1.5. Кинематика процессов резания

Для упрощения конструкции деревообрабатывающих станков стремятся использовать простейшие движения: вращательное или прямолинейное поступательное. При различном сочетании направ­лений движения в пространстве эти два вида движения образуют множество вариантов кинематики резания. Когда главное движе­ние резания осуществляется одновременно с движением подачи, то в результате получается сложное движение резания. Если, на­пример, инструмент вращается, а ось его вращения осуществляет плоскопараллельное поступательное движение, то результирую­щей траекторией движения резания является циклоида. Такое сложное движение часто используют при пилении круглыми пилами и фрезеровании древесины.

1.5.1. Пиление

Поперечное пиление круглой пилой (рис. 1.6). Обычно в этом случае заготовка надвигается на пилу со скоростью υ_s, а пила вра­щается с частотой n (об/мин) в таком направлении, чтобы воз­никающие силы резания прижимали заготовку к установочным элементам станка. В точкеАзубья пилы входят, а в точке В — выходят из древесины. Если направление вращения инструмента в зоне резания совпадает с направлением движения подачи ма­териала, то такое пиление называют попутным. Если направле­ние движения подачи изменить на обратное, то пиление называ­ется встречным.

Рассмотрим основные параметры кинематики процесса резания.

Скорость движения зубьев по круговой траектории υ(м/с) на­зывают скоростью главного движения резания и определяют по формуле

υ= πDn/(60 * 1000),

где π=3,14; D— диаметр резания, мм; n — частота вращения инструмента, об/мин.

Направление движения подачи характеризуется скоростью по­дачи υ_s(м/мин). Главное движение резания и движение подачи в сумме образуют результирующее движение резания, которое ха­рактеризуется скоростью результирующего движения резанияυ_e. Скорость υ_e рассматриваемой точки С режущей кромки зуба полу-

Рис. 1.6. Кинематические параметры пиления:

1 — передняя грань зуба; 2 — режущая кромка; 3, б — обработанные поверхности; 4 —левый зуб; 5 — правый зуб; 7 — поверхность скалывания элемента стружки

чают геометрическим сложением векторов υиυ_s.Так как ско­рость главного движения резания υобычно значительно больше скорости движения подачи υ_s,то скорость результирующего дви­жения резания υ_eравна скорости главного движения резания υ,

т.е. υ_e=υ_.

За один оборот пилы срезается столько стружек, сколько зубь­ев размещено на окружности пилы. Их количество зависит от шага зубьев t₃ который равен расстоянию (мм) между вершинами двух смежных зубьев. За время одного оборота пилы заготовка переместится на расстояние S₀(мм), которое называют подачей на оборот:

S₀ = υ_s/(1000n).

Так как длина окружности пилы равна πD то при шаге t₃чис­ло зубьев z=πD/t₃.

Важнейшим параметром кинематики процесса резания явля­ется подача на зуб S_z(мм), соответствующая повороту инструмен­та на один угловой шаг зубьев пилы. На рис. 1.6 видно, что подача на зуб S_zпоказывает величину смещения центраО пилы за время ее поворота на угол, соответствующий одному шагу t₃.

Подача на зуб S_zсвязана с подачей на оборот S₀и скоростью подачи υ_sследующими зависимостями:

S_z= /z; =1000υ_s/(nz).

При торцевании брусковых деталей процесс поперечного пиления характеризуется тремя этапами.

На первом этапе зубья пилы внедряются в материал и срезают неполномерные стружки, длина дуги срезаемого слоя Ɩпостепенно увеличивается, а его средняя толщина а₁уменьшается (рис. 1.6, I).

На втором этапе зубья пилы входят в заднюю по ходу подачи кромку детали, контур срезаемых стружек постоянен, однако средняя толщина срезаемого слоя а₂после каждого реза уменьшается.

На третьем этапе вновь срезаются неполномерные стружки, длина которых с каждым срезом уменьшается, причем толщинаа_min срезаемого слоя при выходе зубьев остается постоянной.

Углы входа и выхода зубьев при срезании полномерных стружек соответственно вычисляют по формулам:

φ_вх= arccos(h/R);

φ_вых= arccos[(h+t)/R];

h= R-t-h_в.

где h — расстояние от оси вала до верхней пласти заготовки, наименьшее расстояние должно быть равно радиусу R_шшайбы (мм) для крепления пилы с учетом безопасного зазора(h=R_ш+10), мм;

R— радиус пилы (R= D/2),мм; t— толщина заготовки, мм; h_B— необходимый выступ зубьев пилы относительно заготовки, при­нимаемый равным высоте зубьев (h_B = 10... 15 мм).

Угол контакта зубьев с древесинойφ_к=φ_вх- φ_вых. Средняя точкаСнаходится на середине дуги АВ. Средний уголφ_срвычисляют по формуле:

Φ_ср=(φ_вх+ φ_вых)/2

Форма зуба круглой пилы для поперечного пиления специ­фична (рис. 1.6, II). Зуб имеет переднюю поверхность лезвия 1,положение которой относительно плоскости вращения пилы опре­деляется продольными углами: передним ɣ_пр = -25°, задним α_пр= 65° и углом заострения β_пр = 50°. В сечении поперечной плоскостью,

параллельной оси вращения пилы и нормальной вектору скоро­сти резания υ,передняя поверхность зуба имеет соответственно поперечные углы:α_пп,β_пп , ɣ_пп(рис. 1.6, сеч. А—А).

Для измерения величины заострения зуба используют нормальный уголβ_н между передней и задней поверхностями лезвия в сечении плоскостью, перпендикулярной режущей кромке 2.

Для исключения трения о стенки пропила кончики зубьев дол­жны формировать ширину пропила больше толщины полотна пилы. Увеличение ширины зуба на одну сторону получают разворотом (отгибом кончиков зубьев), плющением или боковым свесом при­паянной пластины твердого сплава.

Поперечное пиление разведенными зубьями осуществляется сле­дующим образом (рис. 1.6, III). Левый зуб 4 внедряется в древесину и главной режущей кромкой 2 надрезает волокна древесины, фор­мируя обработанную поверхность 3 (левую стенку пропила). Иду­щий следом правый зуб 5 аналогично формирует другую поверх­ность 6 (правую стенку пропила). При этом главные режущие кром­ки осуществляют резание в торец (угол встречи с волокнами ра­вен 90°). Древесина, заключенная между левой и правой стенками пропила, деформируется, сминается передней поверхностью лез­вия попеременно левого и правого зуба. Это приводит к периоди­ческому скалыванию элементов стружки по волокнам древесины (на рис. 1.6, III поверхность скалывания 7 показана пунктиром).

Продольное пиление круглой пилой (вдоль волокон). В этом слу­чае форма зубьев и их угловые параметры должны быть другими. Поперечное сечение получаемых стружек имеет вид, показанный на рис. 1.6, IV. Ширина пропила Ь_пр складывается из толщины диска пилы bи удвоенной величины бокового свеса (уширения на сторону) зубьев Ь₁т.е. b_np= Ь+2Ь₁.

Величина бокового свеса Ь₁зависит от породы древесины и режима пиления: для разведенных зубьев Ь₁= 0,3...0,4, для плю­щеных —Ь₁-=0,25...0,36 мм.

Так как зуб пилы отогнут в одну сторону на величину Ь₁ то срезаемый им слой в поперечном сечении имеет сложную ступен­чатую форму. В расчетах сложный профиль сечения заменяют эк­вивалентным прямоугольным сечением шириной Ьи толщиной

а_ср =b_npа/b,где а = S_zsinφ_срb— толщина диска пилы, мм.

Для плющеных зубьев и зубьев, оснащенных пластинами из твердого сплава, а_ср = а.

Шероховатость

поверхности Rт_тax , мкм……… 100 200 320 500800

Подача на зуб S_zмм,

при пилении:

поперечном ………………………0,05 0,15 0,20 0,50 0,8

торцово-продольном …………..0,10 0,20 0,35 0,80 1,0

Качество обработки определяется в основном подачей на зуб S_zвеличина которой зависит от шероховатости получаемой поверхности Rm_max.

При продольном пилении шероховатость поверхности пропила определяется в основном глубиной рисок, оставляемых зубьями пилы. Глубина рисок больше у той кромки детали, где зубья выходят из пропила, причем неровности увеличиваются с увеличением угла выхода зубьев и подачи на зуб. Допустимые значения подачи на зуб при продольном пилении острыми круглыми пилами находят по табл. 1.1.

Таблица 1.1

Допустимые значения подачи на зуб при продольном пилении острыми пилами(р=5…10 мкм)

Шероховатость поверхности Rmmax, мкм, не более	Подача на зуб Sz мм, при угле выхода φвых,
	от 20 до 50	от 60 до 70		от 20 до 50	от 60 до 70 ,
	для разведенных зубьев		для плющеных зубьев
1200	1,2	1,0		1,8	1,5
800	1,0	0,8		1,5	1,2
500	0,8	0,5		11	0,75
320	0,3	0,1		0,45	0,15
200	0,1	0,07		0,15	0,07
100	0,07	—		0,07	—

Таким образом, для повышения качества пиления требуется уменьшать подачу на зуб S_z,однако при малых значениях S_zувеличивается скорость затупления зубьев и уменьшается общее время работы инструмента.