обработка древесины. Курс лекций для студентов iii курса направления подготовки
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Лекция 5. «Резание древесины» 1. Сопротивление древесины резанию Усилие, которое при резании необходимо приложить к резцу в направлении его перемещения, называется силой резания Р [кПа]. Величина силы рещания должна быть такой, чтобы она могла преодолеть силы сопротивления древесины резанию, которые складываются Р Л , действующей на лезвие резца, сил трения Т 1 и Т 2 , силы давления стружки на переднюю грань резца N стр и силы давления древесины на заднюю грань резца N деф Однако сила резания не определяется арифметической суммой сил, действующих на резец. Если разложить каждую из сил N стр и N фед на две составляющие, то сила резания преодолевает только горизонтальные составляющие этих сил, а вертикальные составляющие оказывают давление через режущий инструмент его опоры. Сумму сил, действующих со стороны древесины на резец, можно представить в виде силы S. Направление действия вертикальной составляющей S изменяется в зависимости от условий резания. При снятии тонкой стружки, большом угле резания, малом заднем угле и тупом резце резец будет ожиматься древесиной. При других условиях резания резец может затягиваться в древесину. Усилие, действующее в первом случае, называется силой отжима резца древесиной Р отж , во втором – силой затягивания резца древесиной Р зат 1.1 Движение резания и подачи Перемещение резца, необходимое для срезания одной стружки, называется движением резания, а скорость этого движения – скоростью этого резания, которая измеряется в м/с и обозначается буквой υ. Путь, который проходит лезвие резца в древесине при снятии одной стружки, называется траекторией резания. При вращательном движении резцов υ резания определяется по формуле , 1000 60 ⋅ = Dn π υ где D – диаметр окружности, описываемой режущей кромкой инструмента, мм; n- частота вращения режущего инструмента, мм. При поступательном движении резцов υ рез υ рез = L/T, где L – путь резца при срезании стружки, м; Т – время прохода резцом пути L, с. Перемещение обрабатываемого материала за один проход (при прямолинейном движении режущего инструмента) или за один оборот режущего инструмента (при вращательном движении) называется подачей. Подача за один оборот режущего инструмента определяется по формуле 1000 0 n u S ⋅ = n Z u S Z ⋅ ⋅ = 1000 - подача на один зуб, где u – скорость подачи, м/мин; Z = число субьев пилы или фрезы или число ножей на ножевом валу; n – частота вращения режущего инструмента, об/мин. В случае пиления ленточными пилами формула примет следующий вид: υ ⋅ = 60 ut u Z , где t – шаг зубьев пилы, мм; υ – скорость резания, м/с. При одной и той же скорости резания шероховатость обработанной поверхности древесины зависит от скорости подачи. Чем меньше скорость подачи, тем больше класс шероховатости поверхности. Однако с уменьшением скорости подачи уменьшается и толщина стружки, что приводит к повышению удельной работы и мощности резания, а следовательно и к снижению производительности станка. При работе на деревообрабатывающих станках следует применять максимальную скорость подачи (исходя из возможности станка), при которых обеспечивается требуемая шероховатость и минимальная затрата энергии на резание. 2. Удельная работа и мощность резания Энергетические затраты при резании древесины принято выражать в виде удельной работы и мощности резания. Удельная работа резания – это количество энергии, выраженное в кГс·м, потребное для превращения в стружку одного см 3 древесины, К [кГс·м/см 3 ]. Числовое значение удельной работы резания зависит от угловых параметров резца, породы древесины, ее влажности, толщины снимаемой стружки, угла встречи (перерезания волокон), скорости резания и других факторов. Мощность резания – количество энергии, потребное для превращения в стружку объема древесины в течение одной секунды [л.с. кВт]. Объем древесины q, превращаемый в стружку в течение одной сек, определим по формуле: , 60 u h b q ⋅ ⋅ = где b; h – ширина и толщина снимаемого слоя, мм; u – скорость подачи, м/мин. При пилении ширина снимаемого слоя b равна ширине пропила, а h – высоте пропила. Зная объем древесины q и величину удельной работы резания К, можно вычислить мощность N N = K·q, кГс·м/с Подставляя значение q, получим 60 u h b N ⋅ ⋅ = или 75 60 ⋅ ⋅ ⋅ = u h b K N [л.с.] или 102 60 ⋅ ⋅ ⋅ = u h b K N [кВт] Сила резания Р, отнесенная к 1 мм 2 площади поперечного сечения срезаемой стружки, называется удельным сопротивлением резанию К [кГс/мм 2 ]. Зная величину удельного сопротивления резания, можно определить силу резания Р Р = Кbl ср , (1) где: K – удельное сопротивление резанию, кГс/мм 2 ; bl ср – площадь поперечного сечения стружки, срезаемой резцом, мм 2 Если в резании принимают участие одновременно несколько резцов, то в уравнение (1) подставляют значение площади поперечного сечения стружки, снимаемой одним резцом, умноженное на число резцов Z, одновременно снимаемых стружку Р = Кbl ср Z Уравнение для вычисления удельной работы для конкретных условий резания имеет следующий вид: К = К т ·а п ·а з ·а δ ·а ψ ·а в , где К т – значение удельной работы, взятое из таблиц; а п – коэффициент, учитывающий породу обрабатываемой древесины; а з – коэффициент, учитывающий степень затупления резца; а δ ; а ψ – коэффициенты, учитывающие соответственно углы резания и встречи; а в – коэффициент, учитывающий влажность. 2.1 Факторы, влияющие на удельную работу резания Направление резания. Древесина имеет различные свойства в трех взаимно перпендикулярных плоскостях – торцевой, радиальной и тангенциальной. Это обусловливает различную сопротивляемость древесины резанию в разных направлениях относительно расположения волокон. Например, для сосны при одних и тех же условиях обработки в случае торцевого резания удельная работа равна 1,75 кГс·м/см 3 ; при продольном – 0,50 кГс·м/см 3 ; при попересном – 0,30 кГс·м/см 3 . Поэтому максимальная мощность затрачивается в случае торцевого, а минимальная – в случае поперечного резания. Порода древесины. Свойства древесины разных пород различны, что обусловливается зависимостью удельной работы от породы древесины. Если удельная работа для сосны при торцевом резании равна 1,75 кГс·м/см 3 , то при тех же условиях для березы – 2,85, для дуба – 3,15 кГс·м/см 3 . Следовательно, при одной и той же мощности станка производительность при обработке сосны будет выше, чем для заготовки из дуба. Влажность древесины. Чем больше влажность древесины, тем меньше ее сопротивление разрушению и ниже упругость. Одновременное влияние этих двух факторов на процесс резания приводит к некоторому уменьшению удельной работы при продольном и поперечном резании; удельная работа при торцевом резании с увеличением влажности древесины изменяется незначительно. Толщина стружки. С увеличением толщины стружки удельная работа резания резко уменьшается. Следовательно, чем толще стружка, тем меньше величина удельной работы резания и наоборот. Угол резания δ, задний угол α и угол заострения β. С увеличением угла резания δ при одном и том же значении заднего угла α удельная работа значительно возрастает. Если угол резания изменяется от 45 до 90°, то удельная работа резания возрастает в 2 раза. Это объясняется увеличением работы, затрачиваемой на деформацию древесины передней гранью резца. При увеличении заднего угла α удельная работа резания уменьшается, если α→0, то резание становится почти невозможным, из-за большого контакта задней грани с древесиной. С увеличением заднего угла уменьшается угол заострения β, ф это приводит к быстрому затуплению режущего инструмента, и следовательно, к увеличению удельной работы резания. Степень затупления резца. Лезвие резца не представляет собой линии пересечения его передней и задней граней, как это кажется. В действительности уже при заточке кончик резца надламывается или зачищается образивным инструментом. При работе резец выкрашивается и истирается, т.е. затупляется. По мере затупления резца удельная работа резания повышается и, кроме того, уменьшается точность обработки. С увеличением поверхностей резания, т.е. с переходом открытого резания к закрытому, удельная работа резания увеличивается в связи с возникновением дополнительных сил трения стружки о древесину и изменением характера деформации стружки. Скорость резания. При увеличении υ рез от 30 до 50 м/с удельная работа резко уменьшается, но дальнейшее повышение υ рез вызывает ее увеличение. Это явление объясняется в основном возрастанием сопротивления древесины разрушению при больших скоростях. Лекция 6. «Элементы деревообрабатывающих станков» 1. Характеристика основных элементов станков Устройство деревообрабатывающих станков зависит от их назначения. Одни станки служат для распиловки заготовок, другие для строгания, третьи – для высверливания отверстий. Однако, различаясь по устройству, станки имеют конструктивные элементы одинакового назначения – станины, столы или коретки для базирования деталей, узлы для закрепления режущего инструмента и сообщения ему или заготовке рабочих движений. Элементы станков разделяют на основные и вспомогательные. В первую группу включают станины, суппорты, рабочие органы, механизмы подачи, приводы, органы управления, опорные и направляющие устройства, зажимы, прижимы и упоры. Ко второй группе относят устройства для заточки режущего инструмента, настройки и смазки станков, удаления отходов. Многие станки оборудуют околостаночными механизмами, питающими и съемными устройствами, но не каждый станок оборудован всем комплексом приведенных элементов. Станина служит основанием станка, на котором закрепляются все его узлы и детали. Она воспринимает усилия, действующие между отдельными элементами станка, вибрационные и динамические нагрузки, а также нагрузки от обрабатываемого материала. Станины могут быть литыми и сварными. Их изготавливают пустотелыми, обычно коробчатого сечения, обеспечивая при этом необходимую устойчивость. Конфигурация и размеры станины зависят от назначения и конструкции станка. Рабочие органы в станках с вращательным движением режущего тинструмента – шпиндели, ножевые пильные валы – служат для его закрепления и вращения. В станках с поступательными движениями режущего инструмента они предназначены или для его закрепления или закрепления и сообщения ему прямолинейного движения резания или подачи. На суппортах закрепляют или другие органы станка. В зависимости от конструкции станка рабочие органы, закрепленные на суппорте, могут перемещаться только в одном направлении (↕), в двух (↕↔) или в двух направлениях и под углом. На станках с позиционной обработкой суппорты используют также для крепления опорных элементов – столов для сообщения заготовкам движения подачи. В станках с проходной обработкой механизмы подачи сообщают заготовкам непрерывное равномерное движение подачи. Привод включает в себя двигатель и промежуточные звенья, связывающие двигатель с элементами станка (ременная передача, муфта, редуктор и т.д.). Иногда промежуточных звеньях нет надобности, например, когда вал электродвигателя служит одновременно пильным валом или шпинделем. Органы управления предназначены для включения и отключения приводов рабочих органов и органов подачи. В станках современных моделей осуществляется автоматическое и полуавтоматическое управление их работой; отдельные приводы включаются и выключаются в определенной, заранее заданной последовательности или при определенном положении заготовки. Опорные и направляющие элементы станков придают устойчивость заготовкам в процессе обработки и направляют их при подаче на режущий инструмент. С помощью зажимов заготовки закрепляют в определенном положении при позиционной обработке. Прижимы обеспечивают плотное прижимание заготовок к направляющим при выполнении проходных операций. Упоры служат для правильной ориентации заготовки в определенном положении относительно режущего инструмента. Питательные и съемные устройтсва предназначены для подачи заготовок в станок и съема со станка обработанных заготовок или деталей и укладки их в плиты Устройства для заточки предназначены для фугования и заточки режущего инструмента непосредственно на станке. Устройства для настройки имеются на всех станках. Они служат для изменения положения направляющих и опорных элементов относительно режущего инструмента, а также положения прижимных и подающих органов относительно опорных элементов станков. Устройства для удаления отходов представляют собой эксгаустерные приемники (вентилятор, создающий разряжение), присоединяемые к трубопроводам, по которым пыль и стружка, образующиеся при обработке древесины, удаляются из цеха. Устройства для смазки служат для подвода масла к трущимся поверхностям. 2. Рабочие органы и механизмы подачи Пильные валы применяют в качестве рабочих органов в круглопильных станках. Пильный вал вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в опорной части станка (на станине). На одном конце вала закрепляют шкив, которым валу через ременную передачу сообщают вращение от электродвигателя. На другом конце вала специальными шайбами зажимают пильный диск с помощью гайки. Гайка, зажимающая шайбы и пильный диск, должна завертываться в направлении, обратном вращению пильного диска, что исключает возможность ее отвертывания во время работы. Пильные валы выпускаются для однопильных и многопильны станков. На них устанавливают несколько пил для раскроя за один проход доски или заготовки на несколько частей. Пильные валы у таких станков (ЦДК-5, ЦРМ-2) обычно устанавливаются в корпусе на подшипниках. На одну консоль вала насаживают шкив, связывающий вал через ременную передачу с валом электродвигателя. На противоположнй консоли пильного вала закреплены пилы. Расстояние между двумя смежными пилами определяют проставные кольца. У многих круглопильных станков вал электродвигателя служит одновременно и пильным валом. Это позволяет упростить конструкцию станков и уменьшить их размеры за счет сокращения опор и исключения ременной передачи. Ножевые валы применяют на станках обрабатывающих древесину методом фрезерования, например, на фуговальных, рейсмусовых, четырехсторонних продольно-фрезерных. Ножевой вал изготавливают из стали. Конструкция его предусматривает возможность закрепления на нем ножей и придания им вращательных движений. Средняя часть вала делается утолщенной с пазами для ножей и устройств для их закрепления. По обе стороны от утолщенной части расположены шейки, которыми вал устанавливается в подшипники. На одном конце вала прикреплен шкив для передачи вращательного движения. В рейсмусовых станках СР6-8 (рейсмусовый станок – дереворежущий станок для обработки по толщине брусковых заготовок способом цилиндрического фрезерования) ставят плоские серповидные ножи, режущие кромки которых расположены на цилиндрической поверхности вала по винтовым линиям (кроме этого – с пряолинейным расположением ножей). Ножевой вал с такими ножами отличается плавностью работы и обработанная древесина имеет более высокий класс шероховатости. Ножевые валы делают 6000 мин -1 больше, поэтому валы и ножи балансируют с таким рассчетом, чтобы центры тяжести двух ножей, установленных на противоположных сторонах вала, были одинаково удалены от оси вращения. В противном случае неизбежно появление неуравновешенных центробежных сил, вызывающих сильные вибрации, что приводит к ухудшению качества обработки и к поломке элементов станка. Ножевые валы рассчитаны на закрепление одной, двух и большего количества пар ножей. Ножи закрепляются на валу болтами или клиньями с винтом. Шпиндели служат для закрепления и вращения режущего инструмента в продольно- фрезерных, фрезерных, шипорезных, сверлильных и некоторых других станках, предназначенных для обработки древесины методом фрезерования или сверления. Шпиндель с помощью шариковых подшипников устанавливается в суппорте станка. В верхней части шпинделя предусмотрено коническое гнездо для закрепления насадки с режущим инструментом. В деревообрабатывающих станках шпинделями часто служат удлиненные валы электродвигателей. Режущий инструмент закрепляется непосредственно на валу или с помощью шпиндельной насадки. При частоте тока 50 Гц шпиндели – валы электродвигателей могут делать около 3000 об/мин, чтобы увеличить число оборотов 4500, 6000 на станках устанавливают преобразователи, повышающие частоту тока соответственно до 75 и 100 Гц. Рабочие органы ленточнопильных станков выполняют в виде двух шкивов. Нижний шкив приводной. Ось верхнего ведомого шкива закрепляется на следующем суппорте 4, позволяющем изменять его положение относительно нижнего шкива, что необходимо для натяжения полотна пилы и регулирования его положения в процессе работы. Механизмы подачи. В станках с проходной обработкой движение подачи всегда сообщается заготовкам. Оно, как правило, постоянно и непрерывно. В станках с позиционной обработкой движение подачи сообщается или заготовке, или рабочему органу с закрепленным на нем режущим инструментом, а в некоторых случаях одновременно заготовке и рабочему органу. После движения подачи в станках с позиционной обработкой обязательно следует холостой ход, поэтому механизм подачи должен сообщать подающим устройствам станка в-н. движения. В станках с проходной обработкой подабщие механизмы выполняют в виде двух или большего числа пар вальцов, вальцов и дисков, вальцов и гусеницы, гусеничных цепей и неприводных роликов, вращающихся барабанов и столов. Часто используют пластинчатые цепи с упорами (при поперечной подаче заготовок). Приводятся механизмы подачи отэлектродвигателей. В станках с позиционной обработкой в качестве подающих устройств используют подающие столы, каретки, а для подачи режущего инструмента на заготовки – суппорты. Привод подающих устройств – электрический, пневматический, гидравлиеский. а) вальцовый механизм б) вальцово-гусеничный механизм Вальцы прижимают заготовку, Обеспечивает лучшее качество обработки подают на рабочи орган и отводят от них и уменьшает возможность буксования. Заготовка опирается на гусеницу в) вальцово-дисковый механизм Применяется в круглопильных станках. |