Фрезерування деревини та деревних матеріалів

Фрезерування – процес різання різцями, що обертаються, при якому абсолютною траєкторією різання є циклоїда. Розрізняють п'ять видів фрезерування:

У напрямку подачі заготовки щодо напрямку обертання інструменту розрізняютьзустрічне та попутнефрезерування. Попутне використовують рідко через велику витрату (в 1,5 – 2 рази) енергії на різання, неконтрольованої самоподачі. Основний вид - циліндричне поздовжнє фрезерування із зустрічною подачею.Рух різання - обертальний, по колу різання радіусу R(мм), з постійною частотою n (хв-1).Рух подачі - прямолінійний, рівномірний з U = 10 ... 40 (м / хв) (рідше до 120 ... 200 м / хв). Подача однією оборот інструмента Un=1000U/n (мм); подача однією різець Uz=Un/Z (мм). Відмінність між абсолютною траєкторією різання (циклоїдою) та колом різання мала. Тому з похибкою до ± 3% абсолютну траєкторію кінчика різця приймають за коло радіуса R. Різниця рівнів нефрезерованої та фрезерованої поверхонь становить глибину фрезерування H (мм). Зазвичай H = 2 ... 4 (мм). a'b – слід поверхні різання попереднього різця; a'd – дуга різання, що формується зараз. Кут jвх відповідає точці а': jвх=arcsin[Uz/(2R)]»0, тому точку входу вважають точку а. Точці виходу різця d відповідає jвых = arccos * ((R-H) / R). У середньому jвых = 15 ... 20 °. Номінальна довжина стружки L дорівнює довжині дуги різання ad: L=(pRjвих)/180. Ширина стружки дорівнює ширині обробки деталі.

Товщина стружки h вимірюється нормалі до наступної траєкторії в даній точці. У точці входу а h»0. h»Uz*sinj, де j - поточний кут повороту різця, рахуючи від вертикалі. Максимальна товщина стружки – по радіусу через точку b приj=jвих: hmax=Uzsinjвих. У розрахунках використовують середню товщину стружки hср. Площа бічної поверхні реальної стружки UzH, фіктивної L*hср, звідки hср=Uz*H/L. Середня товщина стружки (у середині дуги різання) hсред = Uz * sin (jвых / 2) »hср. Звідси hmax»2hср.

Шорсткість поверхні визначається глибиною кінематичних нерівностей (глибиною нерівності руйнування). Глибина кінематичних нерівностей y=L1 2 /(8R) (мм), де L1 – довжина більшої хвилі на обробленій поверхні(мм) R-радіус різання фрези (мм). У випадку L1=Uz+2Rt/Uz, де t=R1-R2 (мм) різниця радіусів різання двох зубів. Якщо t³критичної, поверхня формується одним різцем, що описує коло більшого радіусу і l1=Un=1000U/n ; y=Un 2/(8R). Тоді критична величина tкр = уz = 1 = L1 2 / 8R1 = Un 2 / 8R1. Неточність t цього інструменту не змінюється, змінюється U та Un. Зі збільшенням Un росте У. Критичного моменту, коли у=укр=t відповідає критична довжина хвилі Lкр=Unкр. Unкр = 8Rt; Uкр = (Unкр * n) / 1000 = 0,002n 2R1t. Для зниження кінетичних нерівностей треба прагнути до того, щоб довжина хвиль L відповідала Uz, а величина Uz була мінімальною. Кінематичні нерівності визначають шорсткість поверхні тільки приподовжньому фрезеруванні(оброблена площина і напрямні подачі паралельні волокнам) або при поздовжньо - торцевому по волокнах (90°). Припоперечному(оброблена площина паралельна хвилях, а напрям подачі перпендикулярно до них),торцевому(оброблена площина та напрям подачі перпендикулярні волокнам) та інших перехідних видах фрезерування шорсткість визначається нерівностями руйнування.

Глибину нерівностей руйнування визначає величина подачі на зуб Uz та кути зустрічі jв, скосу jс, нахилу jн.

Рівнодіючу силову дію різця на деревину розкладають на дотичну Р і нормальну Q сили. Точкою їх застосування вважають умовно вершину різця. Розрізняютьмиттєві фактичні силирізання Р і нормальну Q, що мають місце в даний момент;середні силирізання Рср - умовну постійну за величиною силу, що діє на шляху, що дорівнює довжині стружки, - і нормальну Qср;окружні силирізання Рокр - умовну постійну за величиною силу, що діє протягом усього часу обороту фрези, - і нормальну Qокр. Як і інших процесах нормальні сили обчислюються через дотичні з допомогою емпіричного перехідного множника m: Q= mР тощо.

Відповідно до формули І.А.Тімс Р=КВh, де К-питома сила різання при фрезеруванні (Н/ммª), В-ширина фрезерування (мм), h-товщина стружки (мм). Т.к. h=Uz sinφ, то Р=КВUz sinφ, де φ- кут, що визначає положення різця на колі різання. Приближено вважають, що при 0≤φ≤ φвих (на довжині стружки) До не залежить від φ, а sinφ пропорційний φ, тоді Р А0φ, де А0-коефіцієнт пропорційності. Сила Р росте від Рmax. Робота зрізання однієї стружки окреслюється площа F1 відповідного трикутника: А1=0,5Р maxℓ.

Таку ж роботу під час зрізання однієї стружки здійснює середня сила різання Рср (площа прямокутника F2): Аср=А1ℓ. Звідси Рср = 0,5 max. Окружна сила Рокр безперервно діє під час повного обороту фрези і виконує роботу, рівну роботі фактичної сили різання за цей час. робота Рокр (площа прямокутника F3): Аокр = Рокр∙2πR. Робота зрізання однієї стружки Аср=Рср∙ℓ, тому робота зрізання усіма ножами по одній стружці, тобто. сумарна робота фактичної сили різання за повний оборот фрези Аz= Рсрℓz. Оскільки Аокр=Аz, Рокр=Рср∙ℓz/2πR. СилуРокр визначають як Рокр = Nрез/υ. Nрез=КV1=Кт∙апопр[ВН(U/60)] (Вт), де К-питома робота фрезерування для заданих умов різання (Дж/см£); V1- номінальний обсяг стружки, що видаляється із заготівлі за 1с (см £/см); Кт-таблична питома робота фрезерування (Дж/см£); апопр- загальний поправний множник; В-ширина фрезерування (мм); Н-глибина фрезерування (мм); U/60 - шлях заготівлі за 1с (м).

Циліндричне фрезерування вздовж, поперек волокон і в торець має ту саму кінематику, але силові характеристики процесів, стружкоутворення та якість обробки поверхні будуть різними.

Криволінійне та профільне фрезеруваннязводять до циліндричного (ускладненого).

Пазове фрезеруваннямає місце, якщо глибина Н>D (для схеми циліндричного). У цьому випадку використовують інструмент, що консольно закріплюється в верстаті, з ріжучими елементами по бічній і торцевій поверхнях. Середня за площиною перерізу Fс товщина стружки hс= Fс/ℓ=Uz∙2R/πR = 2/π∙Uz≈0,64∙Uz. Одна поверхня різу формується при зустрічній, інша при попутній подачі (двостороннє фрезерування). Навантаження інструмент змінюється плавно, т.к. дуга контакту велика і товщина стружки плавно змінюється від 0 до Uz і знову зменшується до 0. Nрез= КТ∙апопр∙ВD∙Uбок/60, В-глибина паза (мм).

Ножи для фрезерування(ГОСТ 6564-73) виготовляються двох типів: 1 і 2 - без прорізів і з прорізами. Тип 1 (без прорізами): L = 30 ... 1610, В = 25 ... 45. Тип 2 (з прорізами): L = 40 ... 310, В = 100,110,125. Ножі – змінний різальний інструмент ножових головок та валів.

Ножева головкадля обробки вузьких профілів кріпиться на робочому шпинделі консольно, легко змінюється при затупленні ножів.Ножовий валробиться цільним з цапфами для підшипників, при заміні ножів його зіверстата не знімають. На валу (головці) встановлюють 2...12 (рідше до 18) ножів. Їхнє кріплення відцентрово-клинове. У неробочому положенні ніж 2 утримується клинової планкою 3, підтисканої болтом 4. Під час обертання валу відцентрові сили, що діють на клин, призводять до зростання утримують ніж сил тертя по поверхні корпусу 1 і клина 3. Регулювальні гвинти 6 з упорною планкою 5 встановлення ножів. Існують і інші конструкції ножів (пружинні та ін.).

Фрезизастосовуються для плоского та профільного фрезерування, шипорізних операцій, виробки гнізд та д.р. За способом кріплення на верстаті фрези ділять на насадні та кінцеві.Насадніцентральним отвором насаджуються на робочий шпиндель верстата, акінцевімають хвостовик для кріплення в шпинделі.

Насадні фрези підрозділяються на цілісні, складові та збірні.Цільнівиготовляють з однієї заготовки легованої сталі. Вони високоточні, добре врівноважені. Їх можна використовувати при високих частотах обертання для масової обробки нормалізованих профілів деталей. Цілісні фрези бувають затиловані (з кривою задньою гранню зубів) та незатильовані (з прямою задньою гранню). При переточенні профіль обробки та кути різання зі зменшенням діаметра у потильованих фрез не змінюється. Зуби цільних фрез можуть оснащуватися пластинками з твердого сплаву або загартованих інструментальних сталей. За призначенням цілісні сталі ділять на циліндричні (обробка плоских кромок), пазові (вироблення пазів або чверті), прорізні фрези – гачі (рамні та ящикові типи), фасонні (профільне фрезерування).Складовіфрези складають із двох і більше цільних, для обробки складних (двосторонніх) профілів, що мають ділянки, що лежать у площині обертання фрези.

Збірніфрези мають корпус із конструкційної сталі та вставні змінні ножі із цінної легованої сталі, які можуть бути оснащені пластинками із твердого сплаву (див. вище). Перевага збірних фрез полягає у порівняльній простоті виготовлення змінних профілів, що важливо для обробки малих партій деталей різного профілю.

Якщо у зуба фрези плоска задня грань і заточування проводиться по ній паралельними шарами, то в міру перетікання зменшується. Заточення по задній грані зі збереженням α призводить до зменшення β та міцності зуба. Тому задню грань оформляють для сталості по архімедової або логарифмічної спіралі або по дузі кола, проведеного зі зміщеного центру.

Для забезпечення нормальної роботи ділянок контуру леза зуба, що лежать у площині обертання фрези або близько до неї, створюють кут бічного зазору косим боковим заточенням потилиці зуба тангенціальним піднутренням на 2…3°) або радіальним піднутренням на 30′…1 ° (як у зубів стругальної пилки). Це можна показати на прикладі складової фрези (задній вид на попередній схемі). Матеріал Х6ВС та тверді сплави ВК15 або швидкорізальна сталь Р6Н5.

Точення деревини.

Технологічна мета процесу точення - отримання деталей з поверхнями тіл обертання - циліндричної, конічної або складнішої форми. У напрямку подачі щодо осі обертання розрізняютьподовжнє(осьове) іпоперечнеточення. Поперечне точення класифікують нарадіальнетатангенціальне.Радіальне точеннямає місце при подачі різця перпендикулярно осі обертання, за радіусом. Абсолютна траєкторія точки леза різця – архімедова спіраль. Товщина стружки h = 1000 U / n = соnst.

Тангенціальне точенняздійснюється при поперечній подачі різця по хорді. Абсолютна траєкторія - різання спіраль зі змінною відстанню між витками. Зміна товщини стружки до кінця процесу сприяє досягненню високої якості обробки.

Приподовжньому точеннізаготівля обертається, а різцю віддається рух ножа вздовж осі обертання. Суцільні гвинтові стружки мають постійний поперечний переріз. Фрези для попереднього чорного точіння мають напівкругле лезо радіусом r = 5 ... 35 мм, для чистового - пряме основне лезо, розташоване під кутом φп = 40 ... 50 ° до осі обертання заготовки ( головний кут у плані), а допоміжну лопатку під кутом φ1 = 2…5°. Геометрія різця в головній січній площині n-n: α=10..12°;β=25..40°;Ã=55..40°;δ=35..50°. проекція головного леза на площину m-m нахилена по відношенню до проекції на цю площину радіуса обертання, проведеного до вершини різця під кутом ε=3..5° (кут скосу при нахилі головного леза).

Розмір мікросхеми h=Un ∙sinφп; В=Н/sinφп, де Н (мм) – глибина обточування Н=R1-R2. Різець залишає на обробленій поверхні кінематичні нерівності, форма яких у поздовжньому перерізі копіює вершину різця. Довжина хвилі ℓ=Un=Uz, глибина хвилі: для різця, вершина якого не закруглена y = tgφп∙tgφ1/(tgφп +tgφ1); для різця із заокругленою вершиною y≈ Unª/(8∙ r). На практиці для чорнового точіння Un=1,5…2 (мм), для чистового Un≤0,8 мм.

Силу впливу S різця на заготівлю розкладають на три складові: дотичну Р, радіальну R і осьову А. Якщо ε=0°, то R і А- складові нормальної сили Q: R = Q∙cosφп=m∙Р∙cosφп; А=Q∙sinφп=m∙Р∙ sinφп , де m – коефіцієнт переходу в залежності від товщини стружки h.

Потужність різання Nрез=Kт∙апопр∙π∙(Rª1-Rª2)∙U/60 (Вт). Звідси визначаємо тангенссилу Р=Nрез/υ (Н).

---