Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

РАСЧЕТ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ БРУСА НА ФРЕЗЕРНОПИЛЬНОМ СТАНКЕ

Глебов И.Т.
В статье излагается метод расчета режима резания при получении из бревна бруса и технологической щепы.

Для получения брусьев из тонкомерных бревен часто используют фрезерно-пильные станки, на которых боковая пласть бруса формируется пилой, а отпад (горбыль) измельчается фрезами в технологическую щепу. Пила и фрезы закреплены на одном шпинделе.

Целью выполненной работы было разработка метода расчета режимов резания при получении брусьев с заданной шероховатостью и технологической щепы необходимых размеров из тонкомерных бревен. Технологическая щепа, применяемая для производства древесно-стружечных плит должна иметь длину по волокнам древесины 5…40 мм и толщину 5…30 мм.

Если брус квадратного поперечного сечения имеет основание с размером bб, см, то высота пропила t (рисунок 1) равна [1], мм

,

где d – диаметр бревна в вершинной части, см;

 Lб – длина бревна, м;

 Сб – сбег бревна; для тонкомерных бревен диаметром до 26 см Сб = 1,0 см/м.

При выпиливании из бревна бруса по краям образуются горбыли сечением формы сегмента АВС (рисунок 2). Высота сегмента изменяется от t = АВ до нуля в точке С. Для упрощения расчетов заменим сегмент равновеликим по площади прямоугольником (на рисунке 2 заштрихован). Для этого найдем площадь сегмента Sс:

,

где R – радиус поперечного сечения на середине длины бревна, мм;

.

Угол a равен, рад.:

.

Ширина сегмента РС, равная ширине фрезерования bф, равна мм:

Высоту фрезерования найдем через площадь сегмента Sc=bфtф:

.

Для расчета режимов пиления необходимо знать угол контакта пилы с заготовкой, длину дуги контакта, среднее значение толщины срезаемого слоя и угол встречи, т.е. острый угол между вектором скорости главного движения и направлением волокон древесины. Эти параметры процесса пиления находятся следующим образом (рис. 1).

Угол контакта, рад

,

где t – высота пропила, толщина бруса, мм;

D – диаметр пилы, мм.

Длина дуги контакта, мм

Боковая площадь срезаемого слоя

,

где аср – средняя толщина срезаемого слоя, мм;

Sz – подача на один зуб, мм.

Отсюда находим среднее значение толщины срезаемого слоя

.

Обычно . При продольном пилении древесины кинематический угол встречи θ равен углу встречи зуба пилы с волокнами древесины φв. Тогда угол встречи

.

Для пояснения метода расчета режимов обработки бруса на фрезерно-пильном станке воспользуемся примером.

Пример. На фрезерно-пильном станке из сосновых бревен длиной L = 6,5 м, диаметром d = 18 см и влажностью W = 50% выпиливаютсся брусья сечением 12,5×12,5 см. Пила: D = 250 мм, число зубьев Z = 36 шт., толщина S = 3 мм, уширение зубьев на сторону S = 0,7 мм. Фреза коническая: Dф = 200 мм, угол наклона режущей кромки φн = 30º, количество зубьев z = 1, длина режущей кромки bф = 15 мм, частота вращения n = 2900 мин-1, длина получаемой щепы lщ = 15 мм.

Определить шероховатость пласти бруса, мощность механизма главного движения и скорость подачи.

Решение

1. Находим окружной шаг зубьев пилы 

250/36 = 21,8 мм.

2. Высота пропила при формировании пласти бруса

=171,8 мм.

3. Угол контакта пилы с бревном

 = 1,516 рад.

4. Угол встречи зубьев пилы с волокнами древесины

= 65º.

5. Длина дуги контакта пилы с заготовкой

= 189,5 мм.

6. Ширина пропила 

b = S+2S’ = 3+2·0,7 = 4,4 мм.

7. Скорость главного движения

= 38,0 м/с.

8. Фиктивная сила резания для древесины сосны

р = 3,924 + 0,0353jв = 3,924 + 0,0353·65 = 6,22 Н/мм.

9. Удельное сопротивление резанию при пилении

k = (0,196 + 0,00392jв)d + (0,0686 + 0,00147jв)V´ - (5,39 + 0,147jв),

где d – угол резания зуба, град;

 – условная скорость резания, м/с,

причем если V < 50 м/с , то  = (90 – V ), иначе  = V, где V – скорость главного движения.

k = (0,196 + 0,00392·65)55 + (0,0686 + 0,00147·65)(90-38)- (5,39 + 0,147·65) = 18,4 МПа.

10. Величина затупления режущей кромки зуба

Dr =gDlnTКпКи /1000 = 0,0001×189,5 ×2900 ×480 ×0,9 ×0,9/1000 =21,4 мкм.

11. Коэффициент затупления зуба пилы при ro = 10 мкм

= 1,46.

12. При подаче на зуб фрезы Szф = lщ = 15 мм найдем скорость подачи бревна

Vs=Szфzn/1000 = 15·1·2900/1000 = 43,5 м/мин.

13. Подача на зуб пилы

= 0,42 мм.

По значению подачи на зуб и φв= 65º по таблице [2] находится шероховатость поверхности Rmmax= 320 мкм.

14. Толщина срезаемого слоя

= 0,32 мм.

15. Удельная сила резания при продольном пилении

 = 65,87 МПа.

Мощность пиления

= 33,63 кВт

16. Находим размеры фрезеруемого сегмента.

16.1. Радиус поперечного сечения на середине длины бревна

= 106,2 мм.

16.2. Угол a:

 0,94 рад.

16.3. Площадь сегмента

= 5263,2 мм2.

16.4. Ширина сегмента, равная средней ширине фрезерования

  = 43,7 мм

16.5. Средняя высота срезаемого слоя

 = 120,3 мм.

17. Скорость главного движения при фрезеровании

= 30,4 м/с.

18. Угол встречи зубьев фрезы с волокнами древесины

= 68,75º.

19. Угол контакта зуба фрезы с древесиной

 = 1,29 рад.

20. Длина дуги контакта фрезы с заготовкой

= 129,1 мм.

21. Режущая кромка конической фрезы выполняет продольно-поперечно-торцовое резание с углами φн = 60º (острый угол между режущей кромкой и волокнами древесины), φв = 68,75º.

21.1. Фиктивная сила резания [2]

р//-^-#  = 3 Н/мм

21.2. Касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба фрезы при продольно-поперечно-торцовом резании

k//-^-# = 

=

=

= 19,1 МПа.

22. Величина затупления режущей кромки зуба

Dr =gDlnTКпКи /1000 = 0,0001×129,1 ×2900 ×480 ×0,9 ×0,9/1000 =14,6 мкм.

23. Коэффициент затупления зуба пилы при ro = 6 мкм

= 1,43.

24. Толщина срезаемого слоя при фрезеровании

= 12,1 мм.

25. Удельная сила резания при фрезеровании

 = 17,3 МПа.

26. Мощность фрезерования при длине режущей кромки зуба bзф = 15 мм

=22,7 кВ.

27. Общая мощность на пильно фрезерном шпинделе равна

Ро = Р + Рф = 33,63+22,7 = 56,33 кВт.

Предложенная методика расчета может быть использована при расчете и анализе режимов резания при обработке брусьев из бревен с получением технологической щепы.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Руководящие технические материалы по определению режимов пиления на лесопильных рамах. – Архангельск: ЦНИИМОД, 1987. – 82 с.

2. Глебов И.Т. Резание древесины. – Екатеринбург, УГЛТУ, 2001. – 150 с.


Библиографическая ссылка

Глебов И.Т. РАСЧЕТ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ БРУСА НА ФРЕЗЕРНОПИЛЬНОМ СТАНКЕ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 5. – С. 20-23;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3088 (дата обращения: 18.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074