Раздел ii. процессы станочной обработки резанием и дереворежущий инструмент

Глава 6. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СЛОЖНОГО РЕЗАНИЯ

Все процессы сложного резания можно разделить на три груп­пы (рис. 17, 18): деление; поверхностная обработка (удаление тех­нологических припусков); глубинная обработка (превращение чи­стовых заготовок в готовые детали).

Деление материала может проходить с образованием струж­ки-отхода, с образованием стружки – продукта или бесстружечным способом. В первом случае деление осуществляется одним из видов пиления. Это наиболее широко распространенный процесс ста­ночной обработки. К процессам деления с образованием стружки – продукта относятся процессы лущения, строгания и измельчения древесины на щепу и стружку. Значительно меньше распростране­ны процессы бесстружечного деления, наиболее известные из ко­торых — разрезание ножами, ножницами и дисками, а также штам­повка-высечка.

Поверхностная обработка представлена такими про­цессами резания, как фрезерование, точение и шлифование, при­чем каждый из них имеет большое число разновидностей.

Наиболее распространенные процессы глубинной обра­ботки — фрезерование (пазовое и шипов), сверление и долбле­ние. Для выполнения процесса резания применяется станочный инструмент, классифицированный на группы по видам обработки древесины резанием (табл. 4).

Для упорядочения производства, правильной организации пла­нирования и обращения каждому инструменту присваивается ус­ловное обозначение (индекс).

Дереворежущий инструмент обще­го назначения разделен на подгруппы, имеющие определенный номер:

подгруппа 31 — ножи и инструмент резцовый;

подгруппа 32 — инструмент фрезерный: фрезы насадные и концевые;

под­группа 33 — инструмент сверлильный: сверла, зенкеры, долбяки и фрезерные цепочки;

подгруппа 34 — пилы рамные, ленточные, круглые.

Каждому типоразмеру инструмента присвоен индекс, первые две цифры которого указывают подгруппу инструмента, дальней­шие — его виды и разновидности, профили и размерные данные в соответствии с номерами технической документации на этот ин­струмент. Например, индексом 3420-0151 обозначена пила круг­лая, плоская типа А — для продольной распиловки древесины с параметрами 200...32... 1,4...24 (диаметр... диаметр центрального отверстия... толщина диска... число зубьев).

Таблица 4. Классификация станочного дереворежущего инструмента

	Процесс резания (вид обработки)	Инструмент	Основные станки, на которых применяется инструмент
Пиление	Пилы	С полосовыми пилами (лесопиль­ные рамы, лобзиковые станки), ленточнопильные и круглопиль­ные
Лущение и строгание	Ножи лущильные, шпонострогальные, рубильные стружеч­ные	Лущильные, шпонострогальные, дощечкострогальные, рубильные машины и стружечные станки
Бесстружечное деление	Ножи для ножниц, дисковые ножи, штампы, высечки	Ножницы, форматные станки с дисковыми ножами, штампы, прессы
Точение, шлифование	Токарные резцы, шлифовальные шкурки и цилиндры	Токарные, круглопалочные шли­фовальные ленточные, цилинд­ровые и дисковые
Фрезерование	Фрезы, ножи для фрезерования, фрезерные цепочки	Продольно-фрезерные (фуговаль­ные, рейсмусовые, четырехсто­ронние), фрезерные, шипорезные, цепнодолбежные, копировальные
Сверление, долбление	Сверла, долота	Сверлильные, долбежные

Глава 7. ПИЛЕНИЕ

Общие вопросы пиления

Пиление — это процесс деления древесины на части тонким ин­струментом с расположенными по периферии резцами с превра­щением в стружку объема древесины между этими частями. В резуль­тате срезания и удаления узких стружек (опилок) образуется пропил.

Пиление на станках осуществляется многорезцовыми (зубча­тыми) инструментами — пилами. Элементы пилы — тело 3, зу­бья 2, впадины 1 (рис. 19, а). В отличие от элементарного однолез­вийного открытого резания пиление — это трехлезвийное закры­тое резание.

Пиление классифицируют по виду инструмента: рамными пи­лами, ленточными, круглыми, специальными пилами.

По ориентации поверхностей пропила относительно волокон древесины различают пиление продольное, поперечно'е и под углом к волокнам (смешанное). Важно отличать про­дольное и поперечное пиление от одноименных главных видов про­стого резания; о виде резания можно говорить только для каждого отдельного лезвия зуба пилы.

Для закрытого резания необходимо, чтобыемкость впадины между зубьями пилы была достаточно большой для размещения стружки, а профиль ее — способствующим наибольшему уплотне­нию срезанной стружки и заполнению объема впадин. Конструк­цию впадины и ее работоспособность оценивают коэффициентом напряженности впадины

где а_упл — коэффициент уплотнения опилок во впадине; а_зап — коэффициент заполнения впадин:

где V_(Упл) — объем спрессованной (уплотненной) во впадине струж­ки; V_c — объем срезанной стружки (номинальный); V_B — объем впадины.

Подставив (46) в (45), получим

Объем впадины определяется шириной срезаемого слоя b, ша­гом зубьев t₃ и коэффициентом емкости впадины Ɵ:

где произведение Ɵt₃² = f_в — площадь впадины; величина Ɵ для стандартных профилей зубьев известна, например для ленточных пил Ɵ = 0,2...0,35.

Объем срезаемого слоя

где S_z — подача на один зуб; S_zt = f_c — площадь срезаемого слоя; t — высота пропила.

Подставив в формулу (47) для о выражения для V_B и V_c, получим

Это важная для технолога формула; из нее получается формула для расчета наибольшей допускаемой подачи на зуб S_{z (max)} исходя из условия предельного заполнения опилками впадины между зу­бьями:

В знаменателе должно быть минимальное допустимое значение а, чтобы получить максимальное значение S_z.

Опытами установлено, что а_упл = 0,45...0,5 для хвойных и около 0,8 для твердых лиственных пород; а_зап = 0,5... 0,6. Таким образом, коэффициент напряженности впадины а может быть больше или меньше единицы. Например, в нормальных условиях работы зубь­ев при рамном пилении а = 0,75... 1, a_min = 0,5.

Устойчивая работа пилы в пропиле возможна при условии устра­нения трения боковых поверхностей ее зубьев и тела (полотна, лен­ты, диска) о стенки. Уширение пропила относительно толщины пилы достигается плющением или разводом зубьев, а также конструирова­нием пил с шириной режущей части зубьев, превышающей толщи­ну тела пилы (например, пил с пластинками из твердого сплава).

Развод заключается в поочередном отгибании в разные сторо­ны кончиков зубьев на величину не более 1/2 высоты h₃. При плю­щении кончик зуба уширяется в обе стороны, приобретая форму лопаточки. Плющение зубьев пил имеет ряд преимуществ перед разводом: пила приобретает большую устойчивость в поперечном направлении, появляется возможность работать с меньшим уширением пропила, зубья меньше изнашиваются.

От способа подготовки зубьев для уширения пропила зависит форма поперечного (нормального к траектории резания) сечения срезаемого слоя.

В связи с тем, что при разводе зубья отгибаются попеременно на обе стороны полотна, на каждый зуб у стенки пропила прихо­дится удвоенная подача, а следовательно, и удвоенная толщина срезаемого слоя 2а (рис. 19, б). На остальной части ширины тол­щина слоя равна а. Среднее значение толщины срезаемого слоя по сечению при пилении пилой с разведенными зубьями а_сечХ вы­числяется по формуле

где fс — площадь поперечного сечения слоя, мм²; b — ширина срезаемого слоя, равная толщине зуба пилы В, мм; а — кинемати­ческая толщина срезаемого слоя (в продольном сечении), мм; b₁ — уширение пропила (развод, плющение, свес зуба) на сторону; В_пр — ширина пропила, мм.

При пилении плющеными зубьями (рис. 19, в) толщина слоя по сечению а_сечх постоянна и совпадает с кинематической толщи­ной а, т.е. с расстоянием между смежными траекториями зубьев, которое определяется кинематикой процесса:

Для формы зуба, показанной на рис. 19, г, средняя толщина срезаемого слоя по сечению а_сеч ~ 2а при ширине b = 0,5B_np. Шири­на пропила во всех случаях равна В_пр = В + 2b₁.

Пиление рамными пилами

В этом процессе древесина делится полосовым многорезцовым ин­струментом при его возвратно-поступательном движении (рис. 20, а)

В простейшем случае пильная рамка 1 с комплектом (поставом) пил 2 может двигаться только в вертикальной плоскости, перпен­дикулярной к направлению подачи бревна v_s. Движения — главное и возврата — возвратно-поступательное перемещение рамки по­средством кривошипно-шатунного механизма, состоящего из кри­вошипного (коленчатого) вала 6 с маховиками 7 и шатуна 5. Тра­ектория его — прямая (вертикаль), скорость главного движения переменная, вычисляется по приближенной формуле

где v_max — окружная скорость пальца кривошипа (точка А), м/с; α — угол поворота пальца кривошипа от верхнего положения на вер­тикальном диаметре.

При α = 0 v = 0 и пильная рамка находится в крайнем верхнем положении (верхней мертвой точке — ВМТ). При α = 180° (π рад) v = 0 и пильная рамка находится в крайнем нижнем положении (нижней мертвой точке — НМТ).

Расстояние между крайними положениями называется ходом пильной рамки Н = 2R. Зубья пилы срезают стружки только при движении вниз — при рабочем ходе. Возврат пилы в верхнее поло­жение — холостой ход.

При α = 90° (π/2 рад) скорость главного движения, м/с, наи­большая:

где R — радиус кривошипа, м; п — частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Движение с переменной скоростью принято характеризовать сред­ней скоростью, т.е. отношением пути, проходимого пильной рам­кой за один оборот вала, 2Н ко времени одного оборота 60/n:

Средняя скорость главного движения у современных высо­копроизводительных рам составляет 7,2... 7,4 м/с (при Н = 0,6... 0,7 м и п = 360...320 мин^-1).

Бревно 4 (см. рис. 20, а) подается вальцовыми механизмами 3 периодического или непрерывного действия. Возможны следующие виды подачи: периодическая (толчковая) за рабочий ход (во время движения пилы вниз), за холостой ход (во время движения пилы вверх); двухтолчковая; непрерывная с постоянной скоростью, с пе­ременной скоростью.

Толчковые механизмы подачи теоретически могут обеспечивать согласованные движения пильной рамки и бревна, что весьма важно для поддержания постоянных условий резания (например, толщи­ны стружки). Это достигается тем, что привод механизма толч­ковой подачи всегда связан с коленчатым валом лесопиль­ной рамы, от которого приводится в движение и пильная рамка. Подача за рабочий ход позволяет существенно упростить конст­рукцию механизма резания лесопильной рамы (не требуется уст­ройство для изменения уклона рамки).

Однако существующие механизмы толчковой подачи неудовлет­ворительно работают на быстроходных рамах. Толчковая подача за холостой ход и периодическая двухтолчковая применяются редко.

Непрерывная подача, широко используемая в современ­ных рамах, устраняет недостатки механизмов толчковой подачи: от­носительно малое быстродействие и большие динамические нагрузки (связанные с перемещением за короткое время толчком большой массы бревна). Вместе с тем этот вид подачи имеет недостатки из-за несоответствия законов движения пильной рамки и бревна.

Движение подачи характеризует v_s — скорость подачи (м/мин), равная окружной скорости подающих вальцов при непрерывной подаче или средней скорости перемещения бревна при периоди­ческой подаче; S_2x — посылка, мм, т.е. подача бревна за время одного оборота коленчатого вала или за время одного двойного хода пильной рамки:

В тесной связи с видом подачи и величиной посылки находится уклон пил. У рамной пилы вершины зубьев лежат на одной прямой. Эта прямая может располагаться вертикально или наклонно к верти­кали под углом (рис. 20, б). Из схемы видно, что при перемещении установленной наклонно пилы во время холостого хода из положе­ния I в положение II линия вершин зубьев смещается в направлении подачи — отходит от дна пропила. Горизонтальное смещение е линии вершин зубьев на длине хода рамки Н является линейной характери­стикой уклона; ею пользуются при установке пил:

Таким образом, установка пил с уклоном позволяет беспре­пятственно подавать бревно в период холостого хода рамки, что имеет место при непрерывной, толчковой за холостой ход и двух­толчковой подачах. Очевидно, что минимальный уклон е должен равняться посылке бревна за время холостого хода S_{x х}. Вся посыл­ка за двойной ход S_2x равна сумме посылок за время рабочего S_{p х} и холостого S_xx ходов:

При непрерывной подаче с постоянной скоростью за время хо­лостого хода бревно проходит путь S_xx/2. Следовательно, минималь­ный уклон пил при непрерывной подаче e_min(Henp) = S_xx = S_2x/2; при толчковой подаче за холостой ход e_min(x._x) = S_xx = S_2x, при толчко­вой подаче за рабочий ход e_min(px) = S_xx = 0.

Геометрия срезаемого слоя. Рассмотрим геометрию срезаемого зу­бом рамной пилы слоя в плоскости пилы. При толчковой подаче за холостой ход (рис. 21, а) пила имеет уклон величиной e_{min(x x)} = S_xx.

Движения бревна во время резания не происходит. Следовательно, абсолютная скорость движения зуба v_e равна скорости главного движения V. Траектории зубьев в древесине — вертикальные па­раллельные прямые, расстояние между которыми равно подаче на один зуб S_z:

где Z_H — число зубьев пилы, принимающих участие в резании.

Определяется Z_H делением хода пилы на расстояние между зу­бьями по вертикали:

где t₃ — шаг зубьев пилы, мм; ψ— угол уклона пилы, °.

Толщина слоя а (кинематическая) постоянна по высоте про­пила: а = S_z.

При пилении разведенными зубьями средняя по поперечному сечению толщина слоя вычисляется по формуле

При толчковой подаче за рабочий ход (рис. 21, б) уклон пилы не требуется, так как надвигание бревна происходит одновремен­но с ее рабочим ходом из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение. Скорость v и скорость подачи v_s (истинная, а не сред­няя) не постоянны по величине, но изменяются по одному и тому же закону (механизмы резания и подачи имеют общий привод от кривошипного вала), так что отношение v_s/v остается постоян­ным в течение рабочего хода. Поэтому траектории зубьев в пропи­ле будут прямыми, параллельными между собой и наклонными к вертикали под углом ф, величина которого зависит от соотноше­ния скоростей подачи и резания:

где 60 — множитель для приведения v, м/с, к размерности v_s, м/мин.

Расстояние между траекториями смежных зубьев по направле­нию подачи равно S_v Кинематическая толщина слоя

При непрерывной подаче бревна с постоянной скоростью (рис. 21, в) пила должна быть установлена с уклоном S_2x/2. Вектор абсолютной скорости перемещения зуба в пропиле, получающийся сложением переменной скорости резания v с постоянной скорос­тью v_s, в каждый момент времени рабочего хода или возврата пилы будет иметь различную величину и направление, следовательно, тра­ектории зубьев будут кривыми (косинусоидами).

На схемах показано продольное сечение срезаемого слоя (за­штриховано). Толщина его переменная — наибольшая в начале и в конце рабочего хода, наименьшая в середине хода:

где φ_ср = arctg (v_s/(60v_max)).

Приближенно можно считать cosφ_cp = 1. Пила, остановившись в нижнем положении, формирует по дну ступеньки несрезанной древесины аbс.

В начале холостого хода зубья пилы действуют на эти ступеньки задними гранями, в результате чего возникают силы, стремящие­ся подбросить бревно вверх и отбить его в направлении, противо­положном подаче.

Эти силы настолько велики, что существенно влияют на про­изводительность процесса и качество пиления. Кроме того, скоб­ление зубьями дна пропила приводит к повышенному расходу энер­гии на резание и ускоренному затуплению пил.

При периодической подаче для устранения скобления исполь­зуют кинематические приемы запаздывания (подача за холостой ход) или опережения (подача за рабочий ход) движения подачи.

При запаздывании подача бревна начинается, когда пила под­нимается из нижнего положения на высоту, равную высоте сту­пеньки, и задние грани зубьев выйдут из контакта с древесиной. Когда пила поднимается в верхнее положение, подача будет про­должаться, так как она началась позже и соответственно кончится после начала рабочего хода пилы. Но это не вызовет осложнений, потому что зубья будут срезать стружки в нормальных условиях. Учи­тывая остановку пилы в верхней мертвой точке при продолжаю­щейся подаче, пиле придают дополнительный уклон 1...2 мм на высоте хода: е_хх = e_min(xx) + (1 ...2) мм = S_2x + (1 ...2) мм.

При опережении подача бревна заканчивается прежде, чем пила опустится в крайнее нижнее положение. С прекращением движе­ния подачи зубья продолжают движение вниз по направлению век­тора v (при v_s = 0 v_e = v), благодаря чему все ступенчатые выступы по дну пропила срезаются и, следовательно, устраняется скобле­ние в начале холостого хода.

Когда подача заканчивается раньше, она возобновляется, прежде чем пила во время холостого хода возвращается в крайнее верхнее положение, т.е. в то время, когда зубья еще не могут срезать струж­ки[4]. Скобление дна пропила начинается теперь не в начале, а в конце холостого хода.

Чтобы этого не случилось, пилу устанавливают с уклоном, обес­печивающим отход линии вершин зубьев от дна пропила к концу холостого хода пилы на 2...3 мм:

е_рх = e_min(px) + (2...3) мм = 0 + (2...3) мм = 2...3 мм.

В лесопильных рамах с непрерывной подачей устранить полно­стью нажим бревна на пилы в начале холостого хода можно только путем сообщения пильной рамке дополнительного горизонталь­ного движения, которое обеспечивало бы отвод пил от дна про­пила. Фактическая величина уклона при непрерывной подаче е = e_min + (1...2) мм = S_2x /2 + (1...2) мм.

Геометрия поверхностей пропила складывается под влиянием многих факторов процесса: способа уширения пропила и качества выполнения этой операции, устойчивости пилы во время работы, толщины срезаемых зубьями слоев.

Расчетом установить высоту неровностей на поверхности про­пила невозможно, поэтому в расчетах пользуются результатами экспериментов.

В табл. 5 показана связь между величиной подачи на зуб и высотой наибольших неровностей на поверхности пропила.

Таблица 5. Зависимость шероховатости поверхности пропила от подачи на зуб для рамного пиления

Высота неровностей R m maх мкм, не более	Максимально допустимая подача на зуб, мм, при зубьях
плющеных	разведенных
	> 1,8	> 1,2
	1,8	1,2
	1,1	0,8
	0,7	0,5

Глубина внутренних разрушений под поверхностью пропила также зависит прежде всего от подачи на зуб (табл. 6).

Таблица 6. Показатель качества поверхности пропила при резании сосны в зависимости от подачи на зуб

Показатель качества	Подача на зуб, мм
0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Толщина поверхностного слоя, ослабленного разрушениями, мм	0,59	0,93	1,32	1,45	1,64

Мощность резания, Вт, вычисляют по формуле

где К_т — удельная работа рамного пиления для условий, указан­ных в табл. 7 (табличное значение), Дж/см³; а_попр — общий попра­вочный множитель, учитывающий конкретные условия пиления (см. гл. 17); B_пр — ширина пропила, мм; Σt — сумма высот всех пропилов, мм; v_s — скорость подачи, м/мин.

Величину Σt вычисляют как произведение средней высоты про­пила t_ср на число пил в поставе i:

где d_cp — средний диаметр бревна (на середине длины), мм.

Удельная работа К определяется как произведение табличного значения удельной работы для данного процесса резания К_т (табл. 7) на общий поправочный множитель a_попр, учитывающий отличие рас­четных условий резания от табличных:

Выражение в формуле (66), взятое в скобки, — это объем дре­весины, превращаемой в стружки (опилки) за 1 с, см³/с.

Таблица 7. Удельная работа К_г и единичная сила F_xT для рамного пиления сосны

а ср , мм	FxT, Н/мм, при средней высоте пропила tср, мм	Кт, Дж/см3, при средней высоте пропила tc , мм
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4

Примечание: Зубья острые разведенные. Для плющеных зубьев а_ср надо умножить на 0,8.

Формула (66) дает среднюю мощность, затрачиваемую на реза­ние, относящуюся в равной степени к рабочему и холостому ходу. По Р_р можно вычислить условную среднюю силу резания F_xn, по­стоянную по величине, действующую во время полного оборота кривошипа, Н:

Если принять для приближенных расчетов, что фактическая сила резания во время холостого хода F_xxx = 0, то можно определить фактическую силу резания, действующую во время рабочего хода F_{xp x}.

Работа условной средней силы резания F_xц за один оборот кри­вошипа (двойной ход рамки)

Работа фактической силы резания за время рабочего хода

Из последних выражений следует

Зависимость (72) справедлива для периодической подачи. В слу­чае непрерывной подачи касательная сила при холостом ходе, осо­бенно в первой его половине, достигает значительной величины. Поэтому фактические значения касательной силы для различных точек рабочего и холостого ходов должны определяться на основе анализа опытных диаграмм изменения сил резания.

Пусть аналитическим путем или по эмпирическим данным опре­делены касательная F_x и нормальная F_z силы на зубе пилы как силы на многолезвийном режущем элементе в условиях закрытого резания.

Тогда силы резания всем поставом пил средние за рабочий ход F_{xp x} и F_{zр х} определяются как произведения соответствующих сил на одном зубе F_x и F_z на число одновременно режущих зубьев z_реж одной пилы и на число пил i, установленных в поставе:

где t₃ — шаг зубьев пилы.

Табличная касательная сила F_XT наделена тремя признаками: она условно постоянна за время срезания одного слоя; единична, т.е. пересчитана на 1 мм ширины срезаемого слоя; действительна только для данного процесса станочного резания при определен­ных так называемых табличных условиях резания.

Из перечисленных свойств табличной силы вытекает формула для расчета полной касательной силы на резце (зубе) в заданных условиях резания:

где F_XT — табличная сила, Н/мм; b — ширина срезаемого слоя, мм; a_попр ^— общий поправочный множитель, учитывающий конкрет­ные условия пиления.

Табличная сила F_XT при рамном пилении зависит только от сред­ней толщины срезаемого слоя а_ср и средней высоты пропила t_cp (см. табл. 7). Напомним, что а_ср зависит от способа уширения про­пила (52), (53).

Нормальная сила F_z за время двойного хода пильной рамки зна­чительно меняется по величине и направлению. Во время рабочего хода в зависимости от угла резания δ, толщины срезаемого слоя а (или S_z) и остроты главного лезвия ρ она может быть отжимаю­щей или затягивающей древесину. Во время холостого хода сила F, всегда является силой отжима.

Опытные данные о величине нормальной силы обычно пред­ставляют в форме отношения т = F_z/F_x. Здесь эмпирический пере­ходный множитель т в геометрическом смысле представляет со­бой тангенс угла действия ψ, под которым вектор воздействия резца на заготовку F наклонен к траектории резания:

Переходный множитель т в общем случае дается как функция толщины срезаемого слоя a (S_z), угла резания δ и остроты лезвия ρ.

Нормальная сила F_z, в общем случае переменная во время рабо­чего и холостого ходов, за цикл совершает работу A_s, расходуемую на подачу бревна. Если допустить, что F_zpx ≈ F_zxx ≈ F_zu, получим

Мощность, расходуемая на подачу, Вт:

где F_zu — условная постоянная во время цикла (цикловая) нор­мальная сила, Н; v_s — скорость подачи, м/с.

При допущениях, сделанных для формулы (77), можно считать F_зц = mF_xц.

При рамном пилении существует опасность недопустимого пере­полнения стружкой впадин между зубьями. Определим наибольшую подачу на зуб из условия нормальной работоспособности зубьев рам­ной пилы — по предельному заполнению междузубной впадины:

где θ = 0,35...0,5 — коэффициент формы зуба; t₃ — шаг зубьев, мм; σ_min = 0,5; t_тах — максимальная высота пропила (комлевой диа­метр бревна), мм.

Рамная пила представляет собой стальную полосу длиной 1100... 1950 мм, шириной 160, 180 и 220 мм и толщиной 1,6...2,5 мм, по рабочей кромке которой насечены зубья. Различают пилы с при­клепанными планками (тип А, рис. 22, а) и без планок (тип Б, рис. 22, б).

Длина пилы выбирается в зависимости от характеристики лесо­пильной рамы. Можно записать простое соотношение между дли­ной пилы L, мм, ходом пильной рамки Н, мм, и наибольшей высотой пропила t_max, мм (равной диаметрубревна в комле):

где 300 — часть длины пилы, занимаемая крепежной оснасткой (верхними и нижними захватами, прокладками), мм.

Ширина пилы выбирается с учетом расстояния между передни­ми и задними вальцами лесопильной рамы. Для долговечности инструмента (относительной его дешевизны) имеет смысл выби­рать широкие пилы (В_п = 200 мм). Пилы типа Б обычно имеют начальную ширину 160 мм.

При выборе толщины пилы приходится разрешать следующее противоречие: чтобы добиться минимальных потерь древесины и снизить энергозатраты на резание, надо стремиться к примене­нию тонких пил; но чтобы достичь высокой точности распилива­ния, надо обеспечить достаточную жесткость (устойчивость) пилы, а это сделать легче всего, увеличивая толщину пилы. Толщину пил выбирают, пользуясь эмпирической зависимостью

Меньшие значения b_п относятся к распиловке хвойных пород древесины и к плющеным зубьям, большие — к распиловке твер­дых лиственных пород или к разведенным зубьям.

Шаг зубьев t₃ должен быть увязан с работоспособностью впади­ны. Из уравнения (50) следует, что

Существенная характеристика рамных пил — геометрия зубьев (рис. 22, в). Поскольку пилы предназначены для продольного рас­пиливания, геометрия зубьев отражает особенности этого вида резания. По ГОСТ 5524—75 предусматривается один профиль зубь­ев — с ломано-линейной задней гранью. Угол резания главного (короткого) лезвия зуба δ = 75°, углы резания боковых лезвий 90°, так как боковая заточка зубьев не делается; γ = 15°; β = 47°; α = 28°; t₃ = 18...40 мм, h₃ = 16...26 мм; l₃ = 7... 16 мм, r = 3...8 мм. Такую геометрию можно считать удовлетворительной, потому что глав­ная режущая кромка режет в торец (самый тяжелый случай), этим условиям вполне отвечает угол резания 75°, прочность зуба доста­точна. Боковые кромки режут поперек волокон (самое слабое со­противление древесины), поэтому можно мириться с δ_бок = = 90°. Косая заточка зуба, т. е. угол резания для боковых кромок δ = 60°, желательна, но это усложняет подготовку пил, а заметного снижения усилий или шероховатости поверхности пропила не дает. Задний угол α может быть уменьшен (усилия по задней грани растут при α < 10°), однако это вызывает уменьшение емкости впадины между зубьями, что может снизить производительность процесса резания.

Установлены следующие допускаемые отклонения линейных и уг­ловых величин рамных пил: по длине пилы ±2 мм, по ширине ±0,5 мм, по толщине ±(0,12...0,18), по шагу и высоте зубьев ±0,5 мм, по угловым величинам ±2°. Шероховатость боковых поверхностей Ra 1,25 мкм; передней и задней граней Rz 20 мкм. Материал рамных пил — сталь 9ХФ. Их твердость должна быть в пределах HRC, 42... 46.

Пиление ленточными пилами

В процессе пиления ленточной пилой древесина делится мно­горезцовым инструментом в виде бесконечной тонкой ленты с резцами (зубьями) по рабочей кромке при его прямолинейном непрерывном поступательном движении (рис. 23, а).

Главное движение — прямолинейное движение ленты вниз. Скорость главного движения v, м/с, постоянна:

I

где D_ш — диаметр пильного шкива, мм; п — частота вращения шкива, мин^-1.

Движение подачи — прямолинейное, за исключением выпили­вания криволинейных заготовок, равномерное надвигание распи­ливаемого материала на пилу со скоростью v_s (м/мин) при помо­щи приводных тележек, подающих вальцов и других устройств.

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя (рис. 23, б). Пусть в дан­ный момент зуб I движется вниз со скоростью v и вправо со скоро­стью v_s/60. Движение заготовки перенесено на зуб, а величины век­торов приведены к одной размерности — м/с. Сложение векторов дает скорость резания v_e. Векторы v и v_s/60 все время постоянны по величине и направлению, следовательно, не изменяется и вектор v_e, а это значит, что траекторией зуба I в пропиле будет прямая 1—1'.

Аналогично получаются траектории зуба II—2—2' и др. Траекто­рии зубьев в пропиле — параллельные прямые линии, расстояние меж­ду которыми по направлению подачи равно подаче на зуб S_z. Толщина срезаемого слоя (кинематическая) а = S_zcosψ, где ψ = arctg (v_s/(60v)) — угол наклона траектории зуба к линии вершин зубьев.

Учитывая способ уширения пропила и малую величину угла ψ, практически толщину слоя вычисляют по следующим формулам:

для плющеных зубьев

для разведенных зубьев

Подачу на зуб S_z при пилении ленточной пилой вычисляют по основному кинематическому соотношению для этого процесса. Из малого заштрихованного треугольника (см. рис. 23, б) следует, что tg \|/ = SJt_v но в то же время (из большого треугольника) tg\|/ = vJbOv. Приравнивая правые части равенств, получаем основное кинема­тическое соотношение

из которого следует

Шероховатость поверхности пропила при ленточном пилении также зависит в основном от величины подачи на зуб S_z (табл. 8).

Таблица 8. Зависимость шероховатости поверхности пропила от подачи на зуб при пилении ленточными пилами на делительных станках

Высота неровностей R , мкм, не более	Максимально допустимая подача на зуб, мм, при зубьях
плющеных	разведенных
сосна	дуб	сосна	дуб
	2,0	2,5	1,4	1,8
	1,5	2,0	1,0	1,2
	1,0	1,2	0,65	0,8
	0,6	0,6	0,40	0,55
	0,3	0,4	0,20	0,25
	0,15	0,2	0,10	0,15

Выбрав подачу на зуб S_z по табл. 8, надо проверить, не превы­шает ли она величину S_{z тах}, которую можно допустить из условия нормального заполнения опилками впадин между зубьями (51), для пиления ленточной пилой σ_min = 0,9... 1,2, 0 = 0,2...0,35.

Мощность резания рассчитывают с целью выбора привода глав­ного движения в станке (для наиболее тяжелых условий обработ­ки) или оценки использования установленной мощности (в кон­кретных условиях обработки).

Используют два способа расчета. По первому способу пользу­ются объемной формулой мощности

где К — удельная работа пиления ленточной пилой в расчетных условиях, Дж/см³; К = К_Tа_nопр, К_т — табличная удельная работа пиления ленточной пилой (табл. 9), Дж/см³; a_попр — общий попра­вочный множитель, учитывающий конкретные условия пиления; V₁ — секундный объем срезаемого слоя, см³/с:

где В_пр и высота пропила t, мм; v_s, м/мин.

Касательная сила на пиле определяется по мощности резания, Н: F_xц = P_p/v. Нормальная сила на пиле F_z