Теоретические основы процесса поперечного пиления.

    При поперечной распиловке наблюдается сложное резание, при котором передние поверхности А_j инструмента (рисунок 2.1) производят поперечное сдвигание слоев древесины, перерезанных в торец боковыми режущими кромками К.

    Боковые кромки зубьев пилы с углом косой заточки j > 0 работают как лезвие ножа. Если на поверхности заготовки сделать легкие надрезы пилой поперек слоев древесины, то можно заметить, что лезвия зубьев с косой заточкой оставят два параллельных углубления – царапины (рисунок 2.2)

    По мере пиления зубья все глубже будут входить в древесину, делая боковые надрезы главными боковыми кромками. Скошенные передние поверхности давят с силой Р₁ (сила Р₁ достигает максимального значения, обеспечивающего сдвиг элемента 1, при углублении зубьев в древесину до 0,8 мм) на среднюю часть древесины (рисунок 2.2), скалывая ее то вправо, то влево вдоль волокон по пере углубления зубьев в древесину, создавая хрупкую стружку, рассыпающуюся в опилки и формируя дно пропила 2. Это определяет следующие требования к профилю зубьев: боковая главная кромка должна перерезать волокна прежде, чем в контакт с ними вступит передняя поверхность. Для этого главную боковую режущую кромку выдвигают вперед относительно вспомогательной короткой режущей кромки за счет нулевого или отрицательного контурного угла (g £ 0). Боковые режущие кромки должны иметь положительный передний угол за счет косой заточки зубьев по передней и задней поверхностям (j > 0).

    При установке пилы на пильный вал (вал электродвигателя) необходимо выполнять соответствие диаметра шайбы диаметру пильного диска, которое описывается следующим уравнением:

                   ,                                      (1)

где d_ш – диаметр шайбы, мм;

   D - диаметр пилы, мм.

 

Рисунок 2.1- Зубья пилы для поперечного пиления

 

 

 

Рисунок 2.2- Траектория движения зубьев пилы

 

 

Для выполнения силовых расчетов процесса необходимо знать скорость движения подачи,Vs, м/мин, которая определяется по формуле:

 

                           V_s = В_з/ Т,                                      (2)

где В_з – ширина распиливаемой доски, м;

  Т - средняя продолжительность пропила, мин.

    Подача на зуб, Sz, мм, определяется по формуле:

 

                      S_z = (1000 ^. V_s)/(z ^. n),                            (3)

где z - число зубьев пилы, шт;

  n - частота вращения пильного диска, мин^-1,

    Скорость резания, V, м/с, равна

 

                            V = (π ^. D ^. n)/(60 ^. 1000),                        (4)

где D – диаметр пильного диска по вершинам зубьев, мм.    

    Ширина пропила В_пр (рисунок 2.2) определяется по одному неполному пропилу доски при помощи штангенциркуля, а затем подсчитывается величина развода зубьев, b₁, мм, по формуле:

 

                                 b ₁ = (В_пр- В)/2,                            (5)

где В_пр- ширина пропила, мм;

   В – толщина пилы, мм.

Угол контакта зубьев пилы j_к (град) с древесиной (рисунок 2.3) определяется по формуле:

 

        j _к = arcsin [ (C¹+t)/R ] –arcsin C¹/R,            (6)

где С¹ – расстояние от центра пилы до верхней поверхности заготовки, мм;

     С» 2-3 мм – величина углубления пилы в прорезь стола;

      t - толщина доски, мм;

      R - радиус пильного диска (по вершинам зубьев), мм.

    Число одновременно режущих зубьев, z_реж, шт:

 

                         z _реж =(p ^. D ^. j _к)/(360 ^. t _з),                    (7)

где t_з – шаг зубьев пилы, мм;

    j_к – угол контакта, град.

 

                          t _з = (p D)/ z.                                  (8)

Длина срезаемого слоя (длина дуги контакта) определяется по формуле:

 

                               l = (p D j _к)/360⁰ .                                            (9)

    Средняя толщина стружки, а_ср, мм, (рисунок 2.4):

 

                           а_ср = (S_z ^. t)/ l.                            (10)

   

 

Рисунок 2.3 – Схема пиления

 

 

Рисунок 2.4 – Срезаемый слой (стружка)

 

Средняя касательная сила на зубе, Р_{х ср}, Н:

Р _{х ср} = К ^.В_пр ^. а_ср,                      (11)

где К – удельная сила резания, Н/мм²:

 

                             К = К_т ^. а_п ^. a _r,                                     (12)

где К_т – табличное значение удельной силы резания, Н/мм², (см.таблицу 2.1);

  а_n – поправочный коэффициент на породу (таблица 2.2);

  а_r - поправочный коэффициент на затупление зубьев резца пилы в

         зависимости от времени работы пилы после заточки (таблица 2.3).

    Средняя окружная касательная сила:

 

                                  Р_{х окр} = Р_{х ср} ^. z _реж                                       (13)

    Мощность резания, N, кВт:

 

         N _рез = (Р_{х окр} ^. V)/1000 = К ^.В_пр ^. t ^. V_s / 1000 ^. 60,           (14)

где V – скорость главного движения резания, м/с.

    Коэффициент К может быть представлен в качестве номинальной работы резания в Дж, затрачиваемой на превращение 1 см³ древесины в стружку. В формуле (14) значение В_пр. ^. t ^. V_s = О_с, где О_с – секундный объем древесины, превращенной в стружку, см³/с.

 

    Произведение (К ^. О_с) есть работа, затраченная в течение одной секунды, Дж/с = 1 Вт.   

                                                                                                                                                                   Таблица 2.1 - Табличное значение удельной силы резания

Впр мм	Ктабл в Н/мм^2 при подаче на один зуб, мм
	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,08	0,10	0,15	0,20	0,30	0,40
1,5	122,6 111.8 105 99,1   96,1 92,2 88,3 84,4 81,4 80,4 79,5
2,5	103,0 94,2 90,3 86,3 83,4 77,5 73,6 68,7 65.7 63,8 60,8
3,5	88,3 82,4 76,5 72,6 68,7 63,8 59,.8 54.0 51,0 49,1      48,1
5,0	73,6 65,7 60,8 56,9 54,0 48,1 44,1 37,3 34,3 32,4 31,4

 

Таблица 2.2 - Поправочный коэффициент на породу а_n

Порода	Значение	Порода	Значение
Ель Сосна Береза	0,9 1,0 1,3	Бук Дуб	1,4 1,5

 

Таблица 2.3 - Поправочный коэффициент на затупление зубьев а_r

Время работы инструмента, час	1	2	3	4	5	6
аr	1,25	1,45	1,60	1,75	1,88	2,00

      

 

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на торцовочном станке ЦПА-2 в следующей последовательности:

а) Изучить теоретическую часть работы, изложенную в лекциях и настоящих методических указаниях.

б) С участием преподавателя или учебного мастера ознакомиться с конструкцией зубьев пил для поперечной распиловки, особенностями крепления пилы на валу.

в) Заполнить журнал измерений и расчетов (технические данные станка из паспортных данных), параметры пилы и заготовок – измерением штангенциркулем, угломером и микрометром.

г) Произвести осмотр обрабатываемых заготовок на наличие трещин, сколов, несросшихся сучков.

д) Проверить настройку суппорта по высоте (для сквозного распила заготовки вращающаяся пила при рабочем ходе суппорта должна входить на 10-20 мм в прорезь стола).

е) С разрешения и под руководством преподавателя приступить к распиливанию заготовок, при этом фиксировать время распила секундомером.

ж) Произвести несколько резов (один вначале несквозной – для измерения ширины пропила), после чего выполнить соответствующие измерения.

з) Результаты измерений необходимо систематизировать в журнале результатов измерений и расчетов (таблица 2.4).

и) По результатам замеров произвести расчет необходимых параметров процесса поперечного пиления, сделать соответствующие выводы и оформить отчет по прилагаемой в конце работы форме.

Таблица 2.4 - Журнал результатов измерений и расчетов

№№ п/п	Наименование параметров	Ед. изм.	Обозначение	Формулы для определения значений параметров		Значение параметров
						Факт.	Расчет
1	2	3	4	5		6	7
1	Диаметр шайбы	мм	dш	-			-
2	Диаметр пилы	мм	D	-			-
3	Толщина пилы	мм	В	-			-
4	Толщина заготовки	мм	t	-			-
5	Ширина заготовки	мм	Вз	-			-
6	Ширина пропила	мм	Впр	-			-
7	Частота вращения диска пилы	мин^-1	n	Берется из паспорта станка			-
8	Число зубьев пилы	шт	z	-			-
9	Время пропила	мин	Т	-			-
10	Скорость движения подачи	м/мин	Vs			-
11	Подача на зуб	мм	Sz		-
12	Диаметр шайбы	мм	dш		-
13	Скорость главного движения резания	м/с	V		-
14	Величина развода на одну сторону	мм	в1		-
15	Расстояние от центра пилы до верхней поверхности заготовки	мм	С^1		-
16	Угол контакта	град	jк		-
17	Число одновременно режущих зубьев	шт	zреж		-
18	Длина срезаемого слоя (стружки)	мм	l		-
19	Средняя касательная сила на зубе	Н	Рх ср		-
20	Удельная сила резания	Н/мм^2	К		-
21	Средняя толщина срезанного слоя	мм	аср		-
22	Табличное значение удельной силы резания	Н/мм^2	Кт	См. таблицу 2.1			-
23	Поправочный коэффициент на породу		ап	См. таблицу 2.2			-
24	Поправочный коэффициент на затупление зубьев пилы		аr	См. таблицу 2.3			-
25	Средняя окружная касательная сила	Н	Рх окр		-
26	Мощность резания	кВт	Nрез		-

 

 

2.3 Контрольные вопросы

 

а)	От каких факторов зависит скорость движения подачи?
б)	Почему гайка крепления пилы имеет левую резьбу и чем вызвана необходимость в расчете dш на соответствие D?
в)	Как определить среднюю и окружную касательные силы резания?
г)	Что из себя представляет срезаемый слой (стружка) при поперечном пилении и как определяется ее толщина (привести эскиз)?
д)	Что такое подача на зуб и от чего зависит ее величина?
е)	От каких факторов зависит скорость главного движения резания?
ж)	Каким образом можно определить ширину пропила, от каких факторов она зависит?
з)	Форма зубьев для поперечной распиловки древесины (привести эскиз и пояснить его)
и)	Что такое jк, как он определяется, и от каких факторов зависит его величина?
к)	Что включает в себя понятие «число одновременно режущих зубьев»?
л)	Каким соотношением связаны шаг зубьев и число зубьев?

Лабораторная работа № 3