (ножового вала) мають різні радіуси обертання, приймають що хвиля утворюється від одного леза:

l_хв=S_о=1000 Vs/n.

де Vs – швидкість подачі заготівки верстатом, м/хв;

n – частота обертання ножового вала, хв^-1.

Гранично допустима довжина хвилі на обробленій поверхні при поздовжньому циліндричному фрезуванні наведено в табл. 5.1.

Таблиця 5.1. Гранично допустима довжина хвилі на обробленій поверхні при поздовжньому циліндричному фрезуванні

Саме довжина хвилі є основною характеристикою якісно обробленої поверхні. Взаємозалежність якості обробленої поверхні та довжини кінематичної хвилі зображено на рис. 5.2. [1]

Рис. 5.2 Взаємозалежність якості обробленої поверхні та довжини кінематичної хвилі.

Висота (глибина) максимальних нерівностей на поверхні деревини впливає на більшість процесів її обробки, а саме на міцність склеювання, величину «втягування» облицьованих матеріалів в заглибини основи та ін.

Висота максимальних нерівностей після фрезування деревини характеризується висотою гребеня хвилі у, яка визначається за формулою [1, 2]:

де R – радіус оброблення, мм;

S_z – подача на зуб, мм.

2.2. Параметри оцінки енергетичних показників процесу фрезування

При циліндричному фрезуванні із заготівки зрізаються серповидні шари, товщина яких змінюється від нуля до максимального значення при виході із заготівки. Сила різання на дузі контакту змінюється за величиною (рис. 5.3).

Значення сили різаняння на дузі контакту можна визначити за формулою[1]:

Р=Р_пит h_ст В=Р_пит В S_z sinφ

де Р_пит – питома сила різання, Н;

h_ст – товщина зрізуваного шару, мм;

В – ширина оброблення, мм;

φ – кут зустрічі леза із заготівкою, град.

На рис. 5.3 зображено графік зміни сили різання за час одного оберту ножового вала. Зверху зображено максимальну фактичну дотичну складову силу різання Р_{z max}, нижче дотичні складові сили різання Р_{z ср} і Р_{z кол}.

Рис. 5.3 Графік зміни сили різання за час оберту ножового вала [1]

Колову силу різання можна визначити за формулою:

Р_{z кол}=N_р/V

де Р_пит – питома сила різання, Н;

N_р – потужність різання, Вт;

V – швидкість різання, м/с.

Потужність різання визначається за формулою:

де К_т – питома робота фрезування, Дж/см³;

а_попр – поправковий множник;

h – глибина фрезування, мм;

V_s – швидкість подачі, м/хв.

2.2. Фактори впливу на якісні та енергетичні показники процесу фрезування деревини

Основні фактори, які впливають на якісні та енергетичні показники процесу фрезування на рейсмусових верстатах можна розділити на чотири групи:

1. Фактори які, утворюються від рейсмусового верстата: геометрична точність, жорсткість, вібростійкість. Геометрична точність характеризує технічний стан верстата і має найбільший вплив, із перелічених факторів, на технологічну точність верстата.

2. Фактори, що відносяться до різального інструменту (ножового вала): точність виставлення ножів, гостота ножів, параметри ножів (кутові і лінійні розміри). Чим точніше виставлені ножі на валу тим меншими будуть кінематичні нерівності на обробленій поверхні. Із збільшенням радіуса заокруглення ріжучої кромки ножа зростатимуть і сили різання.

3. Фактори, що відносяться до оброблюваної деревини: порода, вологість, щільність, пружність, пластичність та інші. В кожної породи деревини є свої фізико-механічні властивості, які впливатимуть на сили різання по різному. Оскільки під час оброблення волога знижує міцність деревини та діє як змазуюча речовина, при збільшенні вологості деревини сили різання зменшуються.

4. Фактори, що відносяться до процесу фрезування: швидкість різання і подачі, глибина і ширина оброблення. Із зростанням швидкості різання та зменшенням швидкості подачі підвищується якість обробленої поверхні та знижуються сили різання. Також сили різання зростають при збільшенні глибини та ширина оброблення.

Фактори утворені верстатом та інструментом будуть постійними, якщо проводити дослідження на одному верстаті. До постійних факторів також віднесемо швидкість різання та ширину оброблення, які залежать від конструкції верстата.

Отже, змінними факторами в нас залишаються: порода та вологість деревини, швидкість подачі та глибина оброблення.

2.3. Технічна характеристика та принцип роботи рейсмусового верстата СР 6-9

Після створення базової площини і кромки здійснюють фрезерування протилежних площин і кромок (за розміром) на рейсмусових верстатах. В Лабораторії кафедри деревообробного обладнання та інструментів наявний односторонній стругально-рейсмусовий верстат моделі СР6-9, технічна характеристика якого наведена в табл.5.2 [3].

Таблиця 5.2. Технічна характеристика стругально-рейсмусового верстата СР6-9

В усіх рейсмусових верстатах подача заготівки механічна. Вона здійснюється за допомогою чотирьох вальців: двох передніх - верхній рифлений(Рис. 5.3),

Рис. 5.3. Принципов схема фрезування на рейсмусовому верстаті:

1 - оброблювана заготівка; 2 - стіл; 3 – нижні вальці; 4, 5, – верхні рифлений та гладкий вальці; 6 – пружини; 7 - ножовий вал, 8 – передній притискач; 9 – вісь; 10 – задній притискач;

11 – щиток; 12 – кігтеві завіса.

а нижній гладкий — і двох задніх (обидва гладкі). Ножовий вал в односторонніх рейсмусових верстатах розміщений над оброблюваною заготовкою, яка подається по столу, а щоб уникнути тертя по плиті стола, нижні гладкі валики (передній і задній) виступають над поверхнею стола. Верхній передній подавальний валець для кращого зчеплення і подачі матеріалу на робочий вал роблять рифленим.

3. Методика виконання досліджень

Методика розроблення план-матриць багатофакторного