Ленточно-отрезной станок
BAND-CUTTING MACHINE

Изобретение относится к станкостроению, а именно к устройствам ленточнопильных станков для разрезки различных материалов, например металлов. Изобретение может быть использовано при экспериментальных исследованиях процесса резания на ленточно-отрезных станках.
Аналогом изобретения является ленточно-отрезной станок (пат. № 2674500, МПК B23D 55/08 , опубл. 11.12.2018 г. бюл. № 35), содержащий пильную раму, два диска, один из которых приводной, а другой натяжной, расположенные на пильной раме, ленточную пилу, натянутую на упомянутых дисках, стабилизирующие элементы для гашения вибрации ленточной пилы и две направляющие ленточной пилы, разворачивающие ее относительно плоскости заготовки в зоне резания и установленные на пильной раме, при этом каждый из стабилизирующих элементов состоит из двух роликов, один из которых металлический, а второй - из капролона, а направляющие установлены единым блоком на пильной раме, при этом каждый стабилизирующий элемент содержит дополнительно установленный на пильной раме поворотный механизм, каждый из которых выполнен с возможностью поворота на угол 45-135° относительно плоскости заготовки в зоне резания в противоположном направлении относительно друг друга, обеспечивающий скручивание ленточной пилы и состоящий из закрепленного на пильной раме неподвижного и подвижного элементов, сообщенных между собой посредством болтового соединения, размещенного в сквозном отверстии, вырезанном по траектории параболы на подвижном элементе, который сообщен с роликами посредством осей, при этом на сопрягаемых поверхностях подвижного и неподвижного элементов дополнительно нарезаны треугольного профиля шлицы высотой от 3 до 5 мм, при этом неподвижный и подвижный элементы сообщены между собой болтовым соединением в количестве от одного до трех, а оси с установленными на них роликами впрессованы в подвижный элемент.
Недостатком предлагаемой в данном патенте конструкции является низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные снижением жесткости конструкции в процессе эксплуатации, связанной с износом и, как следствие, появлением люфтов между полотном пилы и роликами, а также между роликами и осью, что приводит к возникновению вибраций и шума. Также недостатком является низкий КПД, обусловленный наличием постоянной поверхности сопряжения в местах контакта роликов и полотна ленточной пилы, что при работе ленточно-отрезного станка сопровождается трением качения с частичным проскальзыванием в местах контакта пилы с роликами и трением скольжения по поверхности сопряжения роликов и оси, на которые установлены ролики, что в совокупности приводит к нагреву и снижению КПД.
Прототипом изобретения является ленточно-отрезной станок (пат. № 2548853, МПК B23D 55/08 , опубл. 20.04.2015 г. бюл. № 11), содержащий пильную раму, два диска, один из которых приводной, а другой натяжной, расположенные на пильной раме, ленточную пилу, натянутую на упомянутых дисках, и стабилизирующий элемент для гашения вибрации ленточной пилы, дополнительно содержащий второй стабилизирующий элемент и две направляющие для ленточной пилы, разворачивающие ее перпендикулярно плоскости заготовки в зоне резания и установленные на пильной раме, при этом каждый из стабилизирующих элементов состоит из двух роликов, один из которых металлический, а второй - из капролона, установленных единым блоком совместно с направляющими на пильной раме с возможностью обеспечения дополнительной опоры ленточной пиле.
Недостатком предлагаемой в данном патенте конструкции являются низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные снижением жесткости конструкции в процессе эксплуатации, связанной с износом и, как следствие, появлением люфтов между полотном пилы и роликами, а также между роликами и осью, что приводит к возникновению вибраций и шума. Также недостатком является низкий КПД, обусловленный наличием постоянной поверхности сопряжения в местах контакта роликов и полотна ленточной пилы, что при работе ленточно-отрезного станка сопровождается трением качения с частичным проскальзыванием в местах контакта пилы с роликами и трением скольжения по поверхности сопряжения роликов и оси на которые установлены ролики, что в совокупности приводит к нагреву и снижению КПД.
Задачей изобретения является усовершенствование ленточно-отрезного станка, направленное на повышение эксплуатационных характеристик, улучшающих условия труда операторов.
Техническим результатом изобретения является повышение жесткости и стойкости инструмента, за счет снижения вибрации инструмента ленточной пилы и, как следствие, снижение интенсивности звукового излучения пилы в момент резания в самом источнике возникновения звуковых волн, обеспечение сохранения эксплуатационных характеристик, снижение вибрации инструмента ленточной пилы в процессе эксплуатации, а также повышения КПД за счет отсутствия поверхностей сопряжения между элементами, обеспечивающими снижения вибрации ленточной пилы, и ленточной пилой.
при этом
3
Технический результат достигается тем, что ленточно-отрезной станок, содержит пильную раму, два диска, один из которых приводной, а другой натяжной, расположенные на пильной раме, ленточную пилу, натянутую на упомянутых дисках, стабилизирующий элемент для гашения вибрации ленточной пилы и две направляющие для ленточной пилы, разворачивающие ее перпендикулярно плоскости заготовки в зоне резания и установленные на пильной раме, стабилизирующий элемент состоит из основания, размещенного на пильной раме, и установленного в нем посредством двух подшипников скольжения червяка, имеющего по центру перегородку, разделяющую левостороннюю и правостороннюю винтовые поверхности трапецеидальной формы, при этом левосторонняя и правосторонняя винтовая поверхность сопряжены соответственно с левой и правой зубчатой рейкой, каждая из которых установлена в Т-образные пазы с возможностью осуществления возвратно-поступательных движений вдоль них, а на каждой зубчатой рейке закреплена стойка с зафиксированным магнитом с магнитной энергией 358-414 кДж/м, при этом магниты установлены одноименными полюсами друг к другу на равноудалённом от полотна пилы расстоянии 2-15 мм.
Возникающие в процессе работы на ленточно-отрезном станке вибрации повышают интенсивность звукового излучения, тем самым создавая повышенный фоновый шум, который со временем наносит вред здоровью человека. Применение специальных средств защиты, таких как наушники, в большей степени не соблюдается по разным причинам, в том числе и по причине слухового контроля окружающей пространства и состояния эксплуатируемого оборудования. Также возникающие повышенные вибрации свидетельствуют о низкой жесткости инструмента, что также влияет на эффективность резания и срок службы ленточной пилы.
При этом существующие конструкции и предлагаемые решения позволяют устранить проблему возникновения вибраций, путем механического обжимания полотна пилы устройствами, имеющими демпфирующие элементы и высокую жесткость. Это позволяет эффективно гасить возникающие в процессе резания вибрационные волны. Однако минусом таких узлов являются потери на трение качения с частичным проскальзыванием в процессе работы ленточно-отрезного станка в местах подвижного сопряжения роликов и полотна ленточной пилы и трения скольжения между роликами и осями, на которых они установлены. При этом процесс обкатки сопровождается проскальзыванием, что ведет к потере энергии, а, следовательно, к снижению КПД данного узла и станка в целом. При этом происходит износ по поверхностям сопряжения, в результате чего появляются люфты и теряется жесткость конструкции, а также снижается усилие прижима роликами полотна пилы. Таким образом, снижается эффективности гашения возникающих в процессе резания вибрационных волн узлом виброгашения, который в свою очередь по мере износа становится источником вибрации и шума.
Решением данной проблемы может быть обжимание полотна пилы линиями магнитной индукции от одноименных полюсов магнитов, что в свою очередь позволит избежать сопряжения между узлом виброгашения и полотном пилы, и достигнуть повышение КПД узла и станка в целом, а также сохранение характеристик по гашению возникающих вибраций на протяжении всего времени работы узла. Благодаря этому ещё больше снижается шум, повышается устойчивость режущего инструмента и улучшается качество реза.
Одинаковое удаление магнитов от полотна пилы обеспечивает постоянное нахождение положения равновесия пилы в месте соприкосновения магнитных полей. Линии магнитной индукции для полей одинаковых по силе магнитов обжимают полотно пилы, находящееся в положении равновесия, при этом притягивающее действие каждого магнита уменьшает скорость возврата работающей пилы в положение равновесия, к которому она стремится, создавая вибрации. Снижение скорости отклонения и возврата пилы относительно первоначального положения (положения равновесия) позволяют также уменьшить амплитуду и частоту колебаний полотна пилы. Благодаря отсутствию сопряжений не происходит потери полезной энергии, которая отражается на процессе резания (эффективность), а также не происходит износ элементов узла виброгашения, обеспечивающих снижение вибрации полотна пилы в процессе резания. Это позволит сохранить характеристики узла по гашению вибрации на продолжительном времени работы станка.
3
Установка магнитов (магнитной энергией 358-414 кДж/м характерной для неодимовых магнитов) на стойки, сообщенные посредством зубчатой рейки с червяком, имеющим правостороннюю и левостороннюю винтовые поверхности трапецеидальной формы, позволяет регулировать расстояние между магнитами и обеспечивать необходимую плотность линий магнитной индукции, а также делает возможным применение данного узла к широкому классу ленточных пил по их типоразмерам. Применение в качестве опор для червяка подшипников скольжения, установленных в основании, а также перемещение стоек, закрепленных на левой и правой зубчатых рейках, сопряженных с левосторонней и правосторонней винтовой поверхностью и установленных в Т-образные пазы с возможностью осуществления возвратно-поступательных движений вдоль них, обеспечивают жесткость данного узла.
3
3
Регулировка расстояния между магнитами и полотном ленточной пилы позволяет изменять магнитную энергию воздействия со стороны каждого магнита на полотно ленточной пилы. Чем ближе магниты подведены к полотну ленточной пилы и чем выше магнитная энергия, тем выше интенсивность гашения вибраций ленточной пилы. При этом магниты с магнитной энергией ниже 358 кДж/м менее эффективны для виброгашения, чем предлагаемые в аналогах конструкции, даже при фиксировании магнита на минимально возможном расстоянии от полотна ленточной пилы равном 2 мм. Верхний предел магнитной энергии 414 кДж/м связан с имеющимися в доступности на сегодняшний день магнитами. Воздействие каждого магнита на полотно ленточной пилы увеличивается при приближении полюса магнита к пиле, так как на полюсах концентрация магнитного поля максимальна в виду того, что именно на полюсах наиболее густо расположены магнитные силовые линии. По мере удаления от полюса магнита густота силовых линий уменьшается. Силовой характеристикой описывающей воздействие магнитного поля на полотно ленточной пилы является «магнитная индукция поля» - количество силовых линий, проходящих через площадку, расположенную перпендикулярно их направлению. Таким образом, чем выше густота силовых линий, тем выше магнитная индукция - сила, обжимающая полотно пилы с двух сторон, что обеспечивается парой магнитов, установленных равноудалённо по обе стороны ленточной пилы. Эта сила уменьшает скорость возврата работающей пилы в положение равновесия, к которому стремится полотно пилы. Снижение скорости отклонения и возврата пилы относительно первоначального положения (положения равновесия) позволяют также уменьшить амплитуду колебаний. Уменьшение расстояния от магнита до ленточной пилы способствует достижению максимально возможного для данной схемы результата.
3
Сближение магнитов к полотну ленточной пилы до расстояния менее 2 мм приводит к примагничиванию пилы к магниту, что недопустимо, так как в том случае появляется трение скольжение и снижает КПД данного узла и станка в целом. По мере нагревания, вследствие возникновения трения между полотном и магнитом, и по достижению температуры точки Кюри магнит теряет свои магнитные характеристики, что приводит к потере эффективности виброгашения ленточно-отрезного станка. При этом расстояние от полотна пилы выше 15 мм для магнитов с магнитной энергией 358-414 кДж/м значительно снижает эффективность воздействия магнитного поля на полотно пилы вплоть до полного отсутствия, какого воздействия, тем самым значительно снижая эффективность виброгашения или вообще не влияния на вибрационные процессы, возникающие в процессе резания.
Таким образом, совокупность предложенных признаков позволяет достичь заявленного технического результата.
На фиг. 1 изображена схема ленточно-отрезного станка. На фиг. 2 и фиг. 3 изображена схема стабилизирующего элемента.
Ленточно-отрезной станок, состоит из ленточной пилы 1, натянутой на натяжном 2 и приводном 3 дисках, установленных на пильной раме 7, направляющих 6 ленточной пилы 1, разворачивающих ленточную пилу относительно плоскости заготовки 4 непосредственно в зоне резания. Приводной диск 3 приводится в движение двигателем 8 через приводной механизм 9. Стабилизирующие элементы 5 не прилегают вплотную к пиле и представляют собой магниты 11, закрепленные на стойках 10 так, что одноименные полюса магнитов направленны друг к другу. В верхней части стоек 10 расположены зубчатые рейки 12, расположенные в Т-образных пазах 16. С помощью упомянутых реек стойки фиксируются в основании 15, при этом рейки 12 находятся в зацеплении с червяком 14, имеющим левосторонюю и правостороннюю винтовые поверхности трапециидальной формы позволяющие при вращении червяка 14 посредством зубчатых реек 12 изменять расстояние между стойками 10 с магнитами 11. Червяк 14 в свою очередь установлен в основаии 15 с помощью подшипников 13 позволящих свободно вращаться червяку 14 вокруг своей оси в основании 15. Такая конструкция позволяет регулировать удаление магнитов от полотна пилы и сохранять это расстояние одинаковым на протяжении всей работы, так как передача червяк-зубчатая рейка является самотормозящей.
Ленточно-отрезной станок работает следующим образом: зубчатые рейки 12 максимально разводятся друг от друга, снимаются магниты 11 со стоек 10, после чего полотно ленточной пилы 1, устанавливают в ленточно-отрезной станок на натяжной диск 2 и приводной диск 3. После этого натягивают полотно ленточной пилы 1 при помощи натяжного диска 2, затем устанавливаются магниты 11 обратно на стойки 10. После чего вращают черняк 14, вокруг своей оси, рамещенного в основании 15 посредством подшипников 13. Подшипники 13 перемещают вдоль Т-образных пазов 16 находящиеся в сопряжении с червяком 14 зубчатые рейки 12, тем самым регилируют расстояние между стойками 10 с магнитами 11. Запускают двигатель 8, который через приводной механизм 9, вращает приводной диск 3, который приводит в движение ленточную пилу 1, вращающую натяжной диск 2. Направляющие 6 разворачивают ленточную пилу 1, перпендикулярно плоскости заготовки 4, которая разрезает заготовку 4. В процессе резания возникают колебания ленточной пилы 1, которые поглощаются создаваемыми магнитами 11 магнитными полями, в месте пересечения которых находится положение равновесия полотна пилы 1. При этом регулируя расстояние от магнитов 11 до ленточной пилы 1, а также величину магнитной энергии изменяют влияние воздействия магнитного поля на пилу, и как следствие эффективность гашения возникающих вибраций полотна ленточной пилы 1.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты измерения виброускорения и КПД узла виброгашения в процессе резания
Предложенная конструкция ленточно-отрезного станка позволяет повысить эксплуатационные характеристики, а именно жесткость и стойкость инструмента за счет снижения вибрации инструмента ленточной пилы и, как следствие, снижение интенсивности звукового излучения пилы в момент резания в самом источнике возникновения звуковых волн, а также повысить КПД.