Резание древесины и дереворежущий инструмент, Ч.1. (90
.pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ДЕРЕВОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Методические указания к лабораторным работам
Часть 1
Казань
КГТУ
2009
УДК 674.02
Составители: проф. В.Н. Башкиров доц. Е.И. Байгильдеева доц. Г.И. Игнатьева ст. преп. А.В. Князева
Резание древесины и дереворежущий инструмент: метод. указания к лабораторным работам. Ч.1 / В.Н. Башкиров, Е.И. Байгильдеева, Г.И. Игнатьева, А.В. Князева. – Казань: Изд- во Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 44 с.
Приведены краткие теоретические сведения, описания материальной части лабораторных установок, методика проведения, порядок обработки результатов эксперимента, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы для лабораторных работ.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 170400 (15040565) «Машины и оборудование лесного комплекса», изучающих дисциплину «Резание древесины и дереворежущий инструмент».
Подготовлены на кафедре «Переработка древесных материалов».
Печатаются по решению методической комиссии специальностей механического профиля
Рецензенты: д-р. техн. наук, проф. В.А. Лашков д-р. техн. наук, проф. Р.Р. Сафин
2
ВВЕДЕНИЕ
Выполнение стоящих перед деревообрабатывающей промышленностью задач возможно только при эффективном использовании оборудования различных деревообрабатывающих производств. Обработка древесины резанием занимает ведущее место в деревообрабатывающих предприятиях. При обработке на деревообрабатывающих станках изменяется форма и размеры заготовок (обрабатываемого материала) снятием с них стружки режущими инструментами.
Основная цель данных методологических указаний – ознакомление студентов с основой теории резания древесины, конструкцией дереворежущих инструментов и методами практического решения задач по определению режимов обработки и производительности оборудования
Методические указания содержат описание лабораторных работ по основным процессам станочного резания древесины.
В каждой лабораторной работе сформулирована ее цель, перечислены материалы и оборудование, необходимые для ее выполнения, описан ход выполнения работы и даны задания.
3
Лабораторная работа 1
ПИЛЕНИЕ ЛЕНТОЧНОЙ ПИЛОЙ
Цель работы: практическое освоение экспериментального метода определения кинематических и динамических характеристик процесса пиления, установление численных величин этих характеристик.
1.1. Общие сведения
Отличительным признаком процесса пиления является образование в разделяемой заготовке пропила. Пропил – это щель, образуемая резцами инструмента в результате срезания и удаления узких стружек (опилок). Если процесс пиления не закончен, в пропиле можно выделить дно и боковые поверхности – стенки.
Чтобы формировать пропил, резцы инструмента должны иметь три рабочих лезвия (по числу поверхностей пропила). В отличие от простого однолезвийного открытого резания резание при пилении является трехлезвийным, закрытым. Пиление на станках осуществляется многорезцовыми (зубчатыми) инструментами – пилами, состоящими из следующих элементов: тела (1), зубьев (2), межзубной впадины (3) (рис. 1.1).
Итак, пиление – это процесс закрытого резания многорезцовым инструментом (пилой) с целью деления обрабатываемого объекта на объемно недеформированные части с превращением в стружку минимального объема древесины, расположенного между этими частями.
Виды пиления различают по форме пильного инструмента (пиление полосовой, например, рамной пилой, пиление ленточной пилой, пиление дисковой пилой и др.) и по расположению пропила относительно волокон древесины
4
(продольное пиление, при котором стенки пропила параллельны волокнам; поперечное пиление, при котором стенки пропила перпендикулярны волокнам; смешанное пиление – промежуточное между продольным и поперечным; криволинейное, когда стенки пропилов – кривые поверхности). Пиление рамными пилами (раскрой бревен на брусья и пиломатериалы) может быть только продольным; пиление дисковыми (круглыми) пилами – продольным, поперечным и смешанным; выпиливание заготовок криволинейного контура можно осуществить только узкой ленточной пилой. Важно также не путать продольное и поперечное пиление с одноименными главными видами простого резания; о виде резания можно говорить только для каждого отдельного лезвия зуба пилы.
Рис. 1.1. Элементы и характеристики пилы ас – главное лезвие;
аb и cd – боковые лезвия;
r – радиус межзубной впадины
1.2. Особенности пиления как закрытого резания
Закрытый характер резания требует соизмерения назначаемой подачи на зуб с объемом межзубной впадины пилы. Действительно, срезанные зубом пилы стружки (опилки) могут
5
располагаться исключительно (если пренебречь «просачиванием» их между телом пилы и стенкой пропила) в межзубной впадине. Но тогда емкость впадины должна быть достаточно большой, чтобы не ограничивать производительность процесса пиления, а ее профиль способствовать наибольшему уплотнению срезанной стружки и заполнению объема впадины.
Условия работы межзубной впадины оценивают коэффициентом напряженности впадины σ :
s = |
VВ |
, |
|
(1.1) |
VС |
|
|||
|
|
|
|
|
где VВ – объем впадины; VC – |
объем срезаемого зубом слоя. |
|||
Объем впадины определяется шириной срезаемого слоя b, |
||||
шагом зубьев tз и коэффициентом емкости впадины θ : |
|
|||
V = b × q × t |
2 , |
(1.2) |
||
В |
|
з |
|
где произведение fВ = qt2з – площадь впадины; величина θ для стандартных профилей зубьев известна, например, для
ленточных пил θ =0,2 - 0,35. |
|
|
Объем срезаемого слоя |
|
|
VС = b ×Sz |
× t , |
(1.3) |
где Sz – подача на один зуб; |
t – высота пропила; |
fc = Sz t, – |
площадь срезаемого слоя. |
|
|
Подставив в формулу (1.1) выражения (1.2) и (1.3), |
||
получаем |
|
|
s = b × q × t з2 / b ×Sz × t = q × t з2 / Sz × t = f В / f c . |
(1.4) |
Это важная формула: из нее получается формула для расчета наибольшей допускаемой подачи на зуб Sz(max), исходя из условия предельного заполнения опилками впадины между зубьями:
Sz(max) = q × t з2 / smin × t . |
(1.5) |
В знаменателе должно быть минимальное допустимое
6
значение σ , чтобы получить максимальное значение Sz (для пиления ленточной пилой σmin =0,9 - 1,2).
Устойчивая работа пилы в пропиле возможна, если устранено трение боковых поверхностей зубьев и тела (полотна, ленты, диска) о стенки. Уширение пропила достигается разводом или плющением зубьев, а также конструированием пил с режущей частью зубьев шириной, превышающей толщину тела пилы (например, пил с пластинами из твердого сплава).
Развод заключается в поочередном отгибании в разные стороны кончиков зубьев, на величину не более 1/2 высоты hз (см. рис. 1.1). При плющении кончик зуба уширяется в обе стороны, приобретая форму лопаточки. Плющение зубьев пил имеет ряд преимуществ перед разводом: пила приобретает большую устойчивость в поперечном направлении, появляется возможность работать с меньшим уширением пропила, зубья меньше изнашиваются.
От способа подготовки зубьев для уширения пропила зависит форма поперечного (нормального к траектории резания) сечения срезаемого слоя (рис.1.2).
В связи с тем, что при разводе зубья отгибаются попеременно на обе стороны полотна, на каждый зуб у стенки пропила приходится удвоенная подача, а следовательно, и удвоенная толщина срезаемого слоя 2а (рис. 1.2 а). На остальной части ширины толщина слоя равна а. Среднее значение толщины срезаемого слоя по сечению при пилении пилой с разведенными
зубьями асеч |
вычисляется по формуле: |
|
|
|
асеч = f c |
/ b = (1 |
)×[2a2b1 + a(b - 2b1 )] = (B |
пр / b)а, |
(1.6) |
|
b |
|
|
|
где fc – площадь поперечного сечения слоя, мм2; b – |
ширина |
срезаемого слоя, равна толщине зуба пилы В, мм; а – кинематическая толщина срезаемого слоя (в продольном сечении), мм; b1 – уширение пропила (развод, плющение, свес зуба) на сторону; Впр – ширина пропила, мм.
7
При пилении плющеными зубьями (рис. 1.2 б) толщина слоя по сечению асеч постоянна и совпадает с кинематической толщиной а, т.е. с расстоянием между смежными траекториями зубьев, которое определяется кинематикой процесса;
асеч = а. |
(1.7) |
Для формы зуба, показанной на рис. 1.2 в, средняя |
|
толщина срезаемого слоя по сечению асеч |
≈ 2а при ширине |
b ≈ 0,5Bпр . Ширина пропила во всех случаях равна Bnp=B+2b1.
Рис. 1.2. Форма поперечного сечения срезаемого слоя при уширении пропила:
а– разводом зубьев; б – плющением зубьев;
в– напайкой пластины со свесом на сторону
Пиление ленточной пилой – рабочий процесс ленточнопильных станков. Режущим инструментом в этом процессе резания является пила в виде бесконечной тонкой ленты с зубьями по рабочей кромке. Благодаря малой толщине ленты и соответственно минимальному уширению зубьев на сторону ширина пропила получается в 1,5 – 3 раза меньшей, чем
8
при пилении другими пилами, а значит выход пилопродукции – большим.
При применении узких (10 – 60 мм) пил можно выпиливать из пиломатериалов или щитов черновые заготовки криволинейного профиля, что необходимо в производстве многих изделий мебели.
Процесс пиления ленточной пилой предназначен для выполнения следующих технологических операций: распиливания круглых бревен и брусьев при большой высоте пропилов на тяжелых бревнопильных станках в лесопильном производстве; деления (ребрового) толстых досок и обапола на средних делительных станках в лесопильном и деревообрабатывающем производствах; прямолинейного продольного распиливания пиломатериалов и выпиливания криволинейных заготовок на легких столярных станках преимущественно в мебельном производстве.
1.3. Кинематика процесса, геометрия срезаемого слоя и обработанной поверхности
Схема пиления ленточной пилой показана на рис. 1.3 а. Рабочая часть пилы движется в вертикальной плоскости, а шкивы (нижний – приводной, верхний – холостой) располагаются один над другим.
Главное движение Dг – прямолинейное движение ленты на рабочем участке (в зоне обрабатываемого материала). Скорость главного движения U, м/с, постоянна:
U = pDшn /(60 ×1000), |
(1.8) |
где Dш – диаметр пильного шкива, мм; n – |
частота вращения |
шкива, мин-1.
Движение подачи – прямолинейное (за исключением выпиливания криволинейных заготовок) равномерное надвигание распиливаемого материала на пилу со скоростью Us
9
(м/мин) при помощи приводных устройств.
Рис 1.3. Схема пиления ленточной пилой (а) и геометрия срезаемого слоя (б)
Рассмотрим геометрию срезаемого слоя (рис. 1.3 б). Пусть в данный момент зуб I движется вниз со скоростью U и вправо со скоростью Us/60. Движение заготовки перенесено на зуб, а величины векторов приведены к одной размерности – м/с. Сложение векторов дает скорость резания Uе.
Векторы U и Us/60 все время постоянны по величине и направлению, следовательно, не изменяется и вектор Uе, а это значит, что траекторией зуба 1 в пропиле будет прямая 1 – 1'.
Аналогично получаются траектории зубьев II – 2 – 2' и других зубьев. Как видим, траектории зубьев в пропиле – параллельные прямые линии, расстояние между которыми по направлению подачи равно подаче на зуб Sz. Толщина срезаемого слоя (кинематическая) а=SzCos ϕ , где ϕ =arctg[Us /(60U)] – угол наклона траектории зуба к линии вершин зубьев.
Подачу на зуб Sz при пилении ленточной пилой вычисляют по основному кинематическому соотношению для этого процесса. Из малого заштрихованного треугольника (рис.
10