СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ РЕЗЦА НА ДРЕВЕСИНУ.

---

СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ РЕЗЦА НА ДРЕВЕСИНУ.

При движении резца в древесине по поверхности рабочей зоны (поверхности контакта) возникают нормальные напряжения (давления) и касательные силы трения. Нормальные давления возникают всегда при контакте двух твердых тел и направлены перпендикулярно площадке контакта. Если при нормальном давлении одно тело скользит по другому, появляются силы трения, направленные по касательной к площадке- контуру рабочей зоны резца в рассматриваемой точке. Величина силы трения в точке определяется величиной нормального давления и коэффициента трения: t=sf. Рассмотрим эпюры нормальных напряжений s_сж, касательных напряжений t по передней грани, вызванных трением, и график изменения коэффициента трения f по контуру dcame резца, типично изношенного по лезвию и передней грани. Чтобы перейти от этих величин к необходимым для решения производственных задач направлению и величине общей силы, с которой резец действует на древесину, рабочую поверхность резца расчленяют на участки и рассматривают силы, действующие на каждый участок и на резец в целом.

Рабочая зона резца имеет три участка: переднюю грань (аÂ), заднюю грань (bd) и лезвие (аnb).

Силы на лезвии. Точная эпюра нормальных давлений на лезвии неизвестна. Условно её представляют как часть кольца. Величина давления находится в пределах прочности древесины на сжатие s_в.сж., т.к. происходит разрушение. Контур лезвия делят на два участка – дуги аn и nb. Суммируя нормальное давление по контуру аn, получаем N_M – равнодействующую силу. Суммируя по аn силы трения вследствие нормального давления и скольжения резца по древесине от а к n – равнодействующую силу Т_л1. N_л1+Т_л1=S_л1- сила воздействия участка ап на древесину. Аналогично для пв N_л2+Т_л2=S_л2. Тогда S_л1+ S_л2=S_л – общая сила воздействия лезвия резца на древесину.

S_л для практических целей представляют проекциями на касательную к траектории резания по направлению Va –Р_л и на нормаль к ней – Q_л.

Воздействие лезвия на древесину сводится к двум сосредоточенным силам – касательной Р_л и нормальной Q_л. Величина этих сил на единицу длины (1 мм) лезвия зависит от радиуса затупления r, углов резца a и d ( определяют длину дуги контакта), от нормального давления s_в.сж. по контуру лезвия, коэффициента трения f_л (при заданной дуге контакта определяет величину N_л и Т_л).

P_л=F(r,a,d,s_в.сж,f_л), Q_л=F^|(r,a,d,s_в.сж,f_л)

Главный фактор – r. Принимая остальные факторы постоянными, имеем приближенные зависимости Рл=Аr, Q_л=А’r, где А и А’ – коэффициенты, не зависящие от r. Отсюда следует, что при очень острых резцах (r=0) силы на лезвии практически отсутствуют.

Силы на передней грани. При внедрении резца в заготовку вслед за стадией упругого деформирования древесины передней гранью начинают разрушаться клеточные стенки. Давление по поверхности контакта передней грани с древесиной достигает величины временного сопротивления древесины смятию s_в.см. При дальнейшем продвижении резца смятая передней гранью древесина давит на ещё не сломанные ряды соседних клеток и разрушает их при неизменном напряжении s_в.см, поэтому среднее давление на передней грани постоянно, не зависит от глубины внедрения резца.

Результирующая нормальных сил на передней грани на единице ширины детали будет N_п=s_в.см ак, где ак – длина контакта передней грани резца со стружкой. Сила трения движения по передней грани Т_п=N_пf_п, где f_п – коэффициент трения передней грани резца по стружке. Суммарная сила действия передней грани резца на древесину S_п=N_п+Т_п. Силу S_п также раскладывают на две составляющие – касательную Р_п и нормальную Q_п : Sп=Р_п+Q_п. Из выражений для N_п и Т_п следует, что силы на передней грани зависят от свойств древесины (s_в.см), угла резания, коэффициента трения стружки по передней грани Fп, а также от глубины внедрения резца x, считая от начала резания или от момента образования предыдущей стружки (элемента), т.к. ак=кn=х/соsd. Гипотеза проф. И.А.Тиме (1870г.) о равномерном распределении давления на стружку со стороны передней грани позднее была подтверждена данными о поведении древесины при нагружении. Рассмотрим график зависимости нормального напряжения s_в.сж от относительной деформации ε при сжатии древесины поперек волокон в замкнутом пространстве. Зона I характеризуется только упругими деформациями, II – остаточными деформациями,связанными с разрушением (смятием) клеточных стенок, зона III – упругими деформациями уплотненной древесины.

Силы на задней грани. При резании резец подминает под себя объем древесины nbd. Поскольку rмал, можно считать, что деформирование древесины происходит в упругой зоне I. Давление при этом будет пропорционально деформации древесины: наибольшее в т.b, наименьшее (0) – в т.d, где древесина не деформирована. Эпюра давления изображается треугольником. Результирующая нормальных давлений N₃ по задней грани в сумме с результирующей сил трения T₃ дают суммарную силу воздействия задней грани S₃ : N₃ + Т₃=S₃, которую раскладывают на касательную Р₃ и нормальную Q₃ составляющие S₃=Р₃+Q₃.

Проф.С.А.Воскресенский получил следующие формулы для сил по задней грани: P₃=((cr²cosa)/(2tga))(f₃-tga);

Q₃=((cr²cosa)/(2tga))(f₃-tga), где c – коэффициент упругости поверхности древесины в данной точке дает величину давления по задней грани в этой точке s₃ (Н/мм²):cy=s₃; r – радиус затупления резца; a – задний угол резца; f₃ – коэффициент трения между задней гранью резца и древесиной.

СИЛЫ НА РЕЗЦЕ В ЦЕЛОМ. ЕДИНИЧНАЯ И УДЕЛЬНАЯ СИЛЫ,

УДЕЛЬНАЯ РАБОТА И МОЩНОСТЬ РЕЗАНИЯ.

Чтобы получить общую силу воздействия резца на древесину S, необходимо векторно сложить силы воздействия отдельных его участков: S=S_л+S_п+S₃. Силу S можно представить как векторную сумму (рисунки) общей касательной силы Р и общей нормальной силы Q: S=Р+Q. Силы Р и Q, действующие на древесину со стороны резца в целом, получаются сложением их составляющих, найденных для отдельных участков рабочей зоны резца : Р=Р_л+Р_п+Р₃;

Q=Q_л-Q_п+Q₃.

Выбор направлений для составляющих общей силы воздействия резца и его участков на древесину не случаен: сила, касательная к траектории определяет мощность, расходуемую на резание; нормальная сила передается на элементы станка (связи), удерживающие заготовку при обработке. Кроме того, по выбранным направлениям удобно измерять силы в экспериментах по резанию.

Касательную силу Р называют силой резания. Она всегда направлена по абсолютной траектории резания в сторону движения резца. Нормальная сила может проявляться как сила отжима Q (резец отжимает заготовку от заданной поверхности резания в сторону массива древесины) при Q_л+Q₃>Q_п или как сила затягиванияQ^| (резец затягивает заготовку в сторону срезаемой стружки) при Q_л+Q₃<Q_п.

Обычно сила отжима имеет место при срезании тонких стружек тупым резцом с большим углом резания d, а сила затягивания – при срезании толстых стружек острым резцом при малом угле резания.

Воздействие резца на древесину сводится к одной наклонно расположенной по отношению к вектору скорости резания силе S (S’), составляющими которой Р(Р) и Q(Q^|) пользуются для удобства.

В процессе резания резец взаимодействует с древесиной. При этом одновременно действуют рассмотренные силы воздействия резца на древесину и противоположно направленные, равные им по величине силы воздействия древесины на резец.

При силовых и мощностных расчетах режимов резания пользуются следующими основными понятиями и соотношениями.

Обычно вычисляют единичную силу резания Р₁(Н/мм) – силу резания, приходящуюся на единицу ширины срезаемого слоя. Считают, что полная сила резания Р всегда пропорциональна ширине срезаемого слоя В(мм): Р=Р₁В.

Удельной силой резания К, понятие которой ввел И.А.Тиме, называется сила резания, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения стружки:

К=Р/ F=Р(Вh), где К – удельная сила резания, Н/мм²; F – площадь поперечного сечения стружки ,мм²; В – ширина срезаемого слоя, мм; h – толщина стружки, мм.

При расчете мощности, затрачиваемой на резание, используют понятие удельной работы резания К (Дж/см³), под которой понимают работу А(Дж) силы резания Р(Н) на пути L(м), отнесенную к величине номинального объема V_H(см³) срезаемого слоя: К=А/V_H=РL/(ВhL). Отсюда следует, что удельная работа К при выбранных размерностях численно равна удельной силе К (в последней формуле L сокращается), поэтому их обозначают одной буквой и в справочниках для них приводят общие таблицы. С физической точки зрения это разные величины с разной размерностью.

Из последней формулы следует, что А=КV_H. Мощность резания N_рез (Вт) – это работа в единицу времени (1с): N_рез=А/t=КV_H/t=КV_H1, где V_H1=V/t – номинальный объем стружки, срезанной за 1с (см³/с).

Когда известна сила резания Р(Н), мощность резания вычисляют по известной формуле механики N_рез=РV(пренебрегая различием в величине и направлении V_а и V).

В общем случае удельная сила и удельная работа резания К не являются величинами постоянными: они зависят от многих факторов процесса резания, но главным образом, от толщины срезаемого слоя и направления вектора скорости относительно волокон.

Теоретически определить К сложно, поэтому на практике используют средние значения этой величины, полученные экспериментально.

Стружкообразование

Форма стружки связана с усилением резания и качеством обработанной поверхности. Теория стружкообразования, изучающая закономерности образования стружки, даст возможность управлять процессом резания. Общая схема стружкообразования близка к случаю резания поперек волокон при условии, что в этом направлении древесина подобна изотропному материалу со свойствами, средними между ранней и поздней древесиной. Резец идеально острый (Q=0), поэтому S_л= S_з = 0 и S=S_п.

При внедрении в древесину резец деформирует подрезанную лезвием стружку. Стружка соприкасается с передней гранью на участке nh, а выше отходит от нее, закручивается из-за неодинаковой деформации наружных и внутренних слоев. Граница между срезанной и несрезанной частями стружки проходит через лезвие n и точку n₁, где изгибается верхняя поверхность стружки. Считают, что стружка образуется по плоскости nn₁, положение которой определяется углом наклона E к поверхности резания. Перенесем S_п в середину nn₁ (новое начало координат). В этой точке приложим две равные по величине S_п силы, одна из которых сонаправлена S_п, а другая S`<sub>п</sub> ей противонаправлена. Со стороны подрезанной стружки на неподрезанную в плоскости nn1 действуют сила S<sub>п</sub> и момент М=S<sub>п</sub> а, где а – плечо пары сил S<sub>п</sub> и S`_п. Разложим S_п на составляющие Т (по плоскости nn₁) и N (по нормали к nn₁). Т вызывает сдвиг подрезанной стружки вдоль nn₁, создавая касательные напряжения t по этому сечению. N прижимает стружки к nn₁, вызывая нормальные напряжения сжатия d_сж(N) по nn₁. Изгибающий момент М создает нормальные напряжения сжатия d_сж(М) в верхней зоне стружки и растяжения d_р (М) в нижней. Касательные напряжения Н распределены по плоскости nn₁ почти равномерно. d(N,M) в n (у лезвия) растягивающие, т.к. обычно d_р(М)>> d_сж(N). В точке n₁ t (N,M) всегда напряжение сжатия.

Напряжения t,d_сж, d_р в плоскости стружкообразования nn₁ зависят главным образом от свойств древесины, толщины h стружки, угла резания d, радиуса затупления Q и коэффициента трения f_п.

Чем глубже внедряется резец в древесину, тем больше напряжение в стружке (при углублении резца). Нарастают они неравномерно и в зависимости от условий резания, одно из них раньше других достигает предела упругости или предела прочности. Это напряжение будет определять вид разрушения стружки, ее форму, качество обработанной поверхности. По основным структурным направлениям древесина по разному сопротивляется различным видам напряжений, что объясняет выше сказанное многообразие форм стружки.

Стружкообразование при резании поперек волокон. В направлении поперек волокон древесина хуже всего сопротивляется растяжению, лучше – сдвигу (скалыванию) и еще лучше – сжатию. Вид стружкообразования определяет касательное напряжение сдвига tв плоскости nn₁ или d_р в точке n.

При определяющей роли t стружка может быть сливной (лента или спираль без внутренних трещин) или элементной (из элементов)

В первом случае t<[t] n₁ поверхность резания гладкая стружка не разрушается. Условия образования тонкой сливной стружки редки (влажная или проваренная древесина). Обычно t»[t]_пр. Получается элементная стружка скалывания, состоящая из элементов, сколотых под углом e к поверхности резания, качество которой может быть высоким, если не добавляются другие разрушения (например, опережающая трещина впереди резца, следовательно эл-я стружка). Процесс не пригоден для получения стружки-продукта, но годится для снятия припуска ножречным дорезерованием.

Типичны случаи, когда вид стружкообразования определяют d_р у точки n. dсли к моменту установления длины зоны контакта стружки с передней гранью d_р<[d_р]пр. При этом в точке n образуется трещина. Трещины возникают в стружке с шагом t, и имеют средний угол наклона »e, но не выходят на поверхность, т.к. у точки n₁ уже будут d_сж. Получается элементная стружка – лентообразная с внутренними трещинами (изгибы). Трещины в шпоне ухудшают внешний вид и снижают его прочность. Чтобы предотвратить образование трещин, надо устранить или уменьшить до минимума d_р в плоскости nn₁. Приложим к стружке внешнюю сжимающую силу F вдоль стружки к основанию. Для этого пропустим стружку через щель между ножом и

прижимом П (прижимной линейкой) – применим обжим стружки. Просвет щели h_щ<номинальной толщины стружки h, возникают силы трения Т_п и Т_н, Т_п+Т_н=F:Т_п – сила трения между прижимом и стружкой, Т_н – дополнительная

Стружкообразование при резании вдоль волокон

С плоскостью волокон, т.к. в ^

Наблюдается две формы стружки

Получается при h≤0,2 мм

Малом d и сырой или проваренной древесине. Обычно уже при h≥0,1…0,2 мм – элементная многоугольная Q_п ^ волокнам, наиболее опасна, нарастает пропорционально внедрению Х резца в древесину. Опережающая трещина достигает длинны l_э, при которой М»Q_п l_э ломает стружку в сечение rt, образуя элемент стружки. Далее до точки r резец подчищает поверхность с малым сопротивлением. Многоугольная стружка сопровождается низким качеством. При резании против волокон в результате снятия резцом тонкой подстружки после образования элемента основной стружки поверхность обработки получается гладкой.

Для уменьшения неровностей обработанной поверхности надо так изменить условия стружкообразования, чтобы длина элементов стружки была линейной. При l_э=Q – стружка сливная. На практике это делают с помощью подпоров П и стружколомателей.

Подпор действует на древесину в зоне резания, непосредственно препятствуя образованию и росту опережающей трещины. Стружколоматель устанавливается вблизи лезвия и способствует крутому загибанию и надламыванию стружки сразу после ее образования резцом, но действует на зону резания перед резцом не непосредственно, а через стружку.

Стружкообразование при резании в торец.

Как и при резании вдоль волокон, положение плоскости разрушения древесины при образовании стружки предопределено направлением волокон, которому параллельна плоскость разрушения, т.к. связи в древесине в этом направлении (^ волокнам) наименее прочные. Сливная стружка в момент резания (очень непрочна) получается, если ее толщина мала, а древесина влажная.

Толстая стружка торцовые резания – элементная стружка скалывания. Она состоит из элементов трапециевидной формы, иногда слабо связанных между собой по плоскости скалывания. Большие усилия резания и сравнительно слабое сопротивление древесины сжатию поперек волокон в направлении Р_п приводят к значительной усадке стружки. Фактическая длина стружки меньше номинальной. Часто при образовании элементов такой стружки под поверхностью резания возникают трещины. Причина этого – в наличии в древесине под поверхностью резания за резцом зон растяжения и зон сжатия под поверхностью резания перед резцом, на границе которых разрушаются слабые связи между волокнами. Качество обработки в этом случае невысокое.

Общие выводы.

1. Имеются два типа процесса стружкообразования.

I – не установившийся процесс. При углублении резца в древесину длина зоны контакта стружки с передней гранью увеличивается до образования элемента стружки или трещины в ней. Происходит образование элементной стружки, элементы которой могут быть связаны или нет.

II – установившийся процесс. При внедрении резца в древесину длина зоны контакта вначале возрастает, но затем стабилизируется. Образуется сливная стружка в виде ленты или спирали без внутренних трещин.

2. Вид стружки определяет качество поверхности резания и качество самой стружки. Качество поверхности характеризуется шероховатостью (в основном), качество стружки – внутренними трещинами и поверхностными неровностями.

3. Для достижения высокого качества обработки поверхности резанием следует так подбирать условия (режим) резания, чтобы процесс стружкообразования был установившимся и получалась сливная стружка.

4. Если условия резания не позволяют организовать установившийся процесс, необходимо использовать устройства для воздействия на процесс стружкообразования: прижимные линейки, подпоры, стружколоматели. В отдельных случаях требуется изменение свойств обрабатываемого материала (гидротермическая обработка).

5. В процессах сложного резания на станках имеют место переходные между тремя главными виды резания. В каждом отдельном случае необходимо определить, какой вид стружкообразования и на каких участках поверхности резания дает наибольшие дефекты, и улучшить на этих участках организацию резания.

Резания при данной остроте резца (при радиусе затупления q) Р=Р_нач а_q (6), где Р_нач – сила резания для острого резца (q=q_нач); а_q – поправочный множитель, учитывающий влияние затупления, определено результатом экспериментов в зависимости от общей длины пути L (км) резца древесине или от продолжительности его работы после заточки Т (мин).

Затупление резца приводит к увеличению неровностей на обработанной поверхности.

Влияние скорости резания. Эксперименты показали, что увеличение скорости резания с 40…50 до 100 м/с вызывают увеличение силы резания на 30…40%. Это связано с преодолением сил инерции стружки, повышением прочности свойств древесины в условиях больших скоростей нагружения, с изменениями условий трения древесины о резец и с другими факторами.

Качество обработки с повышением скорости резания улучшается, что объясняется появлением добавочного подпора от силы инерции. С появлением подпора волокна не успевают податься или отклониться под действием резца и перерезаются им раньше, чем нарушится их связь с соседними волокнами. В результате неровности и разрушения на обрабатываемой поверхности уменьшаются.

Факторы, влияющие на шероховатость обработанной поверхности, в порядке убывания степени влияния, располагаются следующим образом: угол встречи резца волокнами У_в; толщина стружки h; радиус затупления q и угол резания

Влияние основных факторов процесса на силу резания и качество обработки.

Влияние породы древесины. Удельная сила резания К тем больше, чем больше плоскость древесины для всех главных видов резания. Для сравнения пользуются поправочными коэффициентами: для сосны он равен 1,0; для ели – 0,95; для дуба – 1,55. Это означает, что при прочих равных условиях сила резания древесины дуба, например, в 1,55 раза выше, чем древесины сосны.

Влияние влажности древесины. С увеличением влажности до предела гигроскопичности (W=30%) прочность древесины снижается, и сила резания тоже уменьшается. При W>30% свободная влага действует как смазка и уменьшает коэффициент трения, что дополнительно снижает силу резания.

Влияние температуры. Прочность древесины, особенно влажной, при нагревании уменьшается, что вызывает уменьшение силы резания.

Влияние толщины стружки. Единичная сила резания Р₁ складывается из единичных касательных сил по лезвию, передней и задней граням: Р₁=Р_л1+Р_п1+Р_з1(1).

Р_л1 и Р_з1 не зависят от толщины стружки h, пусть Р₀=Р_л1+Р_з1 (2).

Сила Р_п1 (Н/мм) для практических значений 0,1≤h<1(мм) прямо пропорциональна h: Р_п1=К_п h(з), где К_п – удельная сила резания по передней грани (Н/мм²). Тогда Р₁=Р_о+К_п h (4). Уравнение (4) показывает, что сила резания растет с увеличением h (см. график).

Из (5) следует, что с увеличением h удельная сила резания (см. график). С увеличением толщины стружка приобретает все больше выраженную элементарность, на поверхности резания углубляются неровности разрушения (меняется характер стружкообразования), качество обработки ухудшается.

Влияние вида резания. Силы резания поперек волокон, вдоль волокон и в торец относятся приблизительно как 1:2:6. От силы резания зависит и качество обработки.

Влияние угла резания. Угол резания d практически не влияет на силы по задней грани Р_з и на лезвии Р_л. Сила по передней грани Р_п растет с увеличением d. Общая сила резания Р=Р_л+Р_з+Р_п также растет с увеличением d.

Влияние заднего угла. Силы Р_п и Р_л не зависят от a. Анализ формулы С.А.Воскресенского

Показывает, что сила по задней грани Р_з и сила резания Р в целом уменьшаются при увеличении a, причем наиболее интенсивно – в диапазоне от 0^о до 10…15^о, что связано с уменьшением длины на площади контакта задней грани с поверхностью резания.

Влияние ширины резца. Сила резания Р увеличивается по мере его затупления, т.к. Р_п не зависит от q, П_л»Аq и Р_з (см. выше) пропорциональна q².

Классификация процессов сложного резания. Пиление.

Процессы сложного резания на станках

	Деление		(Удаление припуска) Поверхностная обработка		Глубинная обработка

В соответствии с технологическими целями резания все процессы сложного резания делят на три группы: деление древесины и древесных материалов; глубинная обработка – превращение чистовых заготовок в готовые детали изделий.

Пиление – процесс деления древесины тонким инструментом с расположенными по периферии резцами, с превращением в стружку объема древесины между образующимися частями. При срезании и удалении узких стружек (опилок) образуется пропил.

Пиление осуществляется многорезцовыми зубчатыми пилами. Элементы пилы – тело 1, зубья 2, впадины 3. Элементарное резание – однолезвийное, открытое; пиление – трехлезвийное закрытое резание. Пиление классифицируют по таким признакам:

1. По виду инструмента: пиление рамными пилами; ленточными пилами; круглыми пилами; специальными (цилиндрическими; сегментными и др.) пилами; пиление ручными пилами. Две последние разновидности имеют ограниченное применение.

2. По ориентации поверхностей пропила относительно волокон древесины: продольное; поперечное; смешанное; криволинейное. О виде резания можно говорить только для каждого отдельного луба пилы.

Для закрытого резания нужно, чтобы емкость впадины была достаточной для размещения стружки, а профиль способствовал максимальному уплотнению стружки и заполнению впадин. Конструкцию и работоспособность впадин оценивают коэффициентом напряженности работы впадины d=а_упл/а_зап (1), где а_упл – коэффициент уплотнения опилок во впадине; а_зап – коэффициент заполнения впадины а_упл=V_с(упл)/Vс (2), а_зап=Vс_(упл)/Vв (3), где Vс_(упл) – объем уплотненной во впадине стружки; Vс – номинальный объем срезанной стружки; Vв – объем впадины.

Подставим (2) и (3) в (1):

При одинаковых размерах стружки и впадины по толщине пилы Vв/Vс=Fв/Fс (5), где Fв – площадь впадины; Fс – площадь стружки, следовательно d=Fв/Fс (6). Опытами установлено, что а_упл=0,45…0,5 для хвойных и » 0,8 для лиственных пород; а_зап = 0,5…0,6. Устойчивая работа пилы в пропиле требует устранения трения боковых поверхностей ее зубьев и тела (полотна, ленты, диска).

При разводе зубья поочередно отгибаются (не более ½ h_з) в разные стороны. Плющение имеет преимущества – пила более устойчива в поперечном направлении, возможно меньшее уширение пропила, дубья меньше изнашиваются.

При разводе на каждый зуб приходится удвоенные подача и толщина стружки. На остальной части ширины толщина стружки равна h. Среднее значение толщины h_l стружки вычисляется делением площади заштрихованного поперечного сечения стружки на ее ширину В=в: h_l=В_прh/в (7), где В_пр – ширина пропила (мм) в – ширина стружки (толщина зуба), мм; h – кинетическая толщина стружки в продольном сечении (мм).

При плющении толщина стружки совпадает с кинетической толщиной h: h_l=h.

При напайке пластинок твердого сплава, как показано на рис., средняя толщина на стружки по сечению h_сеч»2h при ширине стружки В»0,5 В_пр.

Ширина пропила во всех случаях В_пр=в+2_в1 (8), где в₁ – уширение (развод, плющение, свес зуба) на сторону (мм).

Пиление рамными пилами

При пилении рамными пилами древесина делится полосовым многорезцовым инструментом при его возвратно – поступательном движении. Пильная рамка 1 с комплектом пил (поставом)2 движется только в вертикальной плоскости перпендикулярно направлению передачи U. Движение рамки осуществляется посредством кривошипно – шатунного механизма, состоящего из кривошипного (коленчатого) вала 6 с маховиками 7 и шатуна 5. Траектория резания – прямая, скорость резания переменная V»Vmax*SINa, где Vmax-окружная скорость кривошипа; a – угол поворота кривошипа. Расстояние между крайними положениями называется ходом пильной рамки S=2R. Зубья режут только при рабочем ходе (вниз). Холостой ход – вверх. Vmax=2pRn/60000=pSn/60000, где R-радиус кривошипа(мм); n-частота вращения коленчатого вала (мин^-1). Средняя скорость резания Vср определяется отношением пути пильной рамки за один оборот вала 2S ко времени одного оборота 60/n. Vср=2Sn/60. Для современных рам Vср=7,2…7,4(м/с),S=0,6…0,7(м),n=320…360(мин^-1). Вальцевые механизмы подачи 3 периодического и непрерывного действия. Возможны следующие виды подачи:

1. Периодическая (толчковая) А) за рабочий ход – упрощает конструкцию механизма резания, не требует механизма уклона рамки.

Б) за холостой ход;

В) двухтолчковая

2. Непрерывная А) с постоянной скоростью

Б) с переменной скоростью

Толчковая подача за холостой ход и периодическая двухтолчковая применяются редко. Широкое распространение получила непрерывная подача, лишенная недостатков толчковой подачи: относительно малого быстродействия и больших динамических нагрузок из-за перемещения толчком большой массы бревна. Однако, при этом законы движения пильной рамки и бревна не соответствуют друг другу.

Движение подачи характеризуют U- скорость подачи (м/мин); ^-посылка, подача бревна за один оборот коленчатого вала или за двойной ход пильной рамки ^=1000U/n. Вершины зубьев рамной пилы лежат на одной прямой – вертикальной или наклонной под углом y к вертикали. При холостом ходе пилы, установленной с уклоном, линия вершин зубьев отходит от дна пропила.

Горизонтальное смещение L линии вершин зубьев на длинне хода рамки S является линейной мерой уклона: L=S*tgy. Установка пил с уклоном позволяет подавать бревно в период холостого хода рамки при непрерывной, толчковой за холостой ход и двухтолчковой подачах. Минимальный уклон Lmin=^x (посылка за холостой ход). ^=^p.x.+^x.x. (^p.x.-посылка за рабочий ход). При непрерывной подаче с постоянной скоростью L_{minнепр=^x.x.=^/2;} при толчковой подаче за холостой ход L_{min x.x.}=^x.x.=^; при толчковой подаче за рабочий ход L_{min p.xp=} ^x.x.=0

Толчковая подача за холостой ход: Lmin x.x.=W; Va=V, Uz=W/Zp, где Zp-число зубьев пилы, участвующих в резании Zp=S/(t*cosy)»S/t. Толщина стружки h по высоте пропила h=Uz=const.

Толчковая подача за рабочий ход: Lmin=0, V=const, истинная U¹const. U и V изменяются по одному закону (механизмы резания и подачи имеют общий привод от кривошипного вала), во время рабочего хода U/V=const. tgjg=U/(60V). Кинематическая толщина стружки h=Uz*cosjg. Непрерывная подача с постоянной скоростью: e_min=D/2 Va=V+U ¹const, (U=const), траектории зубьев кривые (косинусоиды). Толщина стружки h¹const. Наименьшая в середине хода (рабочего): hmin=Uz*cosjg, где jg=arctg[U/(60Vmax)]. cosjg»1Þ hmin»Uz.

Пила формирует по дну пропила ступеньки a,b,c. В начале холостого хода зубья пилы взаимодействуют с ними задними гранями. Возникают большие силы, снижающие производительность, качество, повышающее расход энергии на резание, ускоряющее износ. При периодической подаче скобление устраняют с помощью кинематических приёмов запаздывания (при подаче за холостой ход) или опережения (при подаче за рабочий ход).

Кроме того, учитывая остановки пилы в верхней и нижней мёртвых точках фактическую величину уклона L принимают L=Lmin+(1…3) (mm).

Высота неровностей пропила Rzmax связана с подачей на зуб Uz, со способом уширения их венца. Мощность резания (Вт) N_рез = К_т а_попр (В_пр*U* SH)/60, где К_т-табличное значение удельной работы резания (Дж/см³); a_попр-общий поправочный множитель;Впр-ширина пропила (мм); SН-сумма высот всех пропилов (мм); U-скорость подачи (м/мин). Формула дает среднюю мощность, относящуюся в равной степени к рабочему и холостому ходам. Отсюда условная средняя сила резания Рср, постоянная, по величине Рср=Nрез/Vср. Если фактическая сила резания Рво время холостого хода»(справедливо для периодической подачи), то во время р.х. Р»2Рср. Сила резания одной пилой постава Pi=P/i, где i-число пил в поставе. Сила резания одним зубом Pz=Pi/Zn, Zпр=Hcp/(t*cosy), где Zпр – среднее число зубьев в пропиле; Hср – средняя высота пропила; t-шаг зубьев. Нормальные силы резания определяются через касательные: Q=mP; Qi=mPi; Qz=m где m-переходный множитель. Максимальная величина Uz_max по условию работоспособности зубьев (d=dmin=0,5) Uz=2qt²/Нmax, где Q=0,35…0,5 коэффициент формы зуба, Нmax – максимальная высота пропила (мм). Рамные пилы – двух типов А и В с планками и без по ГОСТ 5524-75 (на профиль зубьев). L=1100…1950 мм, L=300+Hmax+S/ B=160,180 и 220, b=1,6…2,5 мм, b=(0,1…0,12)ÖH_max (эмпирическая). b< для хвойных пород и плющеных зубьев и > для лиственных d=75°, боковая заточка не делается, g=15°, b=47°, a=28°. Широховатость боковых поверхностей Ra=1,25мкм, передней и задней граней Rz=20. Материал пил сталь 9ХФ.

Пиление ленточными пилами

При пилении ленточной пилой, древесина делится многорезцовым инструментом в виде бесконечной тонкой ленты с зубьями по рабочей кромке при его прямолинейном непрерывном поступательном движении. V=const=pDшп/(60*1000) (м/с), где Dш – диаметр пильного шкива (мм), n – частота его вращения (мин^-1). Движение подачи в большинстве случаев прямолинейное, равномерное. Va=const: траектории зубьев в пропиле – паралельные прямые линии. Кинематическая толщина стружки h=Uzcosjg, где jg=arctg[U/(60V)]. Учитывая малость jg толшину стружки вычисляют по формулам: для плющеных зубьев h¦=h=Uz cosjg»Uz; для разведенных зубьев hl=(B_пр/b)h»( B_пр/b)Uz

tgjg=Uz/t=U/(60V) – основное кинематическое соотношение для ленточного пиления.

Шероховатость поверхности пропила зависит в основном от Uz. Выбрав из таблицы Uz, проверяют не превышает ли она Uzmax, допускаемую по условию нормального заполнения впадин зубьев: U_zmax=qt2/(s_minH), гдеsmin=0,9…1,2 минимально допустимое значение коэффециента напряженности работы впадины, H – высота пропила (мм), q-коэффециент формы зуба.

Мощность резания Nрез(Вт) Nрез=Kт апопрBHU/60

Касательная сила P= Nрез/V

Нормальная сила на пиле Q=mP, где m-переходный множитель.

Ленточные пилы изготавливают в соответствии с ГОСТ 6532-77 “пилы ленточные, для распиловки древесины” и ГОСТ 10670-77 “пилы ленточные для распиловки бревен и брусьев” из инструментальной легированной стали 9ХФ.

Обычно столярные пилы разводят, а делительные и бревнопильные – плющат. Толщина ленточных пил b=0,6…2,2 (мм), поэтому они дают более узкий пропил по сравнению с рамными. Поскольку, возможен любой вид резания d=60…85°. Выбор толщины пилы обусловлен её напряженным состоянием при работе. Пилу, надетую на шкивы, предварительно натягивают для необходимой жесткости и способности передавать усилия. Напряжения от предварительного натяжения составляют s50…60 Мпа. Центробежные силы, возникающие при движении ленты по дуге шкива, создают напряжения растяжения s»20Мпа. Из-за сопротивления резанию часть ленты под столом растягивается, а над столом сжимается (s-несколько Мпа). Наибольшие напряжения лента испытывает при огибании шкива.

Предел прочности ленты на разрыв (700…800 Мпа) при минимальном коэффециенте запаса прочности 2 и суммарных напряжениях в пиле от предварительного натяжения, центробежных сил и сил резания (150…200 Мпа) определяет максимально допустимую величину напряжений от изгиба ленты – 200 Мпа. Отсюда, пользуясь методами теории сопротивления материалов, получают значение предельной толщины ленты b=0,001 Dш. Обычно b назначают в пределах b=(0?0007…0,001) D_ш. Твердость пил для распиловки бревен и брусьев HRC=42…46, делительных и столярных HRC=40…44. Для узких ленточных пил для распиловки древесины (делительных и столярных) допускается применением инструментальной углеродистой стали У10А.

Пиление круглыми пилами

Резание осуществляется многорезцовым вращающимся инструментом в форме диска. Круглая пила может находиться в верхнем или нижнем положении относительно заготовки. Диаметр резания D=2R(мм) или диаметр пилы принимается одинаковым для всех зубьев. Частота вращения n(мин^-1) считается постоянной.

СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ V=(p*D*n)/(60*1000) (м/с) составляет 40…80 (максимум 100…120) м/с и более. Подача на один оборот пилы Un=(1000U)/n (мм), подача на один зуб пилы Uz=Un/z=(1000U)/(n*Z) (мм); Z=(p*D)/t, где Z – число зубьев пилы, t – шаг зубьев (мм).

Различают пиление со встречной подачей, когда проекция V на направление U и вектор U противонаправлены друг другу и пиление с попутной подачей, когда они сонаправлены. При продольном пилении попутную подачу почти не используют, т.к. возможно затягивание древесины пилой, откуда скорость подачи становится неравномерной, двигатели механизмов резания и подачи перегружаются, создается аварийное положение. Попутную подачу используют при поперечном пилении с неподвижной заготовкой. Сложение V и U приводит к циклоидальной абсолютной траектории резания. В силу малости U/V её принимают за окружность (погрешность мала). Угол, соответствующий дуге резания или длине стружки L, называют углом контакта, jк=jвых-jвх. Режим пиления характеризует также средний угол jср=(jвх+jвых)/2. jср соответствует при продольном пилении среднему углу встречи главной режущей кромки зуба с волокнами древесины: jср=jв.ср. номинальная длинна стружки L=(pRjk)/180, если jк – в градусах. Два соседних зуба формируют разные поверхности дна пропила: со следом 1-1¢ и со следом 2-2¢. Расстояние между ними по направлению подачи равно Uz. Расстояние по нормали – толщина стружки h – различно. Текущая толщина стружки h=Uz*sinj. Толщина стружки в точке входа hвх=Uz*sinjвх, в точке выхода hвых=Uz*sinjвых=hmax, в середине дуги резания hсеред=Uz* sinjср. средняя толщина стружки hср определяется делением площади боковой поверхности стружки на ее длину hср=Uz*H/L. На практике считают, что hср»hсеред. Шероховатость стенок пропила зависит от Uz, jвых и др. Обычно для размещения стружки во впадинах зубьев не требуется ограничения скорости подачи, вычисленной из условия допустимой шероховатости.

Nрез=Kт*aпопр Bпр HU/60 (Вт). Касательная сила на пиле Рокр=Nрез/V; нормальная сила на пиле Qокр=m*Pокр. Касательная средняя сила на зубе Pz=Pокр/Zпр, средняя нормальная сила на зубе Qz=mPz (H), где Zпр=L/t – число зубьев в пропиле. Максимальная касательная сила на зубе Pmax=Pz*(hmax/hср). Максимальная нормальная сила на зубе Qmax=m*Pmax.

По виду боковых поверхностей пильного диска различают, конические и строгальные пилы. Плоские пилы используются для распиловки древесины (ГОСТ 980-80) и, оснащенные пластинками из твердого сплава, – для распиловки древесины материалов и древесины (ГОСТ 9769-79). Пилы для распиловки древесины изготавливают из стали 9ХФ двух типов:

· А – для продольной распиловки;

· Б – для поперечной распиловки.

Диаметр плоских пил D=125…1600 мм, b=1,0…5,5 (мм), Z=24…72 – тип А и Z=60…120 – тип Б. Наименьший диаметр пильного диска вычисляют по формулам: Dmin=2(H+dш/2+h3) – с верхним расположением шпинделя, где dш – диаметр шайбы крепления пилы на шпинделе; Dmin=2(a+H+h3) – с нижним расположением шпинделя. Толщина пильного диска b=(0,08…0,15)ÖD. Пилы с пластинками из твердого сплава

1.дляраспиловки листовых древесных материалов и клееной древесины

2. для продольной распиловки цельной и клееной древесины

3. для распиловки облицованных щитов поперек волокон

Для всех типов пил с пластинками твердого сплава делают боковые поднутрения зубьев: материал пластинок – твердые сплавы ВК6, ВК15. Материал дисков инстументальная легированная сталь 9ХФ или 50ХФА, HRC диска 40…45.

Пилы круглые конические применяют для ребровой распиловки пиломатериалов на тонкие дощечки с целью уменьшения отходов древесины в опилки (ширина пропила в 2 раза меньше по сравнению с плоскими пропилами). Толщина отпиливаемых дощечек не должна превышать 12…18 мм, чтобы пила не заклинивала в пропиле, а отгибала дощечку. Для несимметричной распиловки используют односторонние конические пилы (лево- и правоконические), для симметричной распиловки двусторонние. D=500…800 мм, В₀=3,4…4,4 мм, В=1,0…1,4 мм, Z=100, d=50 мм. g=25°, b=40°. Материал – сталь инструментальная легированная 9ХФ. HRC=41,46.

Пилы круглые строгальные имеют поднутрение боковых поверхностей от периферии к центру 15¢…45¢, поэтому не нужны развод плющение. Боковые режущие кромки зубьев расположены в одной плоскости. Пильный диск с поднутрением очень устойчив. Поверхности пропила по шероховатости близки к строганым. Используются для чистовой распиловки древесины влажностью до 20% в любом направлении. Стандартизованы ГОСТ 18479-73. Различают одноконусные и двухконусные пилы. Они предусмотрены для продольной и поперечной распиловок. Материал пил инструментальная легированная сталь 9ХФ или 9Х5ВФ. Твердость HRC=51…55. Для продольной распиловки g=20°, b=40°, для поперечной g= -15°, b=45°.

Фрезерование древесины и древесных материалов.

Фрезерование – процесс резания вращающимися резцами, при котором абсолютной траекторией резания является циклоида. Различают пять видов фрезерования:

· Цилиндрическое

· Коническое

· Торцовое

· Торцово-коническое

· Профильное

По направлению подачи заготовки относительно направления вращения инструмента различают встречное и попутное фрезерование. Попутное используют редко из-за большого расхода (в 1,5 – 2 раза) энергии на резание, неконтролируемой самоподачи. Основной вид – цилиндрическое продольное фрезерование со встречной подачей. Движение резания – вращательное, по окружности резания радиуса R(мм),с постоянной частотой n (мин-1). Движение подачи – прямолинейное, равномерное с U=10…40 (м/мин) (реже до 120…200 м /мин). Подача на один оборот инструмента Un=1000U/n (мм); подача на один резец Uz=Un/Z (мм). Различие между абсолютной траекторией резания (циклоидой) и окружностью резания мала. Поэтому с погрешностью до ± 3% абсолютную траекторию кончика резца принимают за окружность радиуса R. Разность уровней нефрезерованной и фрезерованной поверхностей составляет глубину фрезерования H (мм). Обычно H=2…4 (мм). a’b – след поверхности резания предыдущего резца; a’d – дуга резания, формируемая в настоящий момент. Угол jвх соответствует точке а’: jвх=arcsin[Uz/(2R)]»0, поэтому за точку входа считают точку а. Точке выхода резца d соответствует jвых=arccos*((R-H)/R). В среднем jвых=15…20°. Номинальная длинна стружки L равна длинне дуги резания ad: L=(pRjвых)/180. Ширина стружки В равна ширине обработки детали.

Толщина стружки h измеряется по нормали к последующей траектории в данной точке. В точке входа а h»0. h»Uz*sinj, где j – текущий угол поворота резца, считая от вертикали. Максимальная толщина стружки – по радиусу через точку b при j=jвых: hmax=Uzsinjвых. В расчетах используют среднюю толщину стружки hср. Площадь боковой поверхности реальной стружки UzH, фиктивной L*hср, откуда hср=Uz*H/L. Средняя толщина стружки (в середине дуги резания) hсеред= Uz*sin(jвых/2)»hср. Отсюда hmax»2hср.

Шероховатость поверхности определяется глубиной кинематических неровностей (глубиной неровности разрушения). Глубина кинематических неровностей y=L₁²/(8R) (мм), где L1 – длинна большей волны на обработанной поверхности(мм) R-радиус резания фрезы (мм). В общем случае L1=Uz+2Rt/Uz, где t=R1-R2 (мм) разность радиусов резания двух зубьев. Если t³критической, поверхность формируется одним резцом, описывающим окружность большего радиуса и l₁=U_n=1000U/n ; y=U_n²/(8R). Тогда критическая величина t_кр=у_z=1=L₁²/8R1=Un²/8R1. Неточность t данного инструмента не меняется, меняется U и Un. С увеличением Un растет У. Критическому моменту, когда у=укр=t соответствует критическая длинна волны Lкр=Unкр. Unкр=8Rt; Uкр= (Unкр*n)/1000=0,002n 2R1t. Для снижения кинетических неровностей надо стремиться к тому, чтобы длинна волн L соответствовала Uz, а величина Uz была минимальной. Кинематические неровности определяют шероховатость поверхности только при продольном фрезеровании (обработанная плоскость и направляющие подачи параллельны волокнам) или при продольно – торцевом по волокнам (jв >90°). При поперечном (обработанная плоскость параллельна волнам, а направление подачи перпендикулярно к ним), торцовом (обработанная плоскость и направление подачи перпендикулярны волокнам) и других переходных видах фрезерования шероховатость определяется неровностями разрушения.

Глубину неровностей разрушения определяет величина подачи на зуб Uz и углы встречи jв, скоса jс, наклона jн.

Равнодействующую силового действия резца на древесину раскладывают на касательную Р и нормальную Q силы. Точкой их приложения считают условно вершину резца. Различают мгновенные фактические силы резания Р и нормальную Q, имеющие место в данный момент; средние силы резания Рср – условную постоянную по величине силу, действующую на пути, равном длине стружки, – и нормальную Qср; окружные силы резания Рокр – условную постоянную по величине силу, действующую в течении всего времени оборота фрезы, – и нормальную Qокр. Как и в других процессах нормальные силы вычисляются через касательные с помощью эмпирического переходного множителя m: Q= mР и т.д.

В соответствии с формулой И.А.Тимс Р=КВh, где К- удельная сила резания при фрезеровании (Н/ммª), В- ширина фрезерования (мм), h- толщина стружки (мм). Т.к. h=Uz sinφ, то Р=КВUz sinφ, где φ- угол, определяющий положение резца на окружности резания. Приближенно считают, что при 0≤φ≤ φвых (на длине стружки) К не зависит от φ, а sinφ пропорционален φ, тогда Р≈ А0φ, где А0- коэффициент пропорциональности. Сила Р растёт от Рmax. Работа срезания одной стружки определяется как площадь F1 соответствующего треугольника: А1=0,5Р maxℓ.

Такую же работу за время срезания одной стружки совершает средняя сила резания Рср (площадь прямоугольника F2): Аср=А1ℓ. Отсюда Рср=0,5Р max. Окружная сила Рокр непрерывно действует во время полного оборота фрезы и совершает работу, равную работе фактической силы резания за это же время. работа Рокр (площадь прямоугольника F3): Аокр= Рокр∙2πR. Работа срезания одной стружки Аср=Рср∙ℓ, поэтому работа срезания всеми z ножами по одной стружке, т.е. суммарная работа фактической силы резания за один полный оборот фрезы Аz= Рсрℓz. Поскольку Аокр=Аz, Рокр=Рср∙ℓz/2πR. Силу Рокр определяют как Рокр=Nрез/υ. Nрез=КV1=Кт∙апопр[ВН(U/60)] (Вт), где К- удельная работа фрезерования для заданных условий резания (Дж/см£); V1- номинальный объём стружки, удаляемый с заготовки за 1с (см£/см); Кт- табличная удельная работа фрезерования (Дж/см£); апопр- общий поправочный множитель; В- ширина фрезерования (мм); Н- глубина фрезерования (мм); U/60- путь заготовки за 1с (м).

Цилиндрическое фрезерование вдоль, поперёк волокон и в торец имеет одну и ту же кинематику, но силовые характеристики процессов, стружкообразование и качество обработки поверхности будут разными.

Криволинейное и профильное фрезерование сводят к цилиндрическому (усложнённому).

Пазовое фрезерование имеет место, если глубина Н>D (для схемы цилиндрического). В этом случае используют инструмент, консольно закрепляемый в станке, с режущими элементами по боковой и торцовой поверхностям. Средняя по плоскости сечения Fс толщина стружки hс= Fс/ℓ=Uz∙2R/πR = 2/π∙Uz≈0,64∙Uz. Одна поверхность реза формируется при встречной, другая при попутной подаче (двухстороннее фрезерование). Нагрузка на инструмент меняется плавно, т.к. дуга контакта большая и толщина стружки плавно меняется от 0 до Uz и снова уменьшается до 0. Nрез= КТ∙апопр∙ВD∙Uбок/60, В- глубина паза (мм).

Ножи для фрезерования (ГОСТ 6564-73) изготавливаются двух типов: 1 и 2- без прорезей и с прорезями. Тип 1 (без прорезями): L=30…1610, В=25…45. Тип 2 (с прорезями): L=40…310, В=100,110,125. Ножи – сменный режущий инструмент ножевых головок и валов.

Ножевая головка для обработки узких профилей крепится на рабочем шпинделе консольно, легко меняется при затуплении ножей. Ножевой вал делается цельным с цапфами для подшипников, при замене ножей его со станка не снимают. На валу (головке) устанавливают 2…12 (реже до 18) ножей. Их крепление центробежно-клиновое. В нерабочем положении нож 2 удерживается клиновой планкой 3, поджимаемой болтом 4. Во время вращения вала центробежные силы, действующие на клин, приводят к возрастанию удерживающих нож сил трения по поверхности корпуса 1 и клина 3. Регулировочные винты 6 с упорной планкой 5 служат для точной установки ножей. Существуют и другие конструкции ножей (пружинные и пр.).

Фрезы применяются для плоского и профильного фрезерования, шипорезных операций, выробатки гнёзд и д.р. По способу крепления на станке фрезы делят на насадные и концевые. Насадные центральным отверстием насаживаютяс на рабочий шпиндель станка, а концевые имеют хвостовик для крепления в шпинделе.

Насадные фрезы подразднляются на цельные, составные и сборные. Цельные изготавливают из одной заготовки легированной стали. Они высокоточные, хорошо уравновешенные. Их можно использывать при высоких частотах вращения, для массовой обработки нормализованных профилей деталей. Цельные фрезы бывают затылованные (с кривой задней гранью зубьев) и незатылованные (с прямой задней гранью). При переточки профиль обработки и углы резания с уменьшением диаметра у затылованных фрез не изменяется. Зубья цельных фрез могут оснащатся пластинками из твёрдого сплава или закалённых инструментальных сталей. По назначению цельные стали делят на цилиндрические (обработка плоских кромок), пазовые (выработка пазов или четверти), прорезные фрезы – крючья (рамные и ящичные типы), фасонные (профильное фрезерование). Составные фрезы составляют из двух и более цельных, для обработки сложных (двусторонних) профилей, имеющих участки,лежащие в плоскости вращения фрезы.

Сборные фрезы имеют корпус из конструкционной стали и вставные сменные ножи из ценной легированной стали, которые могут быть оснащены пластинками из твёрдого сплава (см.выше). Преимущество сборных фрез заключается в сравнительной простоте изготовления сменных профилей, что важно для обработки малых партий деталей различного профиля.

Если у зуба фрезы плоская задняя грань и заточка производится по ней параллельными слоями, то по мере переточек α уменьшается. Заточка по задней грани с сохранением α приводит к уменьшению β и прочности зуба. Поэтому заднюю грань оформляют для постоянства α по архимедовой или логарифмической спирали или по дуге окружности, проведённой из смещённого центра.

Для обеспечения нормальной работы участков контура лезвия зуба, лежат в плоскости вращения фрезы или близко к ней, создают угол бокового зазора косой боковой заточкой затылка зуба тангенциальным поднутрением на 2…3°) или радиальным поднутрением на 30′…1° (как у зубьев строгальной пилы). Это можно показать на примере составной фрезы (вид сзади на предыдущей схеме). Материал Х6ВС и твёрдые сплавы ВК15 или быстрорежущая сталь Р6Н5.

Точение древесины.

Технологическая цель процесса точения – получение деталей с поверхностями тел вращения – цилиндрической, конической или более сложной формы. По направлению подачи относительно оси вращения различают продольное (осевое) и поперечное точение. Поперечное точение классифицируют на радиальное и тангенциальное. Радиальное точение имеет место при подаче резца перпендикулярно оси вращения, по радиусу. Абсолютная траектория точки лезвия резца – архимедова спираль. Толщина стружки h=1000∙U/n=соnst.

Тангенциальное точение осуществляется при поперечной подаче резца по хорде. Абсолютная траектория – резания спираль с переменным растоянием между витками. Изменение толщины стружки к концу процесса способствует достижения высокого качества обработки.

При продольном точении заготовка вращается, а резцу предаётся движение ножа вдоль оси вращения. Непрерывная винтовая стружка имеет постоянное сечение. Резцы для предварительного чёрного точения имеют полукруглое лезвие радиусом r =5…35 мм, для чистового – прямолинейное главное лезвие, расположенное под углом φп=40…50° к оси вращения заготовки (главный угол в плане), и вспомогательное лезвие под углом φ1=2…5°. Геометрия резца в главной секущей плоскости n-n: α=10..12°;β=25..40°;Ã=55..40°;δ=35..50°. проекция главного лезвия на плоскость m-m наклонена по отношению к проекции на эту же плоскость радиуса вращения, проведённого к вершине резца под углом ε=3..5° (угол скоса при наклоне главного лезвия).

Размеры стружки h=Un ∙sinφп; В=Н/sinφп, где Н (мм) – глубина точения Н=R1-R2. Резец оставляет на обработанной поверхности кинематические неровности, форма которых в продольном сечении копирует вершину резца. Длина волны ℓ=Un=Uz, глубина волны : для резца, вершина которого не закруглена y = tgφп∙tgφ1/(tgφп +tgφ1); для резца с закруглённой вершиной y≈ Unª/(8∙ r). На практике при черновом точении Un=1,5…2 (мм), при чистовом Un≤0,8 мм.

Силу воздействия S резца на заготовку раскладывают на три составляющие: касательную Р, радиальную R и осевую А. Если ε=0°, то R и А- составляющие нормальной силы Q: R =Q∙cosφп=m∙Р∙cosφп; А=Q∙sinφп=m∙Р∙ sinφп , где m- переходный множитель, зависящий от толщины стружки h.

Мощность резания Nрез=Кт∙апопр∙π∙(Rª1-Rª2)∙U/60 (Вт). Отсюда определяют касательную силу Р=Nрез/υ (Н).

Материал резцов быстрорежущая сталь Р18.

Сверление древесины

Сверление состоит в резании резцами, расположенными по торцу цилиндрического тела (сверла) и описывающими при работе в древесине винтовые поверхности. Технологическое назначение процесса – получение отверстий или гнёзд круглого сечения. Направляющая часть сверла центрирует его в отверстии двумя направляющими ленточками- фасками 2 и отводит стружку из отверстия двумя стружечными винтовыми канавками 3.

При конической заточке сверла его режущая часть имеет два режущих лезвия 1, передние поверхности 4 винтовых канавок, задние поверхности 5 (задний угол α резцов положительный), пересечение которых образует лезвие 6 – перемычку. Главное лезвие срезает со дна отверстия стружку, размер которой вдоль оси сверла равен Uz, а толщина h= Uz∙sinφ, где 2φ=85° – угол сверла при вершине. Боковую поверхность на участке 1′ и 2′, формирует вспомогательная режущая кромка, образованная пересечением передней поверхности и ленточки. По направлению оси вращения относительно волокон различают сверление продольное (в торец детали) и поперечное (в пласть). Условия работы бокового лезвия при поперечном сверлении неудовлетворительны: почти полпути за оборот оно будет производить продольно торцевое резание против волокон (самое низкое качество обработки). Поэтому свёрла с конической заточкой используют только при продольном сверлении.

При поперечном сверлении используют свёрла, имеющими заточку с направляющим центром 7 и подрезателями 8. Главное режущее лезвие 1 расположено в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Главное лезвие резца с подрезателями и центром срезают стружку толщиной h=Uz, предварительно отделённую от боковой поверхности отверстия впереди идущим подрезателем. Направляющий центр, ось которого совпадает с осью сверла, обеспечивает дополнительное (к ленточкам) его центрирование.

Скорость резания при сверлении зависит от радиуса траектории рассматриваемой точки: чем больше радиус, тем больше скорость резания. При этом, чем выше скорость резания, тем меньше величина угла движения φд. Величину φд надо учитывать при выборе номинальных углов. Номинальный задний угол должен быть α=αр+φд, где αр – минимальное рабочее значение заднего угла. Номинальные передние углы уменьшаются к центру сверла. Номинальные углы резания при сверлении составляют: α=20..25°; β= 20..25°; δ=40..50°.

Шероховатость поверхности после сверления характеризуют высотой неровностей Rzmax=60…320 (мкм)при подаче Un=0,7..2,2 (мм) для мягкой и Un=0,1…0,5 для твёрдой древесины

Мощность резания при сверлении Nрез=Кт∙апопр∙(π∙Dª/4∙U/60), где D – диаметр сверления (мм).

Окружная касательная сила резания , приведённая к точке сверла с радиусом D/2: Рокр= Nрез/υ, где υ – наибольшая скорость резания (м/с).

Крутящий момент на сверлильном шпинделе Мкр= Рокр∙(D/2) (Н∙мм).

Осевое усилие подачи Рос=mос∙Рокр, где mос – переходный множитель.

Для сверлильных работ также используют зенкеры – инструмент применяемый для частичного рассверливания отверстий, например, для выбора углубления под головку винта, или формирования фасочных выемок в детали.

Материал свёрл – инструментальная легированная сталь Р6М5, или сталь 9ХС. Материал пластинок из твёрдого сплава ВК8 илиВК15.

Гнездообразование (долбление). Строгание древесины.

Термин «долбление» относится к процессу закрытого строгания при выборки гнёзд ручными или простыми станочными долотами с образованием плоских стружек прямоугольного сечения. В современной технологии под этим термином обычно объединяют все процессы образования гнёзд, кроме пазового фрезерования.

Имеются две основные схеме: цепного фрезерования и гнездовой фрезой. Цепное фрезерование осуществляется резцами, расположенными на шарнирно связанных звеньях цепи. При её движении вдоль направляющей линейки 1 траектория главного движения прямолинейная, при огибании натяжного ролика 2 – окружность. Если L= d1, то достаточно одной осевой подачи со скоростью Uос. L>d требуется боковое перемещение со скоростью Uбок. Скорость резания υ=t∙z∙n/(60∙1000) (м/с), где t- шаг зубьев ведущей звёздочки (равен двойному шагу зубьев цепи) (мм); z =4- число зубьев ведущей звёздочки; n-частота её вращения (мин‾¹). Подача на зуб (мм): Uzос= Uос∙t/(60∙υ); Uzбок= Uбок∙ t/(60∙υ). Нормальный режим долбления: υ=4…10 (м/с); Uz= 0,02…0,2 (мм). Шероховатость поверхности характеризуют максимальной высотой неровностей Rz max (порядка 200 мкм). Мощность резания (Вт): N рез.ос=Кт.ос∙апопр.ос [В∙d(Uос/60)]; Nрез.бок =Кт.бок∙апопр.бок[В∙Н(Uбок/60)] где В и Н – ширина и глубина гнезда (мм).

Гнездовая фреза – многолезвийная плоская пластина с зубьями на торцовой и боковой стороне. Толщина гнездовой фрезы, как и фрезерной цепочки , определяет ширину гнезда. Движения резания происходит по замкнутой кривой (эллипс, окружность) со средней скоростью υср. Движение подачи –прямолинейное со скоростью Uос. Нижние зубья фрезы режут, боковые –удаляют стружку из гнезда.

Подача на один цикл движения резания и Un.ос=Uос∙1000/n= hmax , где n (мин‾¹) – частота циклов резания. Мощность резания рассчитывают подобно цилиндрическому закрытому продольно-торовому фрезерованию.

Длинна получаемого гнезда L=ℓ+2r, где ℓ – ширина гнезда (мм), r- горизонтальная амплитуда колебаний фрезы в движении резания (мм). Минимальная ширина гнезда Вmin=3 (мм). Точность обработки высокая, шероховатость стенок не хуже Rzmax=32 (мкм).

Строгание – процесс поперечного или продольного относительно волокон резания древесины для получения стружки (шпона) заданной толщины при прямолинейной траектории резания. Наибольшее практическое значение приобрели поперечное строгание древесины на облицовочной шпон толщиной 0,6…0,8 (мм) и на дощечки толщиной 5…13 (мм) используются две схемы строения: две схемы строения горизонтальная и вертикальная, равноценные по своим кинетическим и силовым характеристикам. В горизонтальной схеме движения резания сообщается ножу1. Кряж 3 в конце холостого хода ножевого суппорта подаётся вверх на заданную толщину шпона. При вертикальной схеме древесный кряж 3 (брус или ванчес) совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, а нож1 неподвижен. Подача ножа на толщину шпона происходит в конце холостого хода кряжа вверх вниз.

Скорость резания характеризуют средней скоростью перемещения суппорта υср=2S∙n/(60∙1000) (м/с), где S- длинна хода суппорта (мм); n – частота двойных ходов суппорта (мин‾¹).

Угол резания δ минимален, поэтому малы α=1…2˚ и β=16…17˚. Резание обязательно ведётся со скосом ножа к оси кряжа и направлению волокон: φс=78…80˚. При этом уменьшается усилия на входе ножа в кряж и достигается более гладкая поверхность шпона. Оптимальная установка прижимной линейки 2 относительно ножа 1 характеризуется углом ε=42˚ при любых условиях резания и степенью обжима Δ= (h- hщ∙100%/ h (%), где h-номинальная толщина сырого шпона (мм); hщ –просвет между линейкой и ножом (мм). Δ=5…20%. Для силовых расчётов строгания используют те же зависимости и справочные материалы, что и для лущения. Конструкция ножей также аналогична лущильным ножам.

Шероховатость поверхности Rzmax ≤ 100(мкм). Разнотолщинность для шпона толщиной 0,6 и 0,8(мм): ± 0,04 (мм); для шпона толщиной 1 (мм) ± 0,08 (мм).

Лущение древесины.

Лущением называется процесс поперечного резания древесины для получения стружки (шпона) заданной толщины, при котором траектория резания является спираль. Чурак 2, зажатый с торцов кулачками 1, вращается с заданной угловой скоростью. Одновременно с этим равномерно перемещает нож 4 к оси вращения чурака со скоростью U до конечного значения D_к диаметра чурака (карандаша). Скорость резания V = ПD_н / (60.1000) убывает по мере уменьшения D: V = 1…5 (м/с). Для постоянства толщины шпона h (сырого) U устанавливают так, чтобы перемещение суппорта за время оборота чурака соответствовало заданной величине h: U = hn /1000. Рабочие углы ножа a _р, b,d _р отсчитываются от касательной СТ к спирали траектории в точке лезвия. Углы, измеренные от касательной CN к окружности, называют установочными: a , b , g . Угол между СТ и CN – угол движения j_д = arctgu/60n=Un/ПD=h/ПD

a и d должны быть минимальными. b= 18…25^о, a = 0,5…1^о для D = 100…300мм и a = 2…3^о для больших D. Кинематика лущильных станков для для лущения чураков больших диаметров, предусматривает уменьшение a в процессе лущения. По мере лущения увеличивается и меняются рабочие углы a_p= a-j_g; g_p=g+j_g; d_p= d-j_g (особое внимание обращают на a_p из-за малости a).

Кроме ножа рабочим инструментом служит прижимная линейка. Как и при строгании ее положение относительно ножа характеризуют угол Е » 42^о к степени обжима Δ = 5…35% (в зависимости от породы древесины и толщины шпона).

Качество лущеного шпона оценивают по величине R_zmax (до 200 мкм для лиственных пород и до 320 мкм для хвойных) и разнотолщинности Δh (0,05 для толщины 0,95мм и 0,10 для 0,95мм.).

При лущении с обжимом стружки силы на ноже Р_н и Q_н больше сил на ноже 1. Р и Q при резании без обжатия на величину Р_дн и Q_дн – дополнительных касательной и нормальной сил на ноже, вызванных давлением прижимной линейки.

Прижимная линейка 3 действует с силой, которую раскидывают на составляющие Р_п (всегда сонаправлена Р_н) и Q_п (всегда направлена в сторону чурака) по тем же направлениям, что и сила на ноже S_н. S_н + S_п = S_бл – единственная сила, с которой блок нож-прижимная линейка действует при резании на чурак. Касательная и нормальная составляющие.

Р_бл = Р_п + Р_н; Q_бл = Q_п – Q_н.

При лущении без обжима стружки касательная сила Р равна произведению удельной силы резания К на площадь поперечного сечения стружки Вh: Р = КВh.

Касательная сила Р_бл = К _табл . А_напр . Вh, где

К _табл – табличное значение удельной силы резания гидротермически обработанной древесины с обжимом стружки прижимной линейкой (Н1…).

Нормальная сила Q_бл = m_Δ Р_бл, где m_Δ ~ 1,1 – переходный множитель.

Мощьность лущения (В_т) с обжимом стружки N_рез = Р_бл .V.

Лущильный нож представляет собой пластину с вырезами для крепежных болтов, изготовленную из двухслойной стали (компаунда): рабочая часть из легированной стали 9Х5ВФ или 9ХС, основание из мягкой конструкционной стали 15.

m = (1/4…1/3) . S; n = (1/3 … 1/2) . В_н.

Твердость режущей части после термообработки должна быть в пределах 56 … 62 HRC.

Разрезание и штампование древесины (бесстружечное деление).

Пиление имеет существенный недостаток – большие потери древесины при образовании пропилов. Это вызывает интерес к процессам бесстружечного деления древесины и древесных материалов твердыми инструментами типа тонких полосовых режущих пластинок большой жесткости.

Проблема бесстружечного деления на участке первичной обработки древесины – при получении брусьев и досок из бревен, черновых заготовок из досок, – еще не решена. Однако бесстружечное деление успешно применяют для обработки листовых древесных материалов: ДВП, фанеры, шпона.

Разрезание – это процесс деления, основанный на использовании ножниц, – двух плоских или дисковых ножей, при смыкании которых их лезвия с небольшим зазором проходят через общую плоскость резания. Между лезвиями имеется зазор s= 0.1…0.3 мм, отрицательно влияющий на качество разреза. Задние поверхности ножей составляют угол a=2° с плоскостью разреза, благодаря чему уменьшается трение. Угол заточки подвижного ножа b₁=30°, неподвижного -b₂=75 или 90°.

Различают следующие схемы разрезания:

а) плоскими ножницами при движении ножа перпендикулярно лезвиям(параллельным ножом)

б) плоскими ножницами при движении ножа не перпендикулярно лезвиям

в) плоскими ножницами с наклонными (непараллельными) ножами

г) дисковыми ножницами

На схемах а), б) резание происходит одновременно по всей длине l заготовки, на схеме в)- на длине х= H/tgj (j»5°). На схеме г) диски затягивают заготовку. При разрезании наблюдают явления, относящиеся как к резанию (внедрение резца), так и к сдвигу в материале под влиянием напряжений от сил резания. Возможны также явления отрыва, если силы на передней гране ножа создают в непрорезанной части листа напряжения достигающие предела прочности материала на растяжение в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Явления отрыва обычно возникают при разрезании(просечке) ножом материала, уложенного на деревянную или свинцовую подкладку. Максимальное усилие резания определяют (H) по формулам: при параллельных ножах P= KHl и при наклонных ножах P= KHx=KH²/tgj, где K (H/ мм²)- максимальная удельная сила разрезания; х= H/tgj- длина резания (мм); j- угол наклона ножа. K зависит от b1 и b2, H и схемы резания.

Штампование (просечка, пробивка, вырубка) также основано на принципе работы ножниц. Особенность штампования заготовки 1 состоит во взаимодействии двух резцов замкнутого контура- пуансона 2 и матрицы 3 (неподвижного резца). В схеме просечка (может быть с прижимом или без прижима) пуансон взаимодействует с деревянной, резиновой или свинцовой подкладкой 3, выполняющий роль матрицы. Углы заточки b₁= 25…30° , b₂= 60…75°, зазор между ножами должен быть ≤ 3%H. Наибольшее усилие штампования P=KHS, где S (мм)- длина периметра образуемого контура, H(мм)- толщина материала; K- наибольшая удельная сила штампования (H/мм²)

Измельчение древесины на технологическую щепу и стружку.

Технологическая цель измельчения древесины состоит в получении мелких древесных частиц заданных размеров и формы, предназначенных для дальнейшей переработки в целлюлозно-бумажном производстве, производствах ДВП, ДСтП, прессованных изделий из древесины. Измельчают обычно круглую неделовую древесину и кусковые отходы основных производств (круглые и колотые чуреки, горбыли, рейки), бракованные брусковые детали, шпон-рванину , сучья и т.д.

В соответствии с требованиями технологии и характером сырья древесину измельчают торцовым резанием на щепу и поперечным резанием на стружку.

Толщина стружки торцового резания 5…50мм определяет длину волокон частиц щепы. Толщина и ширина частиц щепы зависит от многих факторов и в процессе рубки не поддаются регулированию. Получают щепу резанием на рубильных барабанах или дисках методами фрезерования и строгания.

Поперечным резанием получают тонкую стружку (толщиной 0,1…2 мм) высокого качества непосредственно или после дополнительного изменения по ширине пригодную для использования в наружных слоях ДСтП. В стружечных станках резание организовано по схеме фрезерования и строгания.

Фреза 1 имеет ножи 2 со ступенчатой режущей частью, состоящей из наклонных лезвий и вертикальных подрезающих, разрезающих стружку на заданную длину L.

Измельчение ножевым диском происходит при поперечной подаче U заготовки 1. Нож 2 при этом срезает с древесины плоскую стружку толщины, меньше, чем глубина надрезов ножей 3.

Шлифование древесины.

Шлифованием называется процесс образивной обработки с преобладанием резания поверхности деревянных ддеталей с целью ее выравнивания до плоского состояния, придания ей высокой гладкости и калибрования щитовых деталей.

В отличие от шлифования полирование заключается в образивной обработке с преобладанием истирания и используется при облагораживании лакокрасочных покрытий.

В зависимости от цели различают черновое и чистовое шлифование.

Черновое шлифование применяют для точной обработки в размер или подд плоскость, поэтому опора шкурка должна быть жесткой, без постели.

Чистовое шлифование используют для достижения высокой гладкости (но не точностьи) обработанной поверхности, поэтому шкурка должна иметь мягкую опору, например, постель из фетра или пневматическую падушку.

В зависимости от вида инструмента различают ленточное, цилиндровое и дисковое шлифование.

Шлифовальную шкурку можно рассматривать как многолезвийный инструмент с большим числом режущих элементов – ребер абразивныз зерен.

Зерна 1 из электрокарунда, карбида, кремния и др. Абразивных материалов посредством связки 2 (животного клея, карбамидной или фенольной смолы) связаны друг с другом и с основой 3 (бумагой, тканью, фетрой и т.п.)

Абразивные материталы разделяют по крупности зерна (ГОСТ 3647-80) на

Шлифзерно 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, …, 220 мм.10²

Шлифпорошки 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12

Микропорошки М14, М20, М28, М40, М50, М63 мкм

Тонкие микропорошки М5, М7, М10

Номер зернистости характеризует крупность зерен основной фракции (части) зернового состава.

Зерно имеет острую вершину (r порядка 13 мкм для №16), которая при работе затупляется. Силы резания возрастают, в результате откалываются частично зерна, образуя новые острые кромки. Иногда зерно целиком выкрашивается из связки под действием сил резания до окончательного затупления. Совокупность этих явлений называют самозатачиванием образивного инструмента.

Основные параметры процесса шлифования: давление на поверхности, направление шлифования относительно волокон, скорость резания, скорость подачи, длина контакта с древесиной.

Давление q в зоне контакта шлифовального инструмента с обрабатываемым материалом влияет на количество активных (режущих) зерен и на производительность инструмента. Увеличение q мало влияет на среднюю толщину стружек и шероховатость обработки. Рекомендуемая величина q для основных схем шлифования выбирается по справочнику.

Направления шлифования. При чистовом шлифовании наилучшее качество достигается при шлифовании вдоль волокон ( j_с = 0^о). Для высокого качества отделки j_с ≤ 15^о. Черновое шлифование производят при j_с = 45^о или j_с = 90^о. На силы резания данный фактор существенно не влияет.

Длина контакта l_к шкурка с древесиной измеряется по направлению n.Оптимальная величина l_к не зависит от n, мало зависит от q и породы древесины, но зависит от номера зернистости шкурки. Для номеров 32, 16 и 10 оптимальная lк соответственно 125, 100 и 65 мм (равно длине утюшка).

Скорость резания n вычисляют как окружную скорость на поверхности приводного шкива.

Ожидаемая глубина неровностей на шлифованной поверхности (мкм)R_z=(110±20)(d_i/g), где d_i(мм)-размер зерен, g(г/см³)- плотность древесины, знак плюс- для острой шкурки, минус- для тупой.

Приведенная глубина шлифования или толщина снимаемого за один проход припуска H_i= 2/3 (R_zmax(i-1)-R_zmaxi), где R_zmax(i-1), R_zmaxi- средняя величина максимальных микронеровностей до и после обработки (мкм). Для сохранения высокой производительности процесса детали шлифуют за 2…3 прохода, уменьшая зернистость шкурки.

Удельная производительность шкурки а_ш- это номинальный объем (см³) материала удаляемого с 1 см² поверхности обработки при перемещении инструмента вдоль поверхности на 1 см (см³/см²·см).Определяют а_ш экспериментально. По извеснтой аш определяют скорость подачи U (м/мин): U= а_ш·60n·l_к/H_i·10³=6·10^-4а_ш·n·l_к/H_i, где U- скорость поперечной подачи утюжка. Различают общие силы шлифования : касательную P, нормальную Q и осевую (при осциляции инструмента), которую обычно не учитывают. Нормальная сила Q задается режимом шлифования: Q= q·F_к, где F_к- площадь контакта. Р= Q·f_ш, где f_ш- коэффициент шлифования, зависящий от зернистости и степени затупления шкурки и свойств обрабатываемого материала; f_ш (0,425+0,19√d_i) а_п·а_q (эмпирическая)

Мощность шлифования N(Вт). Для шлифования лентой N= q·F_к(f_ш+f)·n, где f= 0,3…0,4- коэффициент трения оборотной стороны ленты по постели.Для шлифования цилиндром N= q·F_к·f_ш·n.

Поставляют шлифованную шкурку в рулонах (Р) и листах (Л). Она выпускается в основном на бумажной или тканевой основе.

Для ленточного шлифования из рулона шкурки вырезают ленту необходимой длины и ширены. Концы ленты склеивают встык под углом 45° к кромке или под прямым углом внахлест. В первом случае конци ленты наклеивают на полотно, во втором – на одном конце горячей водой удаляют абразив на 50…80мм и склеивают концы.

Расчет режимов резания древесины.

Назначение режима резания заключается в выборе станка и инструмента, определении скорости резания и расчете скорости подачи.

Выбор сочетания станок-инструмент должен дать наибольший экономический эффект и практически сводиться к выполнению требований стандартов, руководящих материалов и инструкций по эксплуатации станков и инструментов.

Скорость резания, зависящая от частоты вращения рабочих шпинделей, на деревообрабатывающих станках обычно не регулируется, хотя и влияет на производительность процесса, стойкости инструмента, себестоимость обработки.

В зависимости от задания значения, скорости подачи возникает необходимость решения прямых и обратных задач. К прямым относятся задачи, в которых по заданной скорости подачи u и известным технологическим параметром обработки (толщине снимаемого слоя или высоте пропила, ширине обработки или пропила, породе древесины и еe влажности и др.) требуется определить мощность резания N, касательную P_u, нормальную Q силы, ожидаемую шероховатость обработанной поверхности. В обратных задачах рассчитывают наибольшую возможную скорость подачи

U_max из условий: а) полного использования мощности привода механизма резания (u_Νmaх); б)обеспечения заданного уровня шероховатости обработанных поверхностей R_zmaх (u_Ñmax); в)работоспособности инструмента (u_δmax); г)прочности или жесткости режущих элементов или инструмента в целом (u_jmax). К назначению рекомендуется (u_max = min{u_max; u_Ñmax; u_δmax; u_jmax}. Назначение скорости подачи u_max должна лежать в приделах u_{min ст} ≤ u_max≤u_{max ст} , где u_{min ст}…u_max диапазон регулирования скоростей подачи станка по паспорту.

Силовые расчеты процессов резание обычно выполняют по объемному методу основанному на вычислении мощности резании по объемной формуле с последующим определением действующих сил. N_раз = К[Fu/60],где K-удельная работа резания в данном процессе и при данных условиях обработки (Дж/см³), F-площадь поперечного сечения удаленной части материала(мм).

В соответствующих разделах учебной и справочной литературы приведены способы расчетного определения K для различных процессов сложного станочного резания. Среди них наиболее простой – табличный. В таблицах приводятся значения удельной работы резания K_т в зависимости от величины u_z или h ср для табличных условий резания .

Для вычисления K при условиях, отличающихся от табличных пользуются поправочными множителями: K=Kт*а_попр =K_т*а_п*а_w*а_t*а_ρ*а_δ*а_υ*а_н*а_ε. По скорости резания и мощности резания определяют касательную силу P и, выбрав из таблицы значения переходного множителя m,нормальную силу Q резания:Q = mP.

Основная цель расчета скорости подачи по мощности резания – определить скорость подачи u, при которой наиболее полно используется станок, установленная мощность привода которого N_{прив.раз.}

Мощность резания (максимальная ) N_раз = N_{прив.раз}*h, где h-коэффициент полезного действия механизма резания станка.

При определении скорости подачи u по мощности резания Nраз объемная формула мощности Nраз = K_т а_попрuF/60 не может быть использована непосредственно, т.к. предварительно необходимо найти удельную работу резания K_т, а для ее выбора по таблице надо знать подачу на резец u_z или ср. толщину стружки h, которая вычисляется через u , еще неизвестную.

Поступают следующим образом: в объемную формулу мощности подставляют вместо u ее выражение через u_z: u = u_zZn/1000. Получают N_раз = K_т а_попр *F*u_z Z n/(6*10⁴). Отсюда K_т u_z Z = 6*10⁴ N_раз / а_попр * F Z n . По произведению K_тu_z от u_z находят соответствующую величину u_z , а по ней – скорость подачи u.

В случае задания K_т по h_ср используют соотношения h_ср = u_z*Sinφ или другое, соответствующее данному процессу.