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;
V´ – условная скорость резания, м/с,
причем если V < 50 м/с , то V´ = (90 – V ), иначе V´ = 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.