1.5.3. Сверление

Сверление древесины характеризуется вращательным движением сверла (главное движение) и поступательным движением вдоль оси сверла (движение подачи). При этом траектория движения резания представляет собой винтовую линию.

Скорость главного движения резания υдля различных точек торцовой части сверла разная. Наибольшую скорость имеет внешняя боковая режущая кромка сверла:

υ_max=πDn/(160*1000),

где D— диаметр сверла.

Наименьшая скорость — в центре — равна нулю. Скорость подачи для всех точек режущей части одинакова и равна υ_sоднако результирующее движение резанияυ_eпри сверлении изменяется в зависимости от расстояния рассматриваемой точки до оси сверления.

Направление подачи по отношению к направлению волокон Wдревесины может быть поперечным или продольным, что опреде­ляет конструктивную форму режущей части сверла. Осевую пода­чу на один оборот сверла S₀ принимают равной 0,7 — 2,2 мм при сверлении мягкой древесины и 0,1—0,5 мм при сверлении твер­дой древесины. Параметр шероховатости поверхности отверстия Rт_max при этом составляет от 60 до 320 мкм.

Пример 1.Определить скорость резания υи величину подачи на зуб S_zпри пилении круглой пилой, если известно, что D= 500 мм, z = 48, и n=3000 об/мин,υ_s = 20 м/мин.

Решение:υ= πDn/(60• 1000) = 3,14•500• 3000/(60• 1000) = 78,5 м/с.

S_z =1000υ_s/(zn) = 1000•20/(48 •3000) = 0,14 мм.

Пример 2.. Определить допускаемую подачу на резец и скорость подачи υ_sпри продольно-торцовом фрезеровании с углом встречи с волокнами ψ_B= 30°, если требуется получить поверхность с параметром шероховатости Rm_max= 100 мкм. Число резцов z = 4, шпиндель имеет 4500 об/мин.

Р е ш е н и е. По табл. 1.3 для заданных значений ψ_B= 30 и Rm_max= 100 мкм допускаемая подача на резец S_z=0,5 мм.

Определяем скорость подачи по формуле

υ_s=S_z *zn/1000= 0.5* 4* 4500/1000=9 м/мин.

1.6. Удельная работа, мощность и силы резания

Энергетические затраты, необходимые для преодоления сил резания, характеризуются удельной работой резания.

Удельная работа резания К — это работа (Дж/см³), затрачива­емая для превращения 1 см³ материала заготовки в стружку. Вели­чина удельной работы резания зависит от породы древесины, влажности, угла встречи резца с волокнами, угловых параметров зубьев, скорости резания, подачи на зуб, толщины срезаемого слоя и кругах факторов.

Мощность резанияN_рез— это величина, измеряемая отношени­ем полной работы резания к промежутку времени t,в. течение которого она произведена. Мощность резания (Вт) рассчитывает­ся по формуле

N_рез=KV/t

гдеК — удельная работа резания, Вт; V— объем срезаемой стружки, см³; t— время резания, с.

Удельную работу резания для строго фиксированных так назы­ваемых табличных условий резания определяют с помощью таблиц (или графиков) по книге В.И.Любченко и Г.Ф.Дружкова «Спра­вочник молодого станочника лесопильнодеревообрабатывающего предприятия» (М., 1985). Например, удельная работа резания К_т для поперечного пиления круглой пилой (сосна, влажность 15%, зубья острые) в зависимости от ширины пропила имеет следую­щие значения:

Подача на

зуб S_z,мм ………………… 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40

Табличное значение удельной работы резания К_Т, Дж/см³, при ширине пропила:

2,5 мм……………………. 105 92 84 79 75 70 67 64 61

3,5 мм……………………. 90 78 70 65 61 55 52 50 49

5,0 мм……………………. 75 62 55 49 45 38 35 33 32

Чтобы вычислить удельную работу резания для условий, отли­чающихся от табличных, пользуются поправочными коэффици­ентами, которые показывают, во сколько раз при заданных усло­виях удельная работа резанияКбольше, чем при табличных зна­чениях К_Т

К=К_Тα_попр

Где α_попр—общий поправочный коэффициент.

Для пиления круглыми пилами

α_попр =α_П α_W α_P α_ψ α_δ α_υ α_t

где α_П— поправочный коэффициент на породу древесины; a_w— поправочный коэффициент на влажность; а_р — поправочный коэффициент на затупление зубьев стальных пил; α_ψ— поправоч­ный коэффициент на угол встречи при продольно-торцовом пилении; α_δ — поправочный коэффициент на угол резания; α_υ — поправочный коэффициент на скорость главного движения реза­ния; α_t, — поправочный коэффициент на толщину распиливаемого материала круглой пилой.

Ниже приводятся значения поправочных коэффициентов.

Поправочный коэффициент α_Пна породу древесины

Ель…………………..…..0,95 Берёза………………....1,25

Сосна…………………...1,00 Дуб…………………..…..1,55

Лиственница………1,15 Ясень…………………..1,75

Поправочный коэффициент α_Wна влажность

Влажность материала w,%……… 5—8 10—15 25—30 50—70 70

Коэффициент α_Wпри резании:

закрытом………0,90 1,0 1,05 1,10 0,80

открытом………1,10 1,0 0,95 0,90 —

Поправочный коэффициент α_Pна затупление зубьев стальных пил

Продолжительность работы, ч…………. 0 1,0 2,0 3,0 4,0

Коэффициент α_Pпри пилении:

поперечном.................. 1,0 1,30 1,50 1,80 2,20

продольном................. . 1,0 1,10 1,15 1,20 1,30

Поправочный коэффициент α_ψ на угол встречи при продольно-торцовом пилении

Угол встречиψ_в°………………0 20 40 60 90 120 135 160 180

Коэффициентα_ψ………………0,6 0,67 0,8 1,0 1,3 1,2 0,95 0,7 0,5

Поправочный коэффициент α_δ на угол резания

Угол резанияδ°…………. 50 60 70 80 85

Коэффициент α_δ…………. 0,78 1,0 1,34 1,80 2,10

Поправочный коэффициент α_υна скорость главного движения резания

Скорость

резания υ,м/с ………..20 30 40 50 60 70 80 90 100

Коэффициентα_υ:

при пилении

вдоль волокон……… 1,07 1,08 1,00 0,98 1,02 1,06 1,16 1,23 1,34

при продольном

цилиндрическом

фрезеровании …………… 1,10 1,04 1,001,00 1,06 1,17 1,251,33 1,42

Поправочный коэффициент α_tна толщину распиливаемого материала круглой пилой

Высота

пропила t,мм.....………... 20 40 506070 80 90

Коэффи­циент α_t, ……….. 0,82 0,90 0,98 1,02 1,06 1,16 1,23

Площадь поперечного сечения удаляемой части древесины при пилении круглой пилой

А =b_прt

где b_пр— ширина пропила, мм; t— толщина распиливаемого ма­териала (высота пропила), мм.

В подразд. 1.3 рассмотрены силы резания, возникающие при взаимодействии одного резца с обрабатываемым материалом. При обработке многорезцовым инструментом возникают силы резания, действующие как на режущий инструмент и механизм резания, так и на опорные (базирующие) элементы станка.

При известной мощности резания N_рез (Вт) и скорости реза­ния υ(м/с) среднюю касательную окружную силу резания F_0K(Н) за время одного оборота пилы вычисляют по формуле F_0K= N_рез/υ.

Средняя касательная сила F_x(рис. 1.8) на дуге контакта опреде­ляется по формуле

F_x = F_0KπD/(lz).

где D— диаметр окружности резания, мм; l — длина дуги контак­та резца с древесиной, мм; z— число резцов.

Среднюю нормальную силу резания F_zна дуге контакта от дей­ствия всех одновременно режущих зубьев (см. рис. 1.8) вычисляют по формуле

F_z= mF_x,

где т — коэффициент, значения которого в зависимости от спо­соба пиления следующие:

Рис.1.8. Силы резания при пилении (а) открытом ,(б) закрытом и (в) фрезеровании

При поперечном пилении

Продолжительность

обработки, ч……………………………….. 0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0

Коэффициент т

при переднем угле ɣ,

0………………………………….......... 0,24 0,38 0,48 0,53 0,61 0,65

-25 ……………………………............. 0,48 0,74 0,94 1,06 1,18 1,25

При продольном пилении

Средняя толщина

срезаемого слоя

α_ср, мм ……………………………0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0

Коэффициент т

для зубьев:

острых……………………..0,45 0,35 0,18 -0,07 -0,01 -0,06 -0,11 -0,13

тупых……………………… 1,05 0,86 0,67 0,50 0,36 0,28 0,17 0,12;

При известных составляющих сил F_xи F_zможно определить силу F_п,перпендикулярную направлению скорости подачи υ_s и силу F_s,действующую против подачи материала (см. рис. 1.8, а):

F_п= F_xcosφ_ср –F_zsinφ_ср; F_s= F_xsinφ_ср+F_zcosφ_ср

При фрезеровании древесины (см. рис. 1.8, б) мощ­ность резания N_рез(кВт) рассчитывают по формуле

N_рез= К_Тα_попрbt υ_s/(60*1000)

где К_Т— табличное значение удельной работы резания, Дж/см³;

α_попр—поправочный коэффициент, учитывающий влияние от­дельных факторов (α_попр =α_П α_W α_P α_δ α_υ); b — ширина фрезерова­ния, численно равная ширине обрабатываемого материала, мм; t— глубина фрезерования, мм; υ_s— скорость подачи заготовки, м/мин.

Значенияпоправочных коэффициентов α_П α_W α_δ α_υпри­ведены ранее.

Значение К_Твыбирают по табл. 1.4 в зависимости от средней толщины срезаемого слоя α_ср и угла встречи с волокнами древе­сины ψ_в Ниже приводятся поправочные коэффициенты α_р.

Расчетное значение мощности N_рездолжно быть не больше ус­тановленной мощности Р_у электродвигателя механизма резания с учетом коэффициента полезного действия ƞ его привода:N_рез≤Р_уƞ .Если указанное условие не выполняется, то уменьшают скорость движения подачи материала.

При полузакрытом фрезеровании полная окружная касательная сила F_0Kскладывается из окружного усилия резания на главной режущей кромке F_ГЛВи усилия F_ВСП на вспомогательной режущей кромке. F_0K =F_ГЛВ+F_ВСП

Таблица 1.4.