5.1 Параметры шероховатости обработанной поверхности, формирование поверхности при фрезеровании

Качество мебели и других изделий из древесины во многом определяется шероховатостью их поверхностей. Шероховатость поверхности составляют не­ровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки: риски - следы режущего инструмента; ворсистость - присутствие на поверх­ности обработки часто расположенных волокон (ворсинок) древесины; мши­стость - наличие не полностью отделенных пучков и мелких частиц древеси­ны; неровности разрушения - выколы и вырывы целых пучков древесины; неровности упругого восстановления - неодинаковое смятие инструментом поверхностного слоя древесины на участках различной плотности и твердости.

Требования к шероховатости поверхности установлены без учета неров­ностей, обусловленных анатомическим строением древесины (впадины, обра­зованные полостями перерезанных сосудов), а также без учета случайных де­фектов поверхности (сколы, вырывы, выщербины и пр.).

ГОСТ 7016-82 устанавливает следующие параметры шероховатости :

Rm_max - среднее арифметическое высот (отдельных наибольших) неровно­стей

на поверхности;

Rm - наибольшая высота неровностей профиля;

Rz - высота неровностей по десяти точкам в пределах базовой длины;

Ra - среднее арифметическое абсолютных отклонений профиля;

Sm - средний шаг неровностей профиля по впадинам ;

N_{i max}, n_{i min}- соответственно минимальное и максимальное отклонение профиля от линии отсчета.

Параметр Rm_max рекомендуется применять для оценки шероховатости пиломатериалов после рамного распила, пилении дисковыми пилами, а также лущеного и строганого шпона.

Параметры Rm, Rz, Ra следует применять для оценки шероховатости древесностружечных и древесноволокнистых плит, пиломатериалов после фрезерования и шлифования плит облицованных шпоном и прошлифованных.

Параметр Sm применяется когда величина шага оказывает существеное влияние на качество изделия.

При осуществлении процесса цилиндрического фрезерования существенное влияние на качество обработанной поверхности оказывают кинематические неровности, которые оцениваются средним шагом неровностей по впадинам Sm, зависящим от подачи на резец.

При продольном фрезеровании движение резания - вращательное, при котором каждая точка режущей кромки лезвия описывает окружность, называемую окружностью резания, а всякая режущая кромка (кромки) - цилиндрическую поверхность. Характеристикой окружности резания является диаметр (радиус) резания D (R), при этом частота вращения ножевого вала

n (мин^-1)=const.

Траектория движения подачи - прямая линия. Скорость движения подач V_s может считаться неизменной во времени, она является основной характеристикой производительности фрезерования. Однако только по одной ее величине не затруднительно судить о режиме работы резца и возможностях интенсификации резания или повышения качества обработки. Поэтому для анализа процесса вводят понятия: подача на резец , S_z, мм; подача на оборот инструмента S_o, мм:

S_z=(1000*V_s)/(n*z), (1)

S_o=S_z*z=(1000*V_s)/n (2)

где z - число резцов.

На рисунке 5.1 представлены кинематические неровности при фрезеровании, образованные резцами с одинаковыми и различными радиусами резания. Анализируя рисунок можно отметить, что дугами окружностей, описанным предыдущим резцом из центра С₁ и последующими резцами из центра С₂, в пределах контура заготовки показаны следы двух смежных поверхностей резания и нефрезерованная поверхность заготовки. Срезаемый слой (стружка) ограничен этими поверхностями. Дуга резания ограничена точкой входа резца в заготовку и точкой выхода его из заготовки. Положение этих точек характеризуют углом входа φ_вх и углом выхода φ_вых, град:

φ_вх =arcsin [S_z/2R] (3)

φ_вых = агссоs [(R -t) / R], (4)

где t - глубина фрезерования, мм.

Рисунок 5.1 – Кинематические неровности при фрезеровании: а-образование волн двумя резцами с разными радиусами резания; б-образование волн двумя резцами с одинаковыми радиусами резания; в-образование волн одним резцом с большим радиусом резания

Угол входа мал и в практических расчетах его допустимо принимать рав­ным нулю. Угол контакта φ _к резца с древесиной принимают приблизительно равным углу выхода φ _к≈ φ _вых.

Параметры стружки при фрезеровании рассчитываются по формулам: длина срезаемого слоя (стружки) l, мм:

1 = π*D* φ_k /360, (5)

средняя толщина стружки, а_ср, мм:

а_р = S_z*sin(φ_вых/2) , (6)

толщина стружки максимальная, а_mах, мм :

а_mах S_z*sinφ_вых , (7)

Ширина срезаемого слоя (стружки), B (размер в направлении, перпенди­кулярном плоскости чертежа) равна ширине обрабатываемой детали.

Шероховатость поверхности, обработанной фрезерованием, определяется глубиной кинематических неровностей (волн) или глубиной неровностей раз­рушения.

Глубина кинематических неровностей у (рисунок 5.1 б) может быть рас­считана по формуле:

y=е²/(8R) , (8)

где е - длина волны обработанной поверхности, мм;

R - радиус резания фрезы, мм.

В случае формирования поверхности двумя резцами с разными радиуса­ми резания (рисунок 5.1 а), формула приобретает вид:

y≈е²₁/(8R) , (9)

где е₁ - длина большей волны, мм.

Длина большей волны зависит от подачи на резец S_z и разности радиусов резания двух резцов τ = R₁-R₂, мм:

e₁ = S_z+[(2R*τ)/S_z], (10)

Если оба резца описывают окружности одинакового радиуса (τ = 0) и резцы ос­тавляют волны равной длины (рисунок 5.1 б), то:

e₁ = е₂ = е =S_z , (11)

у=S_z²/(8R), (12)

Если разность радиусов τ больше или равна критической разности, то по­верхность формируется лишь одним резцом, описывающим окружность радиу­са.

Длина волны, формируемая одним резцом, равна подаче на оборот (рисунок 5 1 в):

e₁ = S_o = (1000 *V_s)/n, (13)

у≈S_о²/(8R), (14)

Глубину неровностей разрушения определяет прежде всего величина по­дачи на резец S_z и угол скорости подачи φ_под. Угол скорости подачи - это угол между вектором скорости движения подачи и направлением волокон (рисунок 5.2). Если этот угол больше 90° , то фрезерование происходит по волокнам, а если значение этого угла меньше 90° , то фрезерование происходит против во­локон.

Рисунок 5.2 - Фрезерование древесины: а - по волокнам; б - против волокон

Глубина неровностей разрушения теоретически не рассчитывается, ее определяют по экспериментальным данным (таблица 5.1).

Таблица 5.1 - Глубина неровностей разрушения при продольно-торцовом фрезеровании древесины

Подача на резец, Sz, мм	Среднеарифметическое значение высот неровностей на поверхности Rm max, мкм, при углах скорости подачи φпод., град.
	0	15	30	45	60	75	90	105
0,25	30	60	80	80	70	60	30	30
0,50	40	80	140	120	90	80	60	45
1,00	60	100	250	250	170	100	80	60
1,50	100	200	340	300	230	170	110	100
2,00	200	300	450	500	300	250	200	200
2,50	320	420	470	550	400	340	320	320