СТЕНД ДЛЯ РЕЗКИ ЗАГОТОВОК

Стенд для резки заготовок относится к приборостроению, а именно к лабораторным установкам, используемым в научно-исследовательской и образовательной деятельности. Стенд для резки заготовок может быть использован для измерения сил резания и изучения процесса стружкообразования при резании анизотропных материалов, например, древесины, режущими инструментами с различными параметрами (угол заточки, толщина и высота зуба и др.).
Известна установка для изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания [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], представляющая собой модульную конструкцию, включающую микроскоп, тензометрическую станцию, привод движения резания, осветительное устройство, фотонасадку с пультом управления, осциллограф. Основной базовой частью установки является инструментальный микроскоп Цейса, на котором смонтированы привод движения резания, стол салазки со стойкой для установки заготовки, динамометр с приспособлением для закрепления режущего инструмента, оптическая система для наблюдения за процессом стружкообразования. Модули связаны между собой электрическими кабелями.
Недостатком известной установки для изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания является то, что заготовка установлена на столе, который смонтирован на жестко зафиксированную на салазках стойку. Такое конструктивное исполнение не позволяет изменять угол установки заготовки, и тем самым проводить исследование процесса резания под различным углом к структурным компонентам заготовки на стандартных образцах, например, образцов древесины, у которых прочностные характеристики существенным образом зависят от направления резания относительно волокон, что необходимо при изучении характеристик процесса криволинейного резания.
Известна установка для исследования процесса резания при точении титановых сплавов [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 известной установки для исследования процесса резания при точении титановых сплавов является то, что заготовка установлена на столе, который смонтирован на салазках токарного станка. Такое конструктивное исполнение не позволяет изменять угол установки заготовки и тем самым проводить исследование процесса резания под различным углом к структурным компонентам заготовки на стандартных образцах, например, образцов древесины, у которых прочностные характеристики существенным образом зависят от направления резания относительно волокон, что необходимо при изучении характеристик процесса криволинейного резания.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является известная экспериментальная установка, созданная 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], включающая 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.
Недостатком известной экспериментальной установки, созданной на базе горизонтального консольно-фрезерного станка, является то, что заготовка установлена на столе, который смонтирован на салазках токарного станка. Такое конструктивное исполнение не позволяет изменять угол установки заготовки, и тем самым проводить исследование процесса резания под различным углом к структурным компонентам заготовки на стандартных образцах, например, образцов древесины, у которых прочностные характеристики существенным образом зависят от направления резания относительно волокон, что необходимо при изучении характеристик процесса криволинейного резания.
Технический результат предлагаемого стенда для резки заготовок заключается в повышении удобства работы путем облегчения процесса ориентации заготовки относительно траектории движения режущего органа.
Достигается технический результат тем, что в стенде для резки заготовок, включающем раму, режущий рабочий орган, систему датчиков, стол для крепления заготовки, стол установлен на раму на подвижной оси с возможностью его поворота относительно рамы, на поверхности рамы, расположенной под столом, на окружностях разного радиуса выполнены два кольцевых ряда с одинаковым количеством равномерно распределенных по окружности глухих конусных отверстий, причем глухие конусные отверстия одного кольцевого ряда расположены на биссектрисах углов, образуемых радиальными линиями, проведенными через центры соседних отверстий другого ряда к центру окружности, на которой они располагаются, при этом на наружную боковую поверхность стола на равном расстоянии друг от друга нанесены деления, количество которых соответствует количеству глухих конусных отверстий в каждом из кольцевых рядов, на раме нанесена контрольная метка, при этом в столе выполнено два сквозных резьбовых отверстия, центр расположения одного из которых соответствует пересечению одной из окружностей расположения глухих конусных отверстий и радиальной линией, определяющей положение одной из меток на наружной боковой поверхности стола, а другого - другой окружности расположения глухих конусных отверстий и линией соответствующей биссектрисе угла, образуемого радиальными линиями, проведенными от меток к центру окружности, на которой они располагаются, при этом в резьбовых отверстиях стола установлены винты с торцом, обращенным в сторону рамы, выполненным в виде конуса с конусностью, большей, чем конусность глухих конусных отверстий, при этом в столе зеркально по отношению друг другу выполнены дугообразные сквозные пазы, центр изгиба осевой линии которых совпадает с центром подвижной оси стола, причем фиксация неподвижного положения поворотного стола относительно рамы в момент воздействия на заготовку режущим рабочим органом обеспечивается тем, что на раме напротив центров дугообразных сквозных пазов стола неподвижно установлены шпильки с внешней резьбой, которые проходят через дугообразные пазы стола, на внешние резьбовые участки каждой их шпилек, выходящие за пределы стола, установлены шайба и гайка, при этом режущий рабочий орган выполнен с возможностью его перемещения вдоль направляющей.
На фиг. 1 представлен общий вид стенда для резки заготовок в изометрии. На фиг. 2 показан главный вид стенда для резки заготовок. На фиг. 3 показан вид сверху стенда для резки заготовок. На фиг. 4 показан в разрезе вид А узла соединения винтов, установленных в резьбовых отверстиях стола с глухими конусными отверстиями, выполненными в раме. На фиг. 5 показан разрез Б-Б стенда для резки заготовок, в котором плоскость разреза ориентирована параллельно раме и проходит между рамой и поворотным столом.
Стенд для резки заготовок, включающий раму 1, режущий рабочий орган 2, систему датчиков 25, 26, стол 3, служащий для установки заготовки 4. Стол 3 установлен на раму 1 на подвижной оси 5, что обеспечивает возможность поворота стола 3 относительно рамы 1.
На поверхности рамы 1, расположенной под столом 3, на окружностях 8, 9 разного радиуса выполнены два кольцевых ряда с одинаковым количеством равномерно распределенных по окружности глухих конусных отверстий 10. Глухие конусные отверстия 10 одного кольцевого ряда расположены на биссектрисах углов (α), образуемых радиальными линиями 11, 12, проведенными через центры соседних отверстий другого ряда к центру окружности, на которой они располагаются.
На наружной боковой поверхности стола 3 на равном расстоянии друг от друга нанесены деления 6, количество которых соответствует количеству глухих конусных отверстий в каждом из кольцевых рядов.
На раме 1 нанесена контрольная метка 7, служащая точкой отсчета количества делений 6 поворота стола 3.
В столе 3 выполнено два сквозных резьбовых отверстия 13, 14, центр одного из которых (например, 13) расположен над одной из окружностей расположения кольцевых рядов (например, 8) глухих конусных отверстий 10, а центр другого отверстия (например, 14) над другой окружностью (например, 9). В резьбовых отверстиях 13, 14 стола установлены винты 15, 16 с торцом, обращенным в сторону рамы 1, выполненным в виде конуса с конусностью, большей, чем конусность глухих конусных отверстий 10.
В столе зеркально по отношению друг другу выполнены дугообразные сквозные пазы 17, 18, центр изгиба осевой линии 19 которых совпадает с центром подвижной оси 5 стола 3. На раме 1 напротив центров дугообразных сквозных пазов 17, 18 стола 3 неподвижно установлены шпильки 20, 21 с внешней резьбой, которые проходят через дугообразные пазы 17, 18 стола 3. На резьбовые участки каждой их шпилек 20, 21, выходящие за пределы стола 3, установлены шайба 22 и гайка 23.
Стенд для резки заготовок работает следующим образом.
Заготовку 4 устанавливают на стол 3. Отворачивают гайки 23 и установочные винты 15, 16. Стол 3 поворачивают таким образом, чтобы установить заготовку 4 под нужным углом к режущему рабочему органу 2.
Положение стола 3 контролируют по положению делений 6 относительно контрольной метки 7. Заворачивают один из винтов 15, 16, тот, который находится над одним из глухих конусных отверстий 10. В том случае если деления 6 нанесены так, что они совпадают с радиальными линиями, выполненными на ряду 9, то при совпадении деления 6 с контрольной меткой 7 заворачивают винт 16, если контрольная метка 7 окажется между делениями 6, то заворачивают винт 15. При этом конический торец винта будет входить в коническое отверстие рамы, и тем самым обеспечит правильное положение стола 3 относительно рамы 1. Далее затягивают гайки 23, и тем самым обеспечивают не подвижное положение стола 3 относительно рамы 1.
Затем позиционируют положение режущего рабочего органа 2 относительно заготовки 4, и приводят рабочий режущий орган 2 в рабочее положение, перемещая его на заданное расстояние от заготовки 4.
Далее включают привод 24 режущего рабочего органа 2. Режущий рабочий орган 2, перемещаясь вдоль направляющей 27, воздействует на заготовку 4. В момент воздействия режущего рабочего органа 2 на заготовку фиксируются показания с тензометрических датчиков, один из которых 25 установлен на направляющей 27, а другой - в узле крепления привода 24 к боковой стойке рамы 1.
Благодаря тому, что стол установлен на раму на подвижной оси, обеспечивается возможность его поворота относительно рамы, и тем самым установки заготовки под определенным углом к траектории движения режущего рабочего органа.
Благодаря тому, что в раме на окружностях разного радиуса выполнены два кольцевых ряда с одинаковым количеством (Z) равномерно распределенных по окружности глухих конусных отверстий и тому, что количество делений, выполненных на наружной боковой поверхности стола, и их расположение определяются положением радиальных линий, проведенных через центры глухих конусных отверстий одного ряда к центру окружности, на которой они располагаются, обеспечивается расположение и глухих конусных отверстий внутри каждого ряда и делений, выполненных на наружной боковой поверхности стола, с одинаковым угловым шагом (Р), определяемым как
где α - угол, образуемый радиальными линиями, проведенными от меток к центру окружности, на которой они располагаются;
r - радиус окружности, по которой измеряет угловой шаг. Для окружности расположения глухих конусных отверстий меньшего радиуса - R1, большего радиуса - R2, окружности расположения делений - R3 (фиг. 3, 5).
Благодаря тому, что глухие конусные отверстия одного кольцевого ряда расположены на биссектрисах углов, образуемых радиальными линиями, проведенными через центры соседний глухих конусных отверстий, обеспечивается возможность позиционирования стола с шагом (Р1/2) который вдвое меньше, чем шаг расположения делений
Это обстоятельство обеспечивает возможность фиксирования угловых положений заготовки, установленной на столе, не только в положении, когда деление совпадает с контрольной меткой, но и в их промежуточном положении.
Благодаря тому, что в столе выполнено два сквозных резьбовых отверстия 15, 16 центр расположения одного из которых соответствует пересечению одной из окружностей расположения глухих конусных отверстий и радиальной линией, определяющей положение одной из меток на наружной боковой поверхности стола, наличию в резьбовых отверстиях стола винтов с торцом, обращенным в сторону рамы, выполненным в виде конуса с конусностью, большей, чем конусность глухих конусных отверстий, обеспечивается возможность точного позиционирования положения стола, а вместе с ним и установленной на нем заготовки, относительно рамы за счет центрирования конусного торца винта и конусного отверстия.
Благодаря тому, что в столе зеркально по отношению друг другу выполнены дугообразные сквозные пазы, центр изгиба осевой линии которых совпадает с центром подвижной оси стола, и тому, что на раме напротив центров дугообразных сквозных пазов стола неподвижно установлены шпильки с внешней резьбой, которые проходят через дугообразные пазы стола, а на резьбовые участки каждой их шпилек, выходящие за пределы стола, установлены шайба и гайка обеспечивается возможность надежной фиксации положения стола относительно рамы и тем самым удержание установленной на столе заготовки в неподвижном положении в момент воздействия на нее режущим рабочим органом.
Вся совокупность приведенных конструктивных признаков позволяет повысить удобство в работе путем облегчения процесса точной ориентации заготовки относительно траектории движения режущего органа. Кроме того, такая конструкция стенда для резки заготовок предполагает движение режущего рабочего органа, а не заготовки, как это свойственно аналогам, что способствует повышению наглядности при демонстрации работы и приближении условий резания к реальным, когда движется режущий рабочий орган, а сама заготовка находится статично на основании.