Пиление круглыми пилами

В этом процессе резание осуществляется тонким многорезцовым вращающимся инструментом в форме диска - круглой пилой. В кругло­пильных станках пила может находиться относительно заготовки в верх­нем или нижнем положении (рис. 8.6).

Диаметр резания (он же — главная характеристика инструмента — диаметр пилы) D = 2R, мм, принимается одинаковым для всех зубьев. Час­тота вращения пилы и, мин'¹, считается постоянной. Тогда скорость глав­ного движения V, м/с,

v = nDn /(60 • 1000). (8.55)

Скорость v при пилении круглыми пилами на станках составляет 40. ..80 (максимум 100. ..120) м/с.

Движение подачи придается, как правило, заготовке. Скорость меха­нической подачи v_s в станках достигает 100 м/мин и более.

Фрезерование - процесс резания вращающимися резцами, при кото­ром траекторией резания является циклоида. Различают следующие виды фрезерования: цилиндрическое (рис. 9.1, а, б, в), при котором ось враще­ния инструмента параллельна обрабатываемой поверхности, а лезвия опи­сывают цилиндрические поверхности; коническое (рис. 9.1, г), при кото­ром ось вращения инструмента наклонена под углом к поверхности, а лез­вия описывают конические поверхности; торцовое (рис. 9.1, д), при кото­ром ось вращения инструмента перпендикулярна обрабатываемой поверх­ности, боковые лезвия резцов описывают цилиндрические поверхности, а торцовые - поверхность кольца или круга; торцово-коническое (рис. 9.1, е), при котором ось вращения инструмента перпендикулярна обрабатываемой поверхности, а лезвия резцов описывают коническую поверхность.

Рис. 9.1. Фрезерование: а - цилиндрическое со встречной подачей; б- цилиндрическое с попутной подачей; в - цилиндрическое пазо­вое; г - коническое; д - торцовое; е - торцово-коническое

По направлению подачи заготовки относительно направления вра­щения инструмента различают фрезерование встречное (рис. 9.1, а) и по­путное (рис. 9.1, б). Попутное фрезерование не получило широкого рас­пространения из-за повышенного расхода энергии на резание (в 1,5-2 раза больше, чем при встречном) и неконтролируемой самоподачи заготовки под действием сил резания. Ниже рассматривается основной вид - цилин­дрическое продольное фрезерование со встречной подачей.

Цилиндрическое фрезерование иногда называют плоским, если в ре­зультате обработки у деталей формируются плоские поверхности.

Главное движение фрезерования - это вращательное движение, при | тором каждая точка лезвия описывает окружность. Движение подачи - Iишпомерное движение с прямолинейной траекторией.

Характеристика окружности резания - диаметр D или радиус R реза­ни и. Вращение происходит с постоянной частотой п, мин'¹. Скорость пере­мещения данной точки лезвия по траектории главного движения вычисляет- | м по формуле v = 2nRn/(60 • 1000). В производственных условиях эта вели­чина составляет несколько десятков метров в секунду, в среднем 20-70 м/с.

Численная величина v_s на фрезерующих станках колеблется в сред­нем от 10 до 40 м/мин, однако иногда достигает 120 и даже 200 м/мин. ( корость подачи - основная характеристика производительности фрезеро- ИШ1ИЯ, но только по величине v_s затруднительно судить о режиме работы резца и о возможностях интенсификации резания или повышения качества I >( (работки. Поэтому для анализа процесса вводят такие параметры, как по­дача на один оборот инструмента S₀ = 1 000vjn, мм; подача на один резец .V , мм. Если инструмент имеет z резцов, то S_z = SJz.

Ввиду малости отношения vjv, взятых в одной размерности, разли­чие между абсолютной траекторией резания (циклоидой) и окружностью резания невелико. Поэтому для упрощения формул можно с некоторой по- (решностью (до ± 3%) принимать траекторию, описываемую кончиком резца в древесине, за окружность радиуса R.

На рис. 9.2, а справа от резца показана нефрезерованная поверхность детали, слева и несколько ниже - фрезерованная поверхность (плоскость). Ризница уровней нефрезерованной и фрезерованной поверхностей состав- I чет- толщину удаляемого припуска, или глубину фрезерования, t (обычно I 2...4 мм). Дуга а'Ь' есть след поверхности резания, образованной преды­дущим резцом (на рисунке теперь этот резец вверху); дуга a"d" есть след формируемой в данный момент поверхности резания, или дуга резания. ()чевидно, что фигура a'b'd", ограниченная предыдущей а'Ь' и последую­щей a"d" дугами резания и отрезком b'd", совпадающим со следом верхней поверхности заготовки, есть боковая поверхность срезаемого слоя.

Положение резца (точки и) на дуге резания определяется углом по­порота резца <р, отсчитываемым от вертикального диаметра окружности резания.

Угол ф_вх, соответствующий точке входа резца в древесину а', опре­деляется по формуле

Ф_вх = arcsin(5_z 1(2К)). (9.1)

Угол входа мал, поэтому в практических расчетах принимают ф_вх = 0, л за точку входа считают точку а, лежащую на вертикальном диаметре ок­ружности резания.

Важное преимущество сборных фрез - легкое изготовление сменных профильных резцов, что важно для обработки малых партий деталей раз личных профилей.

Оформление задней поверхности (затылка) зуба. Если у фрезы задняя грань зуба плоская и заточка производится по ней параллельными слоями, то по мере износа зуба его задний угол а уменьшится и при достп точно большом числе переточек может стать недопустимо малым. Можно затачивать зуб по плоскости задней грани, сохраняя первоначальную вели чину а. Но это приведет к уменьшению угла заточки р и потере прочности резца. Для обеспечения постоянства а задней грани придают форму одной из трех кривых: архимедовой или логарифмической спирали, дуги окруж ности, проведенной из смещенного центра. Заточку зубьев затылованных фрез производят по передней грани.

Для обеспечения нормальных условий работы тех участков контура лезвия зуба, которые лежат в плоскости вращения фрезы или близки к ней, создают угол бокового зазора посредством косой боковой обточки затылка зуба (тангенциальным поднутрением на 5-7°, либо радиальным поднутре­нием на 0°30’-1°), как у зубьев строгальной пилы.

Концевые фрезы имеют хвостовик для закрепления в патроне или шпинделе станка. Различают концевые фрезы по числу резцов и форме ре­жущей части (рис. 9.5, ж, з). Для создания положительного заднего угла незатылованные концевые фрезы устанавливаются в патронах с эксцсн триситетом между осями вращения патрона и отверстия под хвостовик фрезы. За счет этого ширина удаляемого припуска превышает диаметр фрезы.

По мере распространения обрабатывающих центров ассортимент концевых фрез значительно расширился, в том числе и за счет перспектив ного инструмента с алмазными режущими элементами для фугования кро­мок, поверхностного фрезерования, выборки четверти и паза (рис. 9.5, и)\ для форматной обработки и раскроя плит (рис. 9.5, к); для профильного раскроя (рис. 9.5, л). Несмотря на высокую стоимость и затраты на подго­товку к работе, в ряде случаев такой инструмент незаменим при фрезеро­вании труднообрабатываемых древесных материалов и древесины, позво­ляет увеличить вдвое толщину срезаемого слоя, скорость подачи.

Технологическая цель процесса точения состоит в получении дета- 1,-й с поверхностями тел вращения - цилиндрической, конической и слож­ной формы. По направлению подачи относительно оси вращения различа- н > | точение продольное (осевое) и поперечное (рис. 10.1). При продольном ((и сном) точении вращательное движение резания придают заготовке, а движение подачи вдоль оси вращения - резцу; при этом срезается непре- 1 >i.iиная винтовая стружка постоянного сечения.

Резцы для чистового точения имеют прямолинейную главную режу­щую кромку, расположенную под углом фи, = 40...50° (главный угол в пла­не) к оси вращения заготовки и вспомогательную режущую кромку под Vi ном ф'пл⁼ 2...5°. Геометрию лезвия, вершина которого расположена на уровне оси вращения, характеризуют также углы в главной секущей плос­кости и - и, перпендикулярной проекции главного лезвия на основную н носкость (плоскость чертежа): задний а = 10...12°; заострения р = 25...40°; передний у = 55...40°; резания б = а + Р = 35...50° и угол скоса (наклона) £ =

1 5" главного лезвия относительно радиуса вращения, проведенного через вершину резца.

Глубину точения (припуск) t и размеры поперечного сечения срезаемо-

• о слоя а и Ъ определяют по следующим геометрическим соотношениям:

t = R_t-R,; а = S₀sinф^; A = */sin<p„, (Ю.1)

I де R | - радиус заготовки, мм;

R₂ - радиус обработанной детали, мм.

Кинематические неровности поверхности, обработанной точением (рис. 10.1, д), представляют собой следы в виде чередующихся выступов и впадин («резьбы»). В продольном сечении поверхности наблюдаются вол- П1.1, копирующие вершину резца. Длина волны е равняется подаче на один

• >(юрот S₀, глубина волны у рассчитывается по следующим формулам:

для резца, вершина которого не имеет закругления:

J ML; (Ю.2)

°&<Рпл+&ф'ш,

для резца с закругленной вершиной

Г«5₀²/(8г), (10.3)

I де г - радиус закругления лезвия.

В общем случае для получения на обработанной поверхности кине­матических волн с минимальной глубиной целесообразно назначать воз­можно меньшие величины подачи на оборот S₀ и углов ф_пл и ф’щ,, а радиус ыкругления вершины резца по возможности увеличить (при чистовом гонении до 3 мм). На практике черновое точение выполняют при ,V„ 1,6...2,0 мм, чистовое - при S₀ не более 0,8 мм.

Рис. 10.1. Виды и характеристики точения: а - продольное осевое; б- поперечное радиальное; в- поперечное тангенциальное; г- действующие при продольном точении силы; d- неровности поверхности, обработанной продольным точением

Поперечное точение имеет две разновидности: радиальное и танген­циальное. Радиальное точение производится при подаче резца перпенди­кулярно оси вращения по направлению радиуса (рис. 10.1, б). Абсолютная траектория точки лезвия резца в древесине представляет архимедову спи­раль, расстояние между витками спирали - толщина срезаемого слоя а, мм, величина постоянная, а = 1 000vjn, где п- частота вращения заготовки, мин^-1.

Тангенциальное точение (рис. 10.1, в) осуществляется при попереч­ной подаче резца по хорде. Траектория резания - спираль с переменным расстоянием между витками. Соответственно меняется толщина срезаемо­го слоя, причем, что очень важно для обеспечения качественной обработ­ки, она уменьшается к концу процесса.

Силу воздействия резца на заготовку F при продольном точении представляют тремя составляющими: касательной F_x, радиальной R и осе­вой А (рис. 10.1, г). Для угла скоса главной, режущей кромки е= 0° ради­альную R и осевую А силы можно рассматривать как составляющие нор­мальной силы F_z:

R = F_zcos(p_m- mF_x coscp_M; (10.4)

A = F, sin ср„_л = mF_x sin ф_пл. (10.5)

Значения Р_хтиК_х для процесса продольного точения

Таблица 10.1

(береза, W= 10 %; резец острый, а = 12°, 8 = 45°; г>= 10 м/с)

Толщина сре­заемого слоя а, мм	Fx Т, Н/мм, при главном угле в плане (рпл, град				Кг, Дж/см3, при главном угле в плане фпл, град
	30	45	60	75		30	45	60	75
0,1	4,2	4,7	5,0	5,3		42	47	50	53
0,2	6,0	6,8	7,6	8,2		30	34	38	41
0,3	6,6	7,8	9,0	9,9		22	26	30	33
0,4	7,6	ОО оо	10,4	11,6		19	22	26	29
0,5	8,5	10,0	11,5	13,0		17	20	23	26
0,6	9,6	11,4	13,2	15,0		16	19	22	25

Ниже приведены значения от в зависимости от толщины срезаемого слоя для средних режимов чистового точения:

Толщина срезаемого слоя а, мм 0,1 0,2 0,3 0,4

Переходный множитель от 0,42 0,24 0,17 0,15

Касательную силу F_x вычисляют по табличным значениям силы F_XT (табл. 10.1):

(10.6)

Сверление состоит в резании резцами, расположенными по торцу цилиндрического тела инструмента (сверла) и описывающими при работе в древесине винтовые поверхности. Технологическое назначение процесса - получение отверстий или гнезд круглого сечения.

У сверла различают хвостовую часть (для крепления в патроне) и ра­бочую. Рабочая часть включает режущую и направляющую части. Послед няя имеет две направляющие ленточки (фаски) 2 (рис. 11.1, а), центри­рующие сверло в отверстии, и транспортирующие из него стружки две винтовые стружечные канавки 1.

П рименяются две основные формы заточки режущей части сверл коническая и с направляющим центром и подрезателями. При конической заточке режущая часть сверла (рис. 11.1, а) имеет два режущих лезвия 4 с передними поверхностями б винтовых стружечных канавок, задние по­верхности 7 обычно являются частями конических поверхностей с осями, наклонными к оси сверла (этим обеспечивается положительный задний угол резцов). Пересечение задних поверхностей образует лезвие 3, назы­ваемое перемычкой.

ж

121

Рис. 11.1. Сверлильный инструмент: а- режущая часть сверла для продольного сверления древесины; б — режущая часть сверла для поперечного сверления древесины; в— твердосплавное сверло с углом при вершине 60° и цилиндрическим хвостовиком с платиком для сквозного просверливания древесины и плит; г - твердосплавное сверло с синтетическим покрытием, направ- ляющим'центром, подрезателями с отрицательными углами для несквознОго сверления древесины и плит; д— твердосплавное сверло-зенкер с политетрафторэтиленовым покрытием спиралей для одновременного сверления и зенкования отверстий в древе­сине и плитных материалах; е— твердосплавной насадной зен­кер с креплением резьбовым штифтом для зенкования отвер­стий в древесине и плитных материалах; ж - твердосплавное сверло чашечное со скошенными подрезателями и цилиндриче­ским хвостовиком с платиком под зажим для обработки мест под фурнитуру

Определена зависимость силовых параметров от глубины сверления. Увеличение глубины сверления до 3D почти не оказывает влияния на ве­личину силовых параметров, при увеличении глубины сверления более 3D начинается заметный рост А/_кр и F_oc. При глубине сверления более 5D сверление невозможно, наблюдается сильный нагрев сверла, прижог стружки и отверстий. Увеличение силовых параметров объясняется значи­тельным ухудшением выноса стружки, ростом сил трения и не зависит от способа заточки сверл. Для учета глубины сверления предложено исполь­зовать поправочный множитель на глубину сверления а, (табл. 11.4).

Таблица 11.4

У

Значения поправочного множителя на глубину сверления, а, (сверла спиральные)

Глубина сверле­ния t, мм	Поправочный множитель для Мт			Поправочный множитель для F„
	сверла с центром и подрезателями	сверла с кони­ческой заточ­кой	сверла с центром и подрезателями		сверла с кони­ческой заточ­кой
\D	1,0	1,0	1,0		1,0
2D	1.0	1,0	1,0		1,0
2D	1,05	1,03	U7		1,22
4D	2,0	1,4	1,56		Г67
5 D	3,8	2,1	2,74		2,15

становлена зависимость силовых параметров от направления сверле­ния и формы заточки. Направление сверления не оказывает существенного влияния на силовые показатели процесса сверления. Это объясняется высо­кой плотностью ЦСП и менее заметным влиянием свойств древесины. Свер­ла с центром и подрезателями имеют меньшие значения М_кр и F_oc. Однако, надо учитывать высокую скорость затупления подрезателей при сверлении ЦСП. Коническая заточка сверл под углом 2<р = 120° и 2ср = 90° не оказывает существенного влияния. При расчетах способ заточки сверл предлагается учитывать поправочным множителем а_ф, равным 1 для сверл с направляю­щим центром и подрезателями и 1,4 для сверл с конической заточкой.

Качество обработки при сверлении ЦСП определяется длиной и глу­биной сколов на входе и выходе сверла. Определяющими являются сколы на выходе, которые лежат в пределах от 1 до 5 мм. Исследованные виды заточки сверл не оказывают существенного влияния на величину сколов. Наибольшее влияние оказывает величина подачи на резец и плотность плиты, с увеличением которых длина и глубина сколов возрастает. Это объясняется ростом сил резания и увеличением хрупкости плиты. Для уменьшения сколов на выходе можно использовать следующие мероприя­тия: придание режущей части сверла специальной заточки; применение подкладок на выходе сверла; замена сверл большого диаметра (свыше 75 мм) цилиндрическими пилами.

Установлено, что влияние плотности плит ЦСП на величину износа сверла можно учесть поправочным коэффициентом а_р= 0,21 + 0,47р². Стойкость сверл зависит от их типа. Если стойкость спиральных сверл е направляющим центром и подрезателями принять за 1, то стойкость сверл чашечных на 15 % ниже.

На рис. 12.1 приведены основные схемы выборки в деталях гнезд прямоугольного сечения.

Цепное фрезерование (рис. 12.1, а) - резание резцами, расположен­ными на шарнирно связанных звеньях непрерывной цепи. При движении цепи вдоль направляющей линейки 1 траектория главного движения пря­молинейная, при огибании натяжного ролика 2 - окружность. Если длина I и езда L равна размеру d фрезерной головки, достаточно одной осевой по­мчи со скоростью i/_soc. В этом случае зубья срезают стружку на дуговом участке. Если L > d, цепь заглубляют в заготовку поочередно по краям гнезда, а затем перемещают в боковом направлении со скоростью v_s^_0K и выбирают перемычку.

Скорость главного движения, м/с, определяют по формуле

v = t₃z₃n/(60-1000), (12.1)

I_де t₃- шаг зубьев ведущей звездочки (равен двойному шагу

звеньев цепи), мм; z₃ = 4 - число зубьев звездочки;

п — частота вращения звездочки, мин .

Подача на резец, мм, при осевой и боковой подачах:

_ос =v_soct!60v; 5._бок = v_s6oJ/60v, (12.2)

где v_s „с и v_s бок - скорость осевой и боковой подачи, м/мин.

Шероховатость поверхностей гнезда, сформированных фрезерной це­почкой при нормальных режимах долбления (у= 4...10 м/с, />-= 0,02—0,2 мм - меньшие значения для глубоких гнезд в твердой древесине и большие- для неглубоких в мягкой), характеризуется предельной высотой неровно­стей R_{m max} = 200 MKM.

Мощность резания, Вт, при осевой Р_рез.ос и боковой Р_рез.б₀к подачах.

^ре,ос =^T.oi₄o„p.oc[^Koc/⁶⁰)]; ⁽¹²³⁾

^рез.бок = ^.боАопрбоЛМ^бок/бО)] ; (12.4)

где А/т.ос- табличная удельная работа долбления фрезерной

цепочкой при осевой подаче (табл. 12.1), Дж/см ; ^_т6ок_ хо же при боковой подаче (приближенно такая, как для продольно-торцового фрезерования); «попр.ос И Дпопр.бок - общие поправочные множители, учитывающие конкретные условия долбления; but— ширина и глубина гнезда, мм.

Т

Рис. 12.1. Схема долбления: а- фрезерной цепочкой; б- гнездовой фрезой

аблица 12.1

Удельная сила и работа резания F_{x т}._ос и АТ_т._0С для долбления фрезерной цепочкой (средние производственные условия)

Средняя толщина срезаемого слоя Яср, ММ	/Ст.ос, Дж/см3		7ц т.ос. Н/мм
	для древесины
	сосны	дуба	СОСНЫ	дуба
0,0135	175	222	2,82	3,58
0,0270	170	219 ,	5,44	7,04
0,0405	163	214	7,81	10,30
0,0540	154	207	9,86	13,25
0,0675	144	198	11,52	15,87
0,0810	131	186	12,54	17,86
0,0945	119	170	13,31	19,01
0,1080	109	154	13,95	19,71

Гнездовая фреза (рис. 12.1, б) представляет собой многолезвийную плоскую пластинку, несущую резцы (зубья) с двух сторон — торцовой и боковой. Как и фрезерная цепочка, гнездовая фреза — мерный инструмент, т. е. её толщиной определяется ширина вырабатываемого гнезда.

Главное движение инструмента по замкнутой кривой (эллипсу, ок­ружности) характеризуется средней скоростью перемещения вершины зуба по траектории резания Движение подачи прямолинейное с постоянной скоростью г.;,.. Нижние зубья фрезы- режущие, боковые- удаляющие стружку из гнезда. При частоте циклов главного движения п, мин'¹, скоро­сти подачи v_s, м/мин, подача на один цикл S₀ равна максимальной толщине срезаемого слоя, a_max^ 1 000vjn.

Длина получаемого паза L, мм, определяется по формуле L ⁼ А}>р + 2т >

г

(12.5)

де £ф_Р - ширина фрезы, мм;

г- горизонтальная амплитуда колебания фрезы при главном дви­жении, мм.

При долблении гнездовой фрезой получают гнезда с плоским дном при малой их ширине (й_тш=3 мм). Качество обработки, характеризуется вЦ'сокой точностью размеров, шероховатостью стенок не более Д_ттах = 12 мкм. Материал фрезерных цепочек - сталь Х6ВФ (HRC₃ = 56...59).