Анализ фрезерного станка ФСА-1

 

РЕФЕРАТ

 

 

Курсовой проект состоит из пояснительной записки  объемом 48    листов, 19 рисунков,  7 таблиц,  графическая часть:

- чертеж функциональной  схемы  – 1 лист А4;

- чертеж кинематической  схемы   – 1 лист А4;

- чертеж режущего  инструмента   – 1 лист А3;

- чертеж общего  вида станка         – 2 листа А4.

 

ЗАГОТОВКА, РЕЖУЩИЙ  ИНСТРУМЕНТ, СТАНОК, РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ, ЗАТОЧКА,  БАЛАНСИРОВКА, БЕЗОПАСНОСТЬ,  ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

 

В курсовом проекте  представлен проект рациональных режимов  резания при эксплуатации фрезерного станка ФСА-1,  а так же приведены сведения его эксплуатации,  мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности, охране окружающей среды; проведены необходимые расчеты, подтверждающие его экономическую эффективность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одной из основных задач резания древесины является определение режимов резания, обеспечивающих наилучшие технико-экономические показатели.

В данном курсовом проекте рассмотрен рациональный режим  резания при  изготовлении бруска с полугалтелью R=30  (древесина, ель с влажностью W=30%,  1400х80х60)  на фрезерном станке ФСА-1, т.е. процесс фрезерования.

Фрезерование  – процесс резания со снятием  циклоидальной стружки вращающимся  инструментом с резцами на цилиндрической или торцевой поверхности.

Процесс фрезерования очень похож на  процесс пиления круглыми пилами: кинематика этих процессов одинакова. Различия  между ними ( в конструкции режущего элемента и инструмента в целом, режимах резания, энергетических и качественных показателях) обусловлены,  прежде всего различным технологическим назначением.

Станок  ФСА-1 относится к станкам с нижним расположением шпинделя,  на них производят  следующие  виды обработки деталей: продольную плоскую и. фасонную, криволинейную  обработку прямых и фасонных кромок, по наружному и внутреннему контуру щитов и рамок, несквозную зарезку пазов, а также шипов и проушин.

Целью курсового проекта является разработка рациональных режимов резания, т.е. такого режима, при котором должна обеспечиваться высокая производительность, безопасность в работе, необходимая точность и класс шероховатости поверхности обработки при наименьших затратах древесины, труда и энергопотреблении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

1.1. Возможные  варианты изготовления заданной  детали.

 

 Для получения  требуемого изделия можно использовать:

- четырехпроходный  продольный фрезерный станок;

- фрезерный  станок с нижним расположением  шпинделя.

 

1.2. Выбор  и обоснование технологических операции получения детали.

        На ниже приведенном рисунке изображен эскиз заготовки для получения профильного бруска рис.1.1. Его характеристики:  брусок из ели, W=30%,  размерами: 1400×80×60. Так как нам нужно получить профильный брусок с одной полугалтелью, т.е. обработать только один угол заготовки (остальные  размеры соответствуют получаемому изделию на выходе) подойдет фрезерный станок ФСА-1. На нем осуществим выборку полугалтели за один проход, остальные размеры заготовки не изменяем.

Использование четырехпроходного станка нецелесообразно, т.к. нам нужно обработать только один угол заготовки т.е. в результате технологической операции будет  задействована только одна режущая  головка и сложный механизм подачи, что связано с большими энергозатратами.

 

Рис.1.1. Профильный брусок.

 

 

 

 

 

1.3. Вывод  по разделу.

 

В результате выполнения первого раздела был  рассмотрен и выбран вариант станка для изготовления заданной детали –  фрезерный станок с нижним расположением  шпинделя ФСА-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ.

 

2.1. Последовательность  технологических операций получения  готовой детали.

 

Готовой деталью в нашем случае является профильный брусок. Процесс  получения  профильного бруска 1400×80×60 заключается выборке фрезой полугалтели  R=30 мм с левого верхнего  угла заготовки по всей ее длине, за один проход. Цикл работы станка механический. Станочник берет заготовку 1 рис2.1., укладывает ее на стол 2, и прижимая  к направляющей линейке, надвигает на фрезу. Необходимо внимательно следить за положением пальцев рук относительно фрезы и держать их на безопасном расстоянии. Затем ложит готовое изделие  слева от себя 3.

 

 

 

 

Рис.2.1. Последовательность технологических операций.

.

2.2. Выбор  оборудования для заданного процесса обработки и его обоснование.

 

Так как нам нужно получить профильный брусок с одной полугалтелью, т.е. обработать только один угол заготовки (остальные  размеры соответствуют  получаемому изделию на выходе) выбираем   универсальный фрезерный станок ФСА-1 из пяти станков представленных в таблице. На нем осуществим процесс обработки заготовки.  Таблица сравнения станков 2.1.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1.

 

ФСА-1   ФС-1   FS 550   ML-100T   KDR 401   Толщина обрабатываемого  изделия, мм 100 + 100 + 85 - 95 - 93 - Разнотолщинность последовательно обрабатываемых деталей, мм до 20   до 20 + до 18 - до 19 - до 17 - Размеры стола (длина х ширина), мм 1000 х 800 + 1000 х 800 + 1000х720 - 700х 600 - 700x  560 - Диаметр шпиндельной  насадки, мм 32 + 32 + 40 - 30 - 30 - Частота вращения шпинделя, мин-1 4500; 9000 + 4500 + 4 700; 8000 - 4900;7000 - 4900;7000 - Вертикальное   относительное   перемещение шпинделя, мм 100 + 100 + 90 - 95 - 85 - Наибольший  диаметр режущего инструмента, мм 150 + 150 + 120 - 130 - 135 - Мощность электродвигателей, кВт                     шпинделя 4,7/5,5 + 4,7 - 4,2/5,2 - 4,0/5,3 - 2,2 - подачи 0,55 + - - 0,51 - 0,47 - -   Тип подающего  органа Авт. под. + - - Авт.под.   Авт.под.   -   Количество  подающих роликов 3 + - - 2 - 3 = -   Скорость подачи, м/мин. 8…25 + - - 10…22 - 8…20   -   Регулирование подачи бесст-уп. = - - бесст-уп. = бесст-уп.. = -   Частота вращения электродвигателя, мин-1                     шпинделя 1450/2860 + 1450 - 1400/2500 - 1350/2400 - 1200 - подачи 1420 +     1350 - 320 -     Габаритные  размеры, мм:                     длина 1085 = 1085 = 2510 + 850 - 800 - ширина 1175 = 1175 = 1020 - 690 - 740 - высота 1450 = 1450 = 1500 - 1200 - 1500 - Масса, т 915 - 900 - 925 + 200 - 138 -

 

2.3. Технические  данные станка ФСА-1.

Таблица 2.2.

Толщина обрабатываемого  изделия, мм	100
Разнотолщинность  последовательно обрабатываемых деталей, мм	до 20
Размеры стола (длина х ширина), мм	1000 х 800
Диаметр шпиндельной  насадки, мм	32
Частота вращения шпинделя, мин-1	4500; 9000
Вертикальное   относительное   перемещение шпинделя, мм	100
Наибольший  диаметр режущего инструмента, мм	150
Внутренний  конус шпинделя (конус Морзе), номер	4
Мощность электродвигателей, кВт
шпинделя	4,7/5,5
подачи	0,55
Тип подающего  органа	автоподатчик
Количество  подающих роликов	3
Скорость подачи, м/мин.	8…25
Регулирование подачи	бесступенчат.
Частота вращения электродвигателя, мин-1
шпинделя	1450/2860
подачи	1420
Габаритные  размеры, мм:
длина	1085
ширина	1175
высота	1450
Масса, т	0,915

2.4. Технологические  операции, выполняемые на ФСА-1.

Фрезерный станок ФСА-1 предназначен для выполнения разнообразных  фрезерных работ по дереву: изготовление вагонки, половой доски, плинтуса, наличника, филенки и других столярных и мебельных изделий.

Обработка осуществляется по направляющей линейке,также,

 

технологические возможности станка могут быть расширены  за счет

 применения  специальной оснастки – копировальной  приставки, что делает возможным использование  станка для объемно-копировальных работ.

Наличие наклоняемого шпинделя позволяет расширить операционные возможности станка, уменьшить номенклатуру применяемого инструмента, а также повысить качество обрабатываемой поверхности сложных профилей.

 

2.5. Функциональная  схема станка ФСА-1.

 

Заготовка 3 (рис 2.2.) базируясь боковой пластью  по поверхности направляющей 2 линейки  и по плоской поверхности рабочего стола, надвигается на инструмент 4 - насадную фрезу.

  Для обеспечения надёжного базирования  заготовка дополнительно прижимается  прижимами.

 

Рис.2.2. Функциональная схема

 

1-задняя  направляющая линейка 2-передняя  направляющая линейка 3 -заготовка  4- режущий инструмент.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6. Кинематическая  схема ФСА-1.

 

Рис.2.3 Кинематическая схема ФСА-1.   На  станине 1 рис.2.3, крепится стол 8 и шпиндельный  суппорт (шпиндельная бабка) 5, шпиндель II которой заканчивается инструментальной оправкой V, выступающей через отверстие в поверхности стола и служащей для крепления режущего инструмента 9. Привод шпинделя во вращение осуществляется от вала / двухскоростного асинхронного электродвигателя 18, установленного на задней стенке станины на поворотной плите, через плоский синтетический ремень 20 и шкивы 19 и 2. Натяжение ремня регулируется маховиком 16 и  винтом VII через тарированную цилиндрическую пружину сжатия 17. Шпиндельный суппорт представляет собой чугунный корпус, в котором на высокоточных подшипниках качения 3 и 6 смонтирован шпиндель. Настроечные перемещения суппорта по высоте выполняются  маховиком 13 через вал III, вращение которого через червячную пару 11 я 12 передается винту IV, зафиксированному в осевом направлении в упорных подшипниках 10 и 14. В результате ввертывания винта IV в неподвижно закрепленную на суппорте гайку 15 суппорт перемещается по высоте. Суппорт в заданном положении фиксируется винтом 4. Чтобы при настройке суппорта по высоте плоский ремень 20 не соскочил со шкива 2 последний выполняется длиннее шкива 19, закрепленного на валу электродвигателя, на максимальную величину перемещения. Автоподатчик  подвешивается на штанге при помощи поворотного кронштейна опорной колонны 36, закреплённой на столе 8 станка.   Привод  подающих роликов 30 осуществляется от электродвигателя 21 через конусный диск 22, фрикционное кольцо сцепления 23, червячную и зубчатые передачи. Скорость подачи регулируется перестановкой конусного диска относительно кольца через винтовую передачу маховичком 32. Подающие ролики имеют независимую подвеску, а их прижим к обрабатываемому материалу обеспечивается пружинами. Автоподатчик переставляется по ширине через реечную передачу 35.

2.7. Краткое  описание конструкции станка  ФСА-1

Рис.2.4. Фрезерный  станок с механической подачей, ФСА-1.   1-станина, 2 –  стол, 3 – автоподатчик, 4 – бабка  шпиндельная, 5 – насадка шпиндельная, 6 – электорооборудование, 7 – маховичок  регулирования скорости, 8 – пульт  управления, 9 – маховичок перемещения  бабки шпиндельной, 10 – маховичок натяжения ремня.

 

Фрезерный станок ФСА-1.

Станок  фрезерный с нижним расположением  шпинделя имеет виброустойчивую станину - чугунную отливку коробчатой формы, на которой неподвижно установлен стол. Стол станка — чугунная отливка, усиленная ребрами жесткости. Стол жестко крепится к станине. На задней стенке на поворотной плите смонтирован привод шпинделя, который состоит из двухскоростного электродвигателя и плоскоременной передачи. Натяжение ремня тарированное (тарировка осуществляется винтовойцилиндрической пружиной). В нише с левой стороны размещено электрооборудование.

В чугунном корпусе коробчатого сечения  на подшипниках качения смонтирован шпиндель. Шпиндельная бабка вместе со шпинделем

 

  перемещается в вертикальной плоскости относительно стола по направляющим станины на 100 мм вращением маховичка с помощью червячной и винтовой передач и может быть зафиксирована рукояткой в любом промежуточном положении на высоте подъема. Режущий инструмент закрепляется на специальной насадке, которая крепится в конусном отверстии шпинделя дифференциальной гайкой, имеющей две резьбы одного направления: одну с мелким шагом, соответствующим резьбе на оправке, и вторую с большим шагом - на шпинделе.

Инструментальная  оправка комплектуется набором простановочных колец, что позволяет закреплять на оправке фрезы различной высоты. При установке оправки или режущего инструмента на шпиндель последний стопорится от проворачивания относительно корпуса фиксатором, вставляемым в радиальное отверстие шпинделя. Положение фиксатора контролируется стопорным винтом, сблокированным с микровыключателем.

Ограждение  инструмента состоит из чугунного  корпуса, в котором имеется патрубок для вытяжки стружки и пыли в общецеховую систему, двух кронштейнов, передней и задней направляющих линеек для базирования обрабатываемого материала, а также механизма микронастройки линеек. Концы линеек армированы деревянными накладками, что обеспечивает безопасную работу при переналадке станка, а также более высокое качество обработки вследствие уменьшения зазора между линейкой и инструментом. Корпус ограждения рассчитан для работы с инструментом до 150 мм.

Безопасность  работы повышает также защита инструмента, выполненная в виде штампосварного щитка, закрывающего переднюю выступающую  часть фрезы. Подъём щитка до настроенного крайнего верхнего положения в процессе работы осуществляется передней гранью движущейся заготовки, а возврат в исходное положение - под действием его собственного веса, частично уравновешенного пружиной. Для предотвращения обратного выброса заготовки из станка предназначен тормозной сектор.

На  колонке установлен поворотный кронштейн, к которому через штангу подвешен автоподатчик. Заготовка подается вращающимися роликами. Для настройки на толщину и ширину обработки автоподатчик можно переставлять по высоте и ширине. Кроме того, его можно повернуть относительно оси колонки и установить в нерабочее положение.

Автоподатчик  используется при обработке больших партий прямолинейных заготовок. Он обеспечивает равномерную подачу деталей, повышает качество получаемого изделия и производительность и безопасность труда. Управление станком осуществляется кнопками пульта управления, установленного на кронштейне-стойке над столом.

На  фронтальную часть станины вынесен  выключатель и переключатель частоты вращения шпинделя. На боковой поверхности

  станины размещены маховички  перемещения суппорта и натяжения  ремня. Для освещения рабочего  пространства на станке предусмотрена  лампа.

2.8. Требования  к качеству обработанной поверхности, факторы, влияющие на качество обработки.

При резании различают следующие  поверхности: обрабатываемая, обработанная и поверхность резания.

Качество  обработанной поверхности характеризуется  геометрически – величиной и  формой неровностей поверхности, и  физически – свойствами древесины в поверхностном слое детали.

Заготовка должна хорошо базироваться, для этого  она должна быть плоской, также её толщина должна быть не более 100 мм. Ширина не более 230 мм.

К детали предъявляются  следующие требования: шероховатость поверхности не должна превышать требуемую Rm_max40-100 мкм, точность обработки 12 – 14 квалитета.

На поверхности  фрезерования в зависимости от состояния  системы станок-инструмент-деталь, а также режимов резания могут  иметь место неровности, разрушения и упругого восстановления, ворс и мшистость, кинематические и вибрационные  неровности и даже макронеровности в виде заколов и вырывов.

Особо важное значение имеет подача на резец. Она влияет не только на волнообразование, но и на высоту неровностей разрушения. От подачи на резец зависит производительность станка. Уменьшение подачи на резец при остром резце благоприятно сказывается на шероховатости поверхности.  С увеличением припуска на обработку шероховатость обработки ухудшается, производительность уменьшается. При подаче на резец до 0,08-0,15 мм при фрезеровании образуется сливная стружка, при которой неровностей разрушения на фрезерованной поверхности не наблюдается даже при затупленном резце.

Вторым  фактором, влияющим на качество обработки, является степень затупления резца. Тупой резец при внедрении в древесину создает обширную зону деформации, что приводит к образованию дефектов

обработки в виде ворса, мшистости, вырывов и упругого восстановления по годовым слоям (отслоение ранней древесины от поздней). Радиус кривизны лезвия 40 мкм считается критическим для фрезерного инструмента, так как при работе острыми резцами производительность и класс шероховатости обработки выше.

Объемный  вес древесины влияет на образование ворса и упругого восстановления волокон. С уменьшением объемного веса величина деформации увеличивается. При фрезеровании хвойной древесины ворс образуется на ранней рыхлой древесине годичного слоя, на участке выхода ножа из волны.

При обработке дуба тупым инструментом ворс не образуется вследствие большой сопротивляемости волокон дуба перерезанию. Их легче вырвать, чем перерезать тупым резцом.

Изменение влажности древесины от W =12—15% и больше до W=8—10% сказывается на появлении ворса и упругого восстановления по годовым слоям.Скорость резания не оказывает заметного влияния на шероховатость поверхности. При больших скоростях могут возникнуть вибрационные риски, имеющие вид дугообразных выхватов - нерегулярных волн, длина которых значительно превышает длину кинематических волн. Они образуются также при фрезеровании вибрирующей заготовки,  не имеющей достаточной жесткости и плохо сбазированной на станке. Часто такие неровности получаются при фрезеровании конца тонкой заготовки.

Глубина кинематических неровностей зависит  от точности установки ножей в режущей головке. Если радиусы фрезерования всех резцов одинаковы, то высота кинематической волны в этом случае наименьшая.

На  фрезерных станках обычно работают со сравнительно малой скоростью  движения подачи (до 12 м/мин), но при  большой частоте вращения фрезы (до 12000 об/мин), поэтому шероховатость  поверхности обработки определяется глубиной не кинематических волн, а неровностей разрушения — выколов. Самые глубокие неровности разрушения возникают при резании против волокон с углом встречи от 20° до 50°. Величину шероховатости по при продольно-торцовом фрезеровании Rm_max определяют по номограмме (рис), зная подачу на резец S_z и угол подачи j _под.

Рис.2.5. Номограмма для определения шероховатости  по глубине неровностей разрушения при фрезеровании острыми резцами

 

 

 

 

 

 

 

 

По  горизонтали расположена шкала  угла подачи j _под., по вертикали — шкала подачи на резец S_z. Все поле номограммы разделено на полосы - зоны шероховатости. Например, при j _под = 30° и S_z =l мм обеспечивается Rm_max=240 мкм, при j _под = 120° и S_z =l,2 мм — Rm_max = 70 мкм.

 

 

 

 

 

2.9. Обоснование  линейных и угловых параметров  режущего инструмента. Выбор типового  инструмента (графическая часть), подготовка его к работе (балансировка, правка, вальцевание, заточка, доводка, и т. д.).

 

Рис. 2.6. пример: фреза фасонная цельная насадная

 

 

Элементы  фрезы. Фреза, рис. 2.6., включает зубья 1 с передними гранями 3 и затылками 4. Между зубьями расположены межзубовые впадины 2 с задними гранями впадин 5. Для крепления на станке корпус фрезы имеет ступицы с опорными торцовыми поверхностями 6. Зубья снабжены главными 7 и боковыми 8 режущими кромками.

Основными параметрами фрезы служат наружный диаметр D, диаметр посадочного отверстия d, углы резания: передний g, заострения b, задний a и угол резания d; угол косой обточки затылка зуба t, угол выхода затыловочного резца w; величина падения кривой затылка зуба k, ширина зуба фрезы В.

Параметры фрезы  зависят от многих факторов: скорости главного движения, шероховатости обработанных поверхностей детали, условий труда (ручная, механизированная подача), сложившихся традиций и практического опыта.

Скорость главного движения при фрезеровании имеет  значения в пределах 20...40 м/с при  частоте вращения фрезы 3000...12000 мин^-1. Исходя из этого наружный диаметр D принимается из следующего ряда чисел.

 

Тип фрезерного станка	Легкий	Средний	Тяжелый
D, мм	60; 80; 100	100; 120; 140	140; 160

 

 

Диаметр посадочного отверстия d связан с наружным диаметром фрезы D соотношением

d » (0.25...0.33)D.

Полученное  значение посадочного отверстия d округляют до нормализованного из ряда (ГОСТ 6636-74), мм:

22; 27; (30); 32; (35) ; 40; 50; 60; 70.

Число зубьев фрезы Z = 2; 4; 6. Меньшее значение Z принимают при работе на станке с ручной подачей. Для станков с механической подачей   Z = 4; 6.

Выбор угловых параметров. Угловые параметры фрез приведены в табл. 1.

У фасонной фрезы  режущие кромки на передней грани АВ (рис. 2.7), формирующие высоту обрабатываемого профиля h, имеют различные радиусы вращения. Так для наружных точек А радиус вращения равен R, а для нижних точек В радиус вращения равен R - h. В связи с этим при переходе от точки А к точке В углы задний a и передний g увеличиваются до a_н и g_н. Они математически связаны следующими формулами:

При проектировании фасонной фрезы надо стремиться к  тому, чтобы значения g и g_н, a и a_н были близки к табличным. Для этого значения g и a, принятые по табл. 2.3., надо несколько уменьшить.

Таблица 2.3.

Численные значения угловых параметров фрез

Назначение  фрезы	Угол, град:
	передний g	задний a	обточки боковой  поверхности (t)	поднутре-ния (l)
Фрезерование  вдоль  волокон: -мягких лиственных  и хвойных пород; - твердых лиственных  пород. Фрезерование  поперек  волокон твердых пород. Фрезерование  в торец.	30   25   30 30	15   15   15 10...15	4   4   2 4	4   2...4   2 4

 

Величина  падения кривой затылка зуба k, мм:

Угол  выхода затыловочного резца. Затыловочным резцом обрабатывают затылки зубьев фрезы на токарно-затыловочном станке. Угол выхода w необходим для того, чтобы затыловочный резец, обработав затылок предыдущего зуба, успел выйти в исходное положение для обработки затылка последующего зуба.

Значение w = 0,3 w₀ для цилиндрических фрез и w = (0,11...0,17) w₀ при обработке очень глубоких профилей. Здесь w₀ = 360°/Z. Минимально возможный угол w = 10...12°.

Материал  для изготовления фрез. Фрезы изготавливают из высоколегированных сталей марок Х12Ф, Х12М, 9Х5ВФ, Х6ВФ.