Резание древесины и дереворежущий инструмент, Ч.1. (90

и объемное копирование;

3)формирование на концах деталей присоединительных элементов (шипов и проушек);

4)измельчение древесины в технологическую щепу и стружку;

5)выработка пазов и гнезд (пазовое фрезерование).

Вприведенном перечне позиции 1, 2 и 3 относятся к поверхностной обработке заготовок, 4 – к делению древесины, 5

– к глубинной обработке. Таким образом, процесс фрезерования является универсальным по технологическому назначению.

Процессы фрезерования классифицируют по ряду признаков.

1. По расположению лезвий режущего инструмента относительно оси вращения и форме поверхностей, описываемых лезвиями в пространстве, различают цилиндрическое (рис. 3.1 а) фрезерование, при котором лезвия параллельны оси вращения инструмента и при вращении описывают цилиндрические поверхности; коническое (рис. 3.1 6) фрезерование, при котором лезвия наклонены к оси вращения инструмента на некоторый угол и описывают при вращении конические поверхности; торцовое (рис. 3.1 в) фрезерование, при котором лезвия расположены перпендикулярно к оси вращения инструмента и описывают при вращении плоские поверхности кольца или круга.

Сочетания основных видов – цилиндрического, конического и торцового – дают широко встречающиеся в практике разновидности: торцово-коническое (рис. 3.1 г), торцово-цилиндрическое (рис. 3.1 д), цилиндро-коническое (рис. 3.1 е) и цилиндро-торцово-коническое (рис. 3.1 ж). Основными видами фрезерования получают плоские обработанные поверхности деталей. Сочетанием основных видов в одном инструменте (рис. 3.1 г – ж) обеспечивается получение сложных поверхностей, профиль поперечного сечения которых составлен из отрезков прямых линий. Вид фрезерования, при котором

31

режущие кромки лезвий имеют криволинейный профиль и при вращении инструмента описывают сложную поверхность вращения (рис. 3.1 з), обычно считают самостоятельным и называют профильным фрезерованием.

Рис. 3.1. Фрезерование:

а – цилиндрическое; б – коническое; в – торцовое;

г– торцово-коническое; д – торцово-цилиндрическое;

е– цилиндро-коническое; ж – цилиндро-торцово- коническое; з – профильное; и – продольное, со встречной подачей; к – поперечное с попутной подачей; л – в торец

заготовки; м – открытое; н – полузакрытое; о – закрытое

2.По положению обработанной поверхности и направлению подачи относительно волокон древесины различают фрезерование вдоль волокон (рис. 3.1 и), при котором обработанная поверхность и направление подачи параллельны волокнам; поперек волокон (рис. 3.1 к), при котором обработанная поверхность параллельна волокнам, а направление подачи перпендикулярно им; в торец (рис. 3.1 л), при котором обработанная поверхность и направление подачи перпендикулярны направлению волокон.

3.По направлению подачи заготовки относительно направления вращения инструмента фрезерование может быть встречным (рис. 3.1 и) или попутным (рис. 3.1 к). Попутное

32

фрезерование не получило широкого распространения из-за повышенного расхода энергии на резание (в 1,5 - 2 раза больше, чем при встречном).

4. По числу режущих кромок лезвия различают фрезерование открытое (рис. 3.1 м), полузакрытое (рис. 3.1 н) и закрытое (рис. 3.1 о). Ниже рассматривается основной вид – цилиндрическое фрезерование (рис. 3.2). Цилиндрическое фрезерование иногда называют плоским, так как в результате обработки у деталей формируются плоские поверхности.

Рис. 3.2. Схема цилиндрического фрезерования со встречной подачей заготовки

3.2. Кинематика

Главное движение фрезерования – это вращательное движение, при котором каждая точка лезвия описывает окружность. Движение подачи – равномерное движение с прямолинейной траекторией. Скорость главного движения, м/с:

33

Численные значения U на фрезерных станках составляют

всреднем 20 - 70 м/с, Us = 10 - 40 м/мин.

3.3.Геометрия срезаемого слоя и фрезерованной

поверхности

На рис. 3.2 справа от резца показана нефрезерованная поверхность детали, слева и несколько ниже – фрезерованная поверхность (плоскость). Разница уровней нефрезерованной и фрезерованной поверхностей составляет удаляемый припуск или глубину фрезерования t (обычно t = 2...4 мм). Дугами окружностей, описанных предыдущим лезвием из центра C1 и последующим лезвием из центра C2, в пределах контура заготовки показаны следы двух смежных поверхностей, ограничивающих срезаемый слой (частично заштрихован горизонтальной штриховкой).

Положение резца (точки п) на дуге резания определяют углом поворота резца ϕ , отсчитываемым от диаметра окружности резания, перпендикулярного направлению подачи.

34

Геометрические параметры срезаемого слоя: длина, ширина, толщина. Длина l совпадает с длиной дуги контакта резца с заготовкой:

Ширина слоя b (размер в направлении перпендикулярном плоскости рисунка) при открытом фрезеровании равен ширине обрабатываемой заготовки.

Толщина слоя а измеряется по нормали к последующей траектории в данной точке (т. е. по радиусу, проведенному в

срезаемого слоя вычисляется либо как толщина в средней точке при ϕ = ϕконт / 2 , либо путем деления площади срезаемого слоя

Szt в продольном сечении (в плоскости рис. 3.3) на длину слоя l:

фрезерованием, определяющим образом влияют кинематические неровности (волны на поверхности, обусловленные кинематикой фрезерования) и неровности разрушения (законы, отщепы, вырывы частиц древесины).

При фрезеровании многолезвийной ножевой головкой практически не удается даже при тщательной установке добиться равенства радиусов резания лезвий (неточность установки τ = R max − R min = 0,02...0,1 мм).

Вобщем случае неравенство радиусов резания приводит

ксрезанию различных по объему стружек и формированию на поверхности детали волн различной длины. На рис. 3.3 а показан

35

что, например, для резания шестизубой фрезой дает волны в 36 раз меньшей глубины, чем при формировании поверхности одним, наиболее выступающим лезвием. Обеспечение высокой точности расположения лезвий на окружности резания может быть достигнуто в результате их прифуговки при рабочем вращении инструмента, т.е. путем срезания абразивным инструментом – оселком неодинаковых выступов лезвий на величину примерно средних значений τ .

Надо стремиться к тому, чтобы длина волн е соответствовала подаче материала на один зуб Sz, а величина Sz была возможно минимальной. Первое условие обеспечивается тщательной установкой режущих элементов в инструменте и последующей прифуговкой лезвий. Пути выполнения второго условия определяются формулой

Получить как можно меньшее значение Sz, не снижая величины Us, можно, увеличивая число лезвий z в фрезерном инструменте и (или) увеличивая частоту вращения инструмента n. Возможности увеличения z и n лимитируются конструктивными особенностями инструмента, физико- механическими свойствами материала инструмента, требованиями техники безопасности.

Инструменты, применяемые для плоского продольного фрезерования, обычно имеют z=2-6 (максимум 12-18) и работают при n=3000...6000 (максимум 12000) мин-1.

Кинематические неровности определяют шероховатость обработанной поверхности только при продольном (угол встречиϕв =0°) или продольно-торцовом фрезеровании по волокнам ( ϕв >90°). В табл. 3.1 приведены значения предельно допустимой длины волн на обработанной поверхности для заданного уровня шероховатости.

При продольно-торцовом фрезеровании против волокон

37

(угол встречи ϕв между 0° и 90°) качество обработки определяется не кинематическими неровностями, а неровностями разрушения, не поддающимися расчету. Наибольшая подача на резец Sz, при которой обеспечивается заданный уровень высоты неровностей Rm max, в этом случае определяется по опытным данным (рис. 3.3 б). Чтобы определить допускаемую подачу на зуб, обеспечивающую получение фрезерованной поверхности, например 100 мкм при угле встречи ϕв =200, необходимо от точки на оси абсцисс

ϕв =20° подняться до пересечения кривой 100 мкм (позиция 4). Затем, двигаясь от точки пересечения влево по горизонтали, на оси ординат прочесть величину Sz =0,5 мм.

Таблица 3.1

Предельно допустимая длина волн, мм, на обработанной поверхности для заданной высоты неровностей при продольном фрезеровании

3.4. Силы и мощность фрезерования

На дуге контакта резца с древесиной действуют переменные касательная FX и нормальная FZ силы резания (рис. 3.4). В расчетах определяют среднюю касательную силу на дуге контакта лезвия с заготовкой FX ср и среднюю цикловую (за цикл

38

главного движения – один оборот инструмента) FX ц.

где FX1=FX т α попр – единичная касательная сила, Н/мм;

b – ширина срезаемого слоя (равная ширине заготовки), мм; FX т – табличная касательная сила, Н/мм (табл. 3.2);

α nonp – общий поправочный множитель, учитывающий условия резания; zреж – число одновременно режущих лезвий;

tз = 2 π R/z, z – число лезвий в инструменте, шт.

Рис. 3.4. Силы резания при цилиндрическом фрезеровании со встречной подачей заготовки

Угол встречи ϕв при фрезеровании вычисляется как сумма углов подачи ϕп (между направлением волокон в заготовке и вектором скорости подачи Us, и среднего угла

39

Мощность резания определяют по цикловой касательной силе и скорости главного движения или по объемной формуле

где Kт – табличное значение удельной работы (см. табл. 3.2).

Таблица 3.2

Значения FXT и Kт для продольно-торцового цилиндрического

фрезерования(сосна, W = 10 ... 15 %,

v = 20 ... 40 м/с, резец острый, δ = 55 ... 60°)

Наибольшую скорость подачи US(P), допустимую по условию полного использования заданной мощности резания Рр, рассчитывают по преобразованной объемной формуле

где FX т – табличная сила фрезерования, Н/мм2.

40