Способ исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов
Владельцы патента RU 2755280:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к исследованию характеристик процесса резания анизотропных материалов и может быть использован в научно-исследовательской и образовательной деятельности при демонстрации и изучении характеристик процесса резания анизотропных материалов, например, древесины режущими инструментами с различными параметрами. В способе исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов предусмотрено перемещение режущего рабочего органа вдоль направляющей в горизонтальной плоскости при неподвижном положении заготовки. Обеспечивается наглядность процесса резания, повышение точности определения силовых характеристик. 5 ил.
Способ исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов может быть использован в научно-исследовательской и образовательной деятельности при демонстрации и изучении характеристик процесса резания анизотропных материалов, например, древесины режущими инструментами с различными параметрами (угол заточки, толщина и высота зуба, и др.).
Известен способ изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания с использованием установки [Установка для изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания. - Электронный ресурс.- Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/ustanovka-dlya-izucheniya-protsessa-rezaniya-materialov-na-malyh-skorostyah-rezaniya/viewer], включающей модульную конструкцию в состав которой входят: микроскоп, тензометрическая станция, привод движения резанья, осветительное устройство, фотонасадка с пультом управления, осциллограф. В данном известном способе процесс резания осуществляется путем пространственного передвижения стола с закрепленной на нем заготовкой при неподвижном режущем рабочем органе.
Недостатком известного способа изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания является то, что процесс резания не в полной мере соответствует реальному, так как резание осуществляется за счет перемещения заготовки при неподвижном режущем рабочем органе, в то время как в реальном процессе резания движущимся звеном является режущий рабочий орган.
Известен способ исследования процесса резания при точении титановых сплавов с использованием установки [Установка для исследования процесса резания при точении титановых сплавов. - Электронный ресурс. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_21701058_83115060.pdf], которая базируется на токарном станке 16Б16КА и включает в себя следующие измерительные системы: систему измерения температурной деформации резца, динамометр, патрон для закрепления детали, индуктивные датчики, тепловизор, контроллер, компьютер.
Недостатком известного способа исследования процесса резания при точении титановых сплавов является то, что процесс резания не в полной мере соответствует реальному, так как резание осуществляется за счет перемещения заготовки при неподвижном режущем рабочем органе, в то время как в реальном процессе резания движущимся звеном является режущий рабочий орган.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является способ исследования процесса резания с использованием известной экспериментальной установки, созданной на базе горизонтального консольно-фрезерного станка [Экспериментальная установка для исследования процессов резания древесины и древесных материалов. -Электронный ресурс. - Режим доступа: http://www.science-bsea.bgita.ru/2019/les_2019/basov_eksperiment.htm], включающей массивную станину, направляющие салазки, маховики управления положением стола с заготовкой, выполненные в виде штурвалов, блок управления с кнопками управления, установленный в отдельный корпус, закрепленный на лицевой стороне станины, ноутбук. Известный способ включает позиционирование пространственного положения заготовки и режущего рабочего органа, воздействие режущим рабочим органом на заготовку, определение характеристик процесса резания.
Недостатком известного способа исследования процесса резания с использованием известной экспериментальной установки является то, что процесс резания не в полной мере соответствует реальному, так как резание осуществляется за счет перемещения заготовки при неподвижном режущем рабочем органе, в то время как в реальном процессе резания движущимся звеном является режущий рабочий орган.
Технический результат предлагаемого способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов заключается в обеспечении наглядности процесса резания, повышении точности определения силовых характеристик за счет воспроизведения реального процесса, в котором движется режущий рабочий орган, а не заготовка, как это свойственно аналогам.
Достигается технический результат тем, что в способе исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с использованием установки, содержащей раму, защитный экран со смотровым окном, поворотный стол, подвижный режущий рабочий орган, позиционирование пространственного положения заготовки и режущего рабочего органа, воздействие режущим рабочим органом на заготовку, определение характеристик процесса резания, после закрепления заготовки на столе осуществляют поворот стола до требуемого положения заготовки по отношению к траектории движения режущего рабочего органа, фиксируют положение стола относительно рамы, опускают защитный экран со смотровым окном, перемещают в вертикальной плоскости режущий рабочий орган до тех пор, пока его режущая кромка не окажется ниже верхней поверхности заготовки на заданную глубину реза, перемещают режущий рабочий органом вдоль направляющей в горизонтальной плоскости в положение максимально удаленное от заготовки, придают режущему рабочему органу поступательное движение по направлению к заготовке с заданной скоростью, осуществляют воздействие режущим рабочим органом на заготовку, после прохождения заготовки останавливают движение режущего рабочего органа, в момент воздействия режущим рабочим органом на заготовку определяют упругий прогиб направляющей вдоль которой движется каретка с установленным на ней режущим рабочим органом и упругий прогиб пластин, установленных в узлах крепления корпуса двигателя привода рабочего режущего органа.
На фиг. 1 представлен общий вид установки для реализации способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с понятым защитным экраном.
На фиг. 2 представлен общий вид установки для реализации способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с опущенным в рабочее положение защитным экраном и режущим рабочим органом в положении максимально удаленном от заготовки.
На фиг. 3 представлен вид А установки для реализации способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с понятым защитным экраном.
На фиг. 4 представлен вид Б установки для реализации способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов.
На фиг. 5 представлено сечение узла крепления электродвигателя привода режущего рабочего органа к салазкам (сечение с вида В) установки для реализации способа исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов.
Способ исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов предусматривает закрепления заготовки на столе, поворот стола относительно рамы до требуемого положения заготовки по отношению к траектории движения режущего рабочего органа, фиксацию стола с установленной на нем заготовкой в установленном положении. Затем опускают защитный экран со смотровым окном. Затем осуществляют позиционирование пространственного положения заготовки и режущего рабочего органа. Для этого перемещают в вертикальной плоскости режущий рабочий орган до тех пор, пока его режущая кромка не окажется ниже верхней поверхности заготовки на заданную глубину реза. Затем режущий рабочий орган перемещают вдоль направляющей в горизонтальной плоскости в положение максимально удаленное от заготовки. Далее придают режущему рабочему органу поступательное движение по направлению к заготовке с заданной скоростью и осуществляют воздействие режущим рабочим органом на заготовку. После прохождения заготовки останавливают движение режущего рабочего органа. В момент воздействия режущим рабочим органом на заготовку определяют характеристики процесса резания: упругий прогиб направляющей, вдоль которой режущий рабочий орган и упругий прогиб пластин, установленных в узлах крепления корпуса двигателя привода рабочего режущего органа.
Реализуется способ исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с использованием установки, представленной на фиг. 1.
Заготовку 1 устанавливают на стол 2. Поворачивают стол 2 относительно рамы 3 до требуемого положения заготовки 1 по отношению к траектории движения режущего рабочего органа 4 и фиксируют положение стола 2 с установленной на нем заготовкой 1 в данном положении фиксатором 5 относительно рамы 3. Затем опускают защитный экран 6 со смотровым окном 7, установленный на шарнирных петлях 8 на поперечной балке 9, которая смонтирована между боковыми стойками рамы 10, 11.
Позиционирование вертикального ия установленной на салазках 12, 13 направляющей 14, по направляющим 15, 16, выполненнположения режущего рабочего органа 4 относительно заготовки 1 осуществляют путем перемещеным на боковых стойках 10, 11 рамы 3. Для этого отключают действие электромагнитов 17, 18, включают синхронизированный привод вертикального перемещения салазок 12, 13. В качестве привода вертикального перемещения салазок 12, 13 может быть использована винтовая передача, в которой винт 19, 20 связан с ротором электродвигателя 21, 22, а гайка 23, 24 установлена на направляющей 14.
При позиционировании пространственного положения заготовки 1 и режущего рабочего органа 4 перемещают в вертикальной плоскости режущий рабочий орган 4 до тех пор, пока его режущая кромка 25 не окажется ниже верхней поверхности 26 заготовки 1 на заданную глубину реза (Н) (фиг. 4).
При установлении направляющей 14 с установленным на нем режущим рабочим органом 4 на нужной высоте включают действие электромагнитов 17, 18 в результате чего, находящиеся напротив них с другой стороны боковых стоек 10, 11 металлические пластины 27, 28 притягиваются к ним и боковые стойки 10, 11, рамы 3 оказываются зажатыми между электромагнитами 17, 18, установленными на салазках 12, 13 и пластинами 27, 28, что обеспечивает надежную фиксацию, установленной на салазках 12, 13 направляющей 14 с режущим рабочим органом 4, в требуемом положении.
Затем режущий рабочий орган 4 перемещают вдоль направляющей 14 в горизонтальной плоскости в положение максимально удаленное от заготовки 1 (фиг. 2).
В качестве привода горизонтального перемещения режущего рабочего органа 4 вдоль направляющей 14 может использоваться винтовая передача, в которой винтовой стержень 29 связан с ротором электродвигателя 30, установленного на одной из салазок 12 или 13, а гайка на каретке 31, служащей связующим конструктивным звеном между режущим рабочим органом 4 и направляющей 14, обеспечивающим подвижность режущего рабочего органа 4 вдоль направляющей 14.
Далее придают режущему рабочему органу 4 поступательное движение по направлению к заготовке 1 с заданной скоростью и осуществляют воздействие режущим рабочим органом 4 на заготовку 1. После прохождения заготовки 1 останавливают движение режущего рабочего органа 4 для чего на направляющей установлен концевой датчик 32. При контакте каретки 31 с концевым датчиком 32 работа электродвигателя 30 прекращается.
В момент воздействия режущим рабочим органом 4 на заготовку 1 по показаниям тензометрического датчика 33, установленного на направляющей 14 (на участке, определяемом проекцией заготовки 1) фиксируют упругий прогиб направляющей 14 по которому устанавливают радиальную составляющую силы резания. Также в момент воздействия режущим рабочим органом 4 на заготовку 1 по показаниям тензометрических датчиков 34, определяют величину упругой деформации упругих пластин 35, установленных в узлах крепления корпуса электродвигателя 30 привода рабочего режущего органа 4, по которой устанавливают осевое усилие резания.
Благодаря тому, что в способе исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов предусмотрен поворот стола относительно рамы до требуемого положения заготовки по отношению к траектории движения режущего рабочего органа и фиксация его в этом положении обеспечивается возможность установки заготовки под определенным углом к траектории движения режущего рабочего органа.
Благодаря тому, что перед началом процесса воздействия режущим рабочим органом на заготовку опускают защитный экран со смотровым окном, обеспечивается безопасность эксплуатации установки при сохранении возможности визуального наблюдения за происходящими процессами.
Благодаря тому, что в способе исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов предусмотрено перемещение режущего рабочего органа вдоль направляющей в горизонтальной плоскости при неподвижном положении заготовки, обеспечивается наглядность процесса резания, повышение точности определения силовых характеристик за счет имитации реального процесса в котором движется режущий рабочий орган, а не заготовка, как это свойственно аналогам.
Способ исследования характеристик процесса резания анизотропных материалов с использованием установки, содержащей раму, защитный экран со смотровым окном, поворотный стол, подвижный режущий рабочий орган, позиционирование пространственного положения заготовки и режущего рабочего органа, воздействие режущим рабочим органом на заготовку, определение характеристик процесса резания, отличающийся тем, что после закрепления заготовки на столе осуществляют поворот стола до требуемого положения заготовки по отношению к траектории движения режущего рабочего органа, фиксируют положение стола относительно рамы, опускают защитный экран со смотровым окном, перемещают в вертикальной плоскости режущий рабочий орган до тех пор, пока его режущая кромка не окажется ниже верхней поверхности заготовки на заданную глубину реза, перемещают режущий рабочий орган вдоль направляющей в горизонтальной плоскости в положение, максимально удаленное от заготовки, придают режущему рабочему органу поступательное движение по направлению к заготовке с заданной скоростью, осуществляют воздействие режущим рабочим органом на заготовку, после прохождения заготовки останавливают движение режущего рабочего органа, в момент воздействия режущим рабочим органом на заготовку определяют упругий прогиб направляющей, вдоль которой движется каретка с установленным на ней режущим рабочим органом, и упругий прогиб пластин, установленных в узлах крепления корпуса двигателя привода рабочего режущего органа.
