§ 10. Точность и чистота обработки древесины

Первой стадией технологического процесса производства изделий из древесины является обработка деталей и узлов изделия по чертежам с за­данной точностью формы, размеров и чистоты поверхности. Точность оп­ределяется погрешностью, т.е. отклонением фактических параметров дета­ли от заданных.

Точность формы и размеров – это степень соответствия формы и действительных размеров отдельных участков деталей заданным на черте­же форме и номинальным размерам.

П огрешность формы – это отклонение фактических поверхностей от заданных геометрических (неплоскостность, непараллельность и крылова- тость плоскостей; конусность и овальность цилиндров; несоосность валов и т.п.) (рис.2.45, ΔS, Δα).

Погрешность размеров – это положительная или отрицательная раз­ность между заданными чертежом и действительными размерами

Погрешность поверхности – чистота – это наличие на поверхности неровностей в виде шероховатости, ворсистости и т.д.

Производственные факторы, влияющие на точность обработки

На точность обработки оказывают влияние:

1. свойства обрабатываемого материала;

2. методы и приёмы обработки;

3. выбор технологических баз;

4. точность применяемых станков, инструментов и приспособлений;

5. размеры обрабатываемых деталей и т.п.

1. К СВОЙСТВАМ ДРЕВЕСИНЫ, влияющим на точность обработки, относятся:

а) гигроскопичность древесины; б) анизотропия её строения; в) характер распределения влаги по сечению деталей; г) остаточные внут­ренние напряжения в них и д) неравномерное распределение плотности древесины в детали.

1. Гигроскопичность древесины – это способность отдавать воздуху связанную влагу (десорбировать) и усыхать или поглощать её (сорбиро­вать) и разбухать. В деревообрабатывающих цехах следует поддерживать устойчивую относительную влажность воздуха 35...75 % при температу­ре 15...25°С, равновесную эксплуатационной влажности древесины 6...10 % - для изделий спецназначения, мебели, музыкальных инструмен­тов, деталей внутренней отделки помещений либо 12... 15 % - для брусков дверных и оконных переплётов и т.п.

2. Анизотропия строения древесины предопределяет неравномер­ность усушки в радиальном и тангенциальном направлениях и приводит к короблению деталей даже при незначительной их эксплуатационной до­сушке.

3. Неравномерность конечной влажности по сечению деталей также отрицательно влияет на точность формы: после сострагивания сухих на­ружных слоев деталь будет усыхать и коробиться. Перепад конечной влажности по сечению мебельных деталей не должен превышать 2 %.

4. Остаточные внутренние напряжения в древесине сразу же приво­дят к короблению детали после сострагивания с неё первого слоя древеси­ны; для предотвращения их развития необходимо применять правильные режимы сушки, а для их снятия - конечную (после сушки) влаготеплооб- работку. В мебельных деталях наличие остаточных напряжений недопус­тимо.

5. Твёрдость древесины влияет на величину упругих деформаций об­рабатываемого слоя детали и на её размеры. Колебания твёрдости внутри одной породы вызывают соответствующие колебания в размерах обраба­тываемой детали. Настройка станка на обработку деталей из мягких пород непригодна для обработки деталей той же толщины из твёрдых пород. Точность обработки деталей на предыдущих операциях отражается на их точности при последующей обработке.

2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ предопреде­ляют точность обработки. В зависимости от способов получения на стан­ках заданных размеров детали различают работу: а) по промерам; б) по разметке и в) по настройке станков на размер.

1. Работа по промерам требует мало времени (только на постановку режущего инструмента и регулирование подающих механизмов). Сначала настраивают станок на размер, превышающий требуемый. После первого прохода деталь замеряют и настраивают станок на более точный размер и т.д. до максимального приближения к требуемому размеру. Точность такой настройки зависит от точности измерительного инструмента и от мини­мальной толщины снимаемого слоя, составляющей 0,01 мм при очень точ­ной настройке и острых ножах. Практически толщина снимаемого слоя при строгании равна 0,5 мм. (Радиус закругления лезвия ножа изменяется от 0,002...0,010 мм до 0,04 ...0,08 мм после 8-часовой работы). Практически достижимая точность обработки не может быть выше 0,25 мм: (толщина детали после последнего прохода по сравнению с толщиной после предпо­следнего прохода, равной П+0,25 мм, составляет (П+0,25)-0,5 = П-0,25 мм). Более точная доводка размеров достигается циклеванием или шлифо­ванием поверхности.

1. Работа по разметке применяется при продольном распиливании, при торцевании, при выпиливании кривых заготовок, при сверлении круг­лых гнезд и отверстий. Точность разметки по линейке не превышает 0,5 мм, а из-за несовпадения реза с риской или оси сверления с намеченной на детали точкой и из-за погрешностей, дающих самим станком, общая точ­ность работы по разметке не превышает 1 мм. Этот метод применяется в мелкосерийном производстве, когда ручная разметка повышает полезный выход заготовок.

2. Работа по настройке станков обеспечивает более высокую точ­ность и производительность и применяется в серийном и массовом произ­водствах. Настройкой называют такое регулирование положения стола, ра­бочих ножевых валов и шпинделей, инструмента, приспособлений, по­дающих и других механизмов, которое заранее определяет положение де­тали на станке по отношению к режущему инструменту для получения за­данного размера. Настройка состоит из двух этапов: сначала регулируют положение направляющих и рабочих элементов станка с помощью мери­тельного инструмента; затем по результатам обработки пробных деталей окончательно регулируют станок. При этом автоматически учитывается влияние на точность обработки вибраций, распирающего действия детали и других факторов, которые учесть расчётом невозможно. Основной прин­цип настройки – принцип подобия – означает, что настройка должна вес­тись на деталях той же породы и размеров, что и подлежащих обработке.

2. БАЗИРОВАНИЙ ЛЕТАЛИ на станке достигается закреплением или прижимом заготовки к тем или иным поверхностям станка и связано с полным либо частичным лишением детали свободы перемещения, т.е. сте­пеней свободы. Полная определённость положения заготовки может быть достигнута при наличии не менее 6 опорных точек. Заготовка, лежащая на столе станка, лишена трёх степеней свободы (вращения вокруг обеих гори­зонтальных осей и перемещения по вертикальной оси), что равносильно действию трех опорных точек. Заготовка, прижатая к направляющей ли­нейке, лишена ещё двух степеней свободы (вращения вокруг вертикальной оси и поперечного перемещения), что равносильно действию двух опор­ных точек. Остается одна степень свободы - продольное перемещение за­готовки, для лишения которой достаточно упора (последней 6-й точки опоры). При базировании детали на станке у неё различают три группы поверхностей: а) базирующие поверхности – установочные базы; б) по­верхности прижима, на которые давят прижимные устройства и в) обраба­тываемые поверхности.

1. Установочной базой называется совокупность поверхностей обра­батываемой заготовки, используемых для придания ей заданного положе­ния относительно режущего инструмента. Черновые установочные базы – необработанные, грубые поверхности досок и заготовок – используются при раскрое материалов на заготовки и на первых операциях их обработки. Чистовые установочные базы – чисто обработанные поверхности (строга­ные, чисто опиленные, шлифованные) – точностью и чистотой обработки предопределяют точность базирования и последующей обработки новых поверхностей. Сборочные базы – совокупность поверхностей или отдель­ных элементов детали, определяющие её положение в изделии по отноше­нию к другим деталям. Например, сборочной базой для поперечных бру­сков, собираемых в рамку с помощью сквозного открытого шипа, являют­ся боковые и внутренние поверхности шипов и их заплечики. Измеритель­ная база – совокупность поверхностей, от которых при обработке детали или узла производят отсчёт замеров. Конструктивные базы – это совокуп­ность поверхностей, линий и точек, по отношению к которым определяют положение рассматриваемых на чертеже поверхности, линии или точки. (Технологические базы могут и не совпадать с конструктивными). Количе­ство базирующих поверхностей может быть разным. На точность базиров­ки влияет расстояние между опорными точками базы, а также неровности стола, линейки и базирующих поверхностей детали – базировать детали надо наиболее длинной, широкой и вогнутой стороной детали. Кроме того, на точность обработки влияет и чистота поверхности, на которую базиру­ют детали. Из условий правильной базировки заготовок исходят следую­щие правила построения технологического процесса механической обра­ботки деталей:

• Черновые базы следует использовать лишь для первичных опера­ций раскроя лесоматериалов на заготовки.

• Обработка заготовок должна начинаться с создания чистовой уста­новочной базы, затем направляющей поверхности (одной кромки), затем ведут дальнейшую обработку.

• Базировать детали надо вогнутой, наиболее длинной и широкой стороной.

• Стремиться к использованию одной и той же базы для выполнения возможно большего числа операций (нарезки шипов, гнезд, отверстий и т.д.).

• Установочные базы должны совпадать со сборочными базами.

• Предусматривать проверку чистовых баз после длительной выдерж­ки деталей, (особенно склеенных) и создание для дальнейшей обработки уз­ловых блоков, щитов, рамок, брусков новых базисных поверхностей.

2. Поверхности прижима детали чаще всего принимаются обратными опорной. Большие усилия прижима не желательны: они снижают точность обработки. Места расположения прижимов должны быть ближе к местам обработки для уменьшения давления (на удержание детали), вибрации, де­формации деталей и повышения точности обработки.

3. Обрабатываемые поверхности. На рейсмусовых и 3-цилиндровых шлифовальных станках, где допустима одновременная (односторонняя) обработка нескольких деталей, обрабатываемой и прижимной является сторона, противоположная базирующей. При обработке детали без соблю­дения заданной ее толщины (на фуговальных, ленточно-шлифовальных станках) обрабатываемая поверхность может одновременно являться и ба­зирующей.

2. ТОЧНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ: а) станков; б) приспособлений и в) инструментов, зависящая от точности их изготовления и степени износа, оказывает большое влияние на точность обработки деталей.

1. Геометрическая точность станков характеризует прямолинейность рабочих поверхностей столов и кареток, параллельность или перпендику­лярность осей ножевых валов поверхности стола или каретки, радиальное или осевое биение валов и т.п. Различают 3 класса точности станков: I – повышенной точности, II – средней и III – низкой точности. Например, I-II кл: продольно-фрезерные, фуговальные, рейсмусовые, (фрезерные, шипорезные, сверлильно-пазовальные станки; II кл: цепно-долбежные, сверлильные, токарные, круглопильные для чистовой обработки; II-III кл: круглопильные для черновой торцовки и раскроя, ленточнопильные; III кл: лесопильные рамы, шпалорезные станки.

Нормы геометрической точности (погрешностей) дереворежущих станков I/II/III классов точности (по Ф.М. Манжосу) ориентировочно сле­дующие:

• по относительной стреле прогиба (f/l): неплоскостности столов, ли­неек, непараллельности и неперпендикулярности элементов станков и их перемещений по изменению уровня столов, кареток при их перемещении f/l = (0,0001 ...0.0002)/(0,0002... 0.0006)/(0,0003... 0,001);

• по радиальному биению шпинделей, контрольных оправок, (встав­ляемых в центрирующие отверстия шпинделей), по осевому их биению, по несоосности валов, по зазорам при осевом и радиальном их смещении и по зазорам при поперечном смещение суппортов и кареток с направляющих f = (0,02...0,05)/(0,04...0,15)/(0,10...0,50) мм.

2. Точность изготовления приспособлений находится в таких же пределах. Точность временных деревянных приспособлений должна в два раза превышать требуемую точность деталей, для которых они предназначены.

3. Точность режущего инструмента оказывает большое влияние на точность обработки деталей. Непрямолинейность режущей кромки (лез­вия) ножа вызывает неравномерность толщины детали по её ширине. Допускаемые отклонения по диаметру круглых пил ± 1 мм; по шагу зуба ± 1 мм ; по углам заточки до ± 1°; точность развода зубьев ± 0,05 мм. До­пускаемые отклонения для строгальных ножей: по ширине ножа ± 1 мм, непрямолинейность режущей кромки до 0,4мм/100 мм длины ножа. До­пускаемые отклонения в точности изготовления фрез: по шагу зубьев ± 2 мм: по радиусам резания отдельных зубьев ± 0,5 мм. Геометрическая точ­ность станков, приспособлений и инструментов предопределяет точность обработки деталей, но не гарантирует её, т.к. её проверяют в ненагруженном состоянии.

2. РАЗМЕРЫ ОБРАБАТЫВЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ также оказывают су­щественное влияние на точность обработки: при больших размерах абсо­лютная погрешность больше. Зависимость погрешности обработки от раз­меров деталей учитывается в системе допусков и посадок, действующей в данном производстве.