Традиционно дисциплина Оборудование отрасли включает три части: резание, дереворежущий инстумент, оборудование деревообрабатывающих производств

 

В.В. Амалицкий

В.В. Амалицкий

Деревообрабатывающие станки и инструменты

Посвящается родным и близким авторов

Предисловие

Государственный образовательный стандарт специальности 260200 «Технология деревообработки» для высших учебных заведений включает занимающую важное место в учебном плане подготовки инженеров-технологов дисциплину «Оборудование отрасли». Эта дисциплина состоит из трех основных частей: резание древесины, дереворежущие инструменты, оборудование деревообрабатывающих производств.

Инженер-технолог должен знать основы теории резания древесины и древесных материалов, конструкции дереворежущих инструментов и деревообрабатывающих станков, методы и технические средства комплексной автоматизации деревообрабатывающего оборудования, уметь решать практические задачи по определению режимов обработки и производительности оборудования при обеспечении требуемого качества обработки и высоких технико-экономических показателей.

Учебник состоит из шести разделов. Первый — третий разделы написаны доктором технических наук, профессором В.В. Амалицким (младшим). В первом разделе изложены теоретические основы и описаны инженерные расчеты основных видов механической обработки древесины и древесных материалов. Во втором и третьем разделах приведены сведения о дереворежущем инструменте, его конструкциях и методах подготовки к работе. Четвертый — шестой разделы написаны доктором технических наук, профессором В.В. Амалицким (старшим). Они содержат общие сведения о деревообрабатывающем оборудовании, описание конструкции наиболее распространенных машин общего назначения и некоторых специализированных производств. Материал разделов подобран по проблемному принципу, т.е. сгруппирован по общности принципиального устройства машин.

Авторы надеются, что учебник будет полезен не только учащимся высших профессиональных учебных заведений, но и аспирантам, преподавателям вузов и техникумов лесотехнического профиля, и с признательностью примут замечания и пожелания.

Введение

Традиционно дисциплина «Оборудование отрасли» включает три части: резание, дереворежущий инстумент, оборудование деревообрабатывающих производств.

Теория резания древесины и древесных материалов является классическим примером обобщения огромного числа фундаментальных исследований, проведенных великими российскими учеными И.А. Тиме, М.А. Дешевым и продолженных в дальнейшем Ф.М. Манжосом, С.А. Воскресенским, А.Л. Бершадским, А.Э. Грубе, Е.Г. Ивановским и их последователями.

Благодаря применению новейших математических методов исследований, моделирования и обработки результатов, сложных приборов и измерительной аппаратуры были тщательно изучены практически все процессы механической обработки древесины и многих древесных материалов. Весомый вклад в развитие науки о резании на современном этапе внесли Н.А. Кряжев, А.А. Пижурин, В.И. Любченко, Г.А. Зотов, В.И. Санев, В.В. Амалицкий и другие ученые.

Значительные успехи науки в области резания древесины и материалов на ее основе, дереворежущего оборудования и инструмента не случайны. Широкомасштабные исследования, приведшие к столь заметным результатам были вызваны бурным развитием деревообрабатывающей промышленности как в России, так и за ее пределами.

Без преувеличения можно констатировать, что деревообработка даже в условиях экономического кризиса осталась одной из немногих отраслей, продолжавших реально работать, сохранив при этом высокую привлекательность для инвестиций. В итоге, несмотря на глубокий спад российской станкоинструментальной отрасли, передовые зарубежные технологии, оборудование и инструмент оказались востребованными отечественной лесной и деревообрабатывающей промышленностью, способной благодаря наличию богатейших запасов сырья и вековым традициям давать устойчивый социальный (создание рабочих мест, налоги) и экономический (прибыль) эффект.

Сегодня в России наблюдается интенсивный процесс развития структуры лесной и дерево­обрабатывающей промышленности: открываются новые производства, растет сектор посреднических фирм и иностранных представительств. В этих условиях впервые за последние годы возник высокий спрос на специалистов с высшим и средним образованием, операторов современных автоматизированных и компьютеризированных станков. Высшие и средние учебные заведения не отличаются высоким уровнем готовности к такой ситуации: в силу известных объективных причин устарели материально-техническая база, лабораторное оборудование, учебная литература, запасов которой к тому же явно недостаточно.

Предназначенный для высших профессиональных учебных заведений настоящий учебник должен не только восполнить недостаток учебной литературы. В нем нашли отражение новые специфические тенденции развития деревообрабатывающей промышленности: более тесная связь различных технологических операций и процессов, концентрация их во времени и взаимовлияние, определяющие производительность и качество обработки; усложнение конструкции современных деревообрабатывающих машин, повышение их точности, стабильности и надежности; использование компьютерных систем управления. Поэтому в книге уделено повышенное внимание новейшим видам деревообрабатывающего оборудования, выпускаемого ведущими мировыми производителями.

Раздел I. Рабочие процессы деревообрабатывающих машин

Глава 1. Понятие о рабочих процессах машин

Совокупность всех процессов, связанных с превращением сырья в готовую продукцию, называется производственным процессом. Часть производственного процесса, непосредственно связанная с изменением формы, размеров или свойств перерабатываемого сырья, называется технологическим процессом. По ряду признаков технологический процесс можно разделить на отдельные этапы (например, склеивание, отделку, сборку), а каждый этап — на отдельные технологические операции. Операция — это неделимая часть технологического процесса, в основе которой лежит какой-либо рабочий процесс, реализуемый с помощью рабочей машины, например: сверление, измельчение, сортирование. Существуют машины, предназначенные для выполнения технологического этапа, в которых реализуется несколько рабочих процессов. Таким образом, рабочими называются машины для облегчения или замены труда человека при выполнении технологических операций какого-либо производственного процесса. Различают следующие рабочие процессы машин лесопильно-деревообрабатывающих производств.

Механическая обработка, посредством которой из первичного древесного сырья получают изделия, узлы и детали заданных форм, размера и качества, осуществляется резанием, раскалыванием, давлением, дроблением. При обработке резанием происходит разрушение связей между частицами материала по строго заданному направлению, обрабатываемый объект разделяется на части с образованием стружки или без нее.

Резанием обрабатывают натуральную древесину (пиломатериалы, заготовки, строганый и лущеный шпон), искусственные материалы на древесной основе (прессованную, пластифицированную и клееную слоистую древесину, древесностружечные, цементностружечные, древесноволокнистые и другие древесные плиты), синтетические облицовочные материалы (пленки на основе пропитанных бумаг или полимеров).

Раскалывание — разделение древесины по слоям, не позволяет получить детали строго заданной формы и размеров. Этот процесс применяется в основном на подготовительных операциях.

Обработке давлением подвергается как массивная, так и измельченная древесина. В первом случае с помощью этого процесса изменяют форму древесины изгибом (гнутьем) или прессованием. Однако, прессование не получило широкого распространения в связи с малой пластичностью древесины.

При дроблении древесины разделение на части происходит неорганизованно, без соблюдения заданной геометрии частиц, обычно по наиболее слабому направлению материала. Такой процесс имеет место при ударном дроблении и абразивном размоле.

Гидротермическая обработка древесины состоит в ее сушке и, если необходимо, пропитке. Сушкой называется процесс удаления влаги из древесины с целью придания ей равномерной влажности, стабильности свойств при дальнейшем использовании, предохранения от порчи и загнивания, уменьшения массы, повышения прочности, улучшения качества склеивания и отделки. Древесина должна быть высушена так, чтобы влажность ее по сечению была равномерной и отсутствовали внутренние напряжения. Однако, внутренние напряжения, уравновешенные в высушенном материале, могут стать причиной коробления деталей при обработке, когда материал делится на части или удаляются (обрабатываются) отдельные участки детали. Напряжения растяжения приводят к растрескиванию и порче древесины.

Пропитка заключается во введении в древесину жидких составов с целью ее окраски, пластификации, антисептирования, консервирования, огнезащиты и т. д. Пропитывают древесину двумя способами, без давления и с созданием внешнего давления. Промышленное значение имеет пропитка под давлением, включающая пропитку с торца и в автоклавах.

Склеивание применяется для следующих целей: получения деталей большего сечения или длины по сравнению с исходным материалом (склеивание брусков пластями, кромками или торцами в брус, щит, брусок); получения деталей криволинейной формы (склеивание с одновременным гнутьем); получения узлов рамочной и каркасной конструкции (склеивание деталей в узлы с применением шиповых соединений); облицовывания деталей (склеивание массивной древесины и плит со шпоном); соединения деталей и узлов при сборке; получения плит (склеивание древесных частиц). Склеивание позволяет получить изделие заданной формы и свойств или улучшить его внешний вид.

Процесс склеивания состоит из двух основных операций: нанесения клея на древесину и запрессовки. Количеством наносимого клея определяется толщина клеевого слоя и прочность клеевого соединения. Запрессовка, т. е. обеспечение давления на склеиваемые детали, необходима для плотного соприкосновения склеиваемых поверхностей и смачивания клеем всей поверхности склеивания. Применяемые в настоящее время синтетические клеи позволяют интенсифицировать процессы склеивания и отверждаются за время, исчисляемое минутами и даже секундами.

Отделка заключается в создании на поверхностях деревянных деталей и изделий покрытий, защищающих изделие от вредных воздействий, улучшающих его эксплуатационные и декоративные качества. Различают три вида отделки — прозрачную, непрозрачную и имитационную.

Прозрачная отделка (покрытие прозрачными лаками) применяется для изделий, облицованных шпоном ценных пород древесины или пленками на основе бумаги, и для изделий из массивной древесины, имеющей красивую текстуру. Изделия из малоценных пород древесины, плитных и листовых материалов отделывают, полностью закрывая поверхность непрозрачной пленкой, краской, эмалью, пластиком, бумагой. Имитационная отделка улучшает декоративные свойства обычных древесных материалов путем придания им внешнего вида древесины ценных пород или других материалов. Для этого применяют глубокое крашение, наносят декоративный печатный рисунок, облицовывают пленками и пластиком. Процесс отделки состоит из следующих стадий: подготовка к отделке, нанесение покрытия, облагораживание покрытия.

Сборка — это процесс соединения отдельных (и не только древесных) деталей и элементов в готовое изделие без склеивания. Расчленение готового изделия на элементы позволяет упростить и механизировать технологический процесс изготовления изделия. Варианты сборочных работ различны в зависимости от конструкции изделия. Крупногабаритные изделия, как правило, делают разборными. Их отделывают в узлах, а сборка заключается во взаимной стыковке соединяемых элементов и закреплении их разъемными соединительными элементами: стяжками, петлями, уголками, шурупами, винтами. Сборка производится с помощью специальных сборочных приспособлений и станков на одном рабочем месте или на конвейере.

Все рассмотренные выше рабочие процессы за исключением механической обработки подробно изучаются в соответствующих технологических дисциплинах учебного плана. Вопросы механической обработки затрагиваются поверхностно и требуют глубокого и внимательного изучения в данном курсе. Поскольку большую долю в операциях механической обработки занимает процесс резания, ему и уделено в учебнике основное внимание. Такие процессы, как раскалывание, давление и дробление, применяются значительно реже и рассматриваются при изучении соответствующих видов оборудования.

Глава 2. Общие сведения о процессе резания

Определение и классификация процессов резания

Резание — это технологический процесс разрушения связей между частицами обрабатываемого материала по заданной поверхности с целью получения изделия требуемых размеров, формы и шероховатости.

Процесс резания может быть реализован разнообразными способами. По виду объекта, действующего на заготовку, различают резание твердым резцом, световым лазерным лучом, гидравлической струей и другими носителями энергии. Основным в современной технологии деревообработки является процесс резания твердыми резцами из металлов, твердых сплавов, алмазов или резцовое резание.

Резцовое резание классифицируют по разным признакам:

1) по способу получения заданной поверхности:

бесстружечное резание, при котором заданная поверхность получается без снятия стружек путем отделения за один проход резца малодеформированного среза материала;

стружечное резание, при котором для получения заданной поверхности с заготовки срезаются стружки, в обычных условиях резания получающие деформации по всему объему или значительной его части (стружечное резание имеет место в большинстве процессов обработки на дереворежущих станках);

2) по степени сложности:

элементарное (простое) резание, не поддающееся дальнейшему упрощению;

сложное резание, имеющее место при обработке разнообразными режущими инструментами на станках.

Элементарное резание и его закономерности изучают для того, чтобы научиться понимать процессы сложного резания, раскладывая их на составные элементы, сводя к более простым процессам.

Движения в процессе резания

Рассмотрим элементарную технологическую задачу, решаемую резанием. Пусть с заготовки для получения плоской поверхности требуется удалить припуск.… В этом случае задача решается послойным удалением припуска: сначала резцу… Стружка — это часть материала, срезанная с заготовки за один проход резца. В случае обработки на ножницах, высечках и…

Геометрия резца

Передняя и задняя поверхности могут иметь любую форму (вогнутую, выпуклую или ломаной линии). Сопряжение режущих кромок может быть выполнено… Положение режущих кромок и поверхностей лезвия в пространстве определяет… Основная плоскость — координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку n режущей кромки перпендикулярно…

Геометрия срезаемого слоя, стружки

Обычно размеры срезаемого слоя рассматривают в двух сечениях: поперечном основной плоскостью , и продольном нормальной секущей плоскостью . В… Толщина срезаемого слоя а — расстояние между соседними поверхностями резания,… Толщина срезаемого слоя может быть постоянной или переменной как в поперечном, так и в продольном сечениях. Для…

Виды резания древесины и древесных материалов

1) резание древесины вдоль волокон (продольное, рис. 2.5, а, обозначается ||), при котором плоскость и направление резания параллельны волокнам… 2) резание древесины в торец (торцовое, рис. 2.5, б, обозначается ^), при… 3) резание древесины поперек волокон (поперечное, рис. 2.5, в, обозначается ), при котором плоскость резания…

Исходные и оценочные характеристики процесса резания

1. Факторы, относящиеся к заготовке: вид материала (для древесины — порода, температура и влажность), его физико-механические свойства, наличие в… 2. Факторы, относящиеся к резцу: угловые параметры, физико-механические… 3. Режимы и размеры обработки: толщина и ширина слоя, скорости подачи и резания, толщина снимаемого припуска,…

Глава 3. Силовое воздействие резца на древесину

Общие положения. Рабочую зону (лезвие) резца составляют режущая кромка и прилегающие к ней участки передней и задней поверхности. В идеальном (абсолютно остром) резце режущая кромка представляет собой линию пересечения передней и задней поверхностей резца (рис. 3.1, а ), а в реальном резце — переходную кривую поверхность, соединяющую переднюю и заднюю поверхности резца, которая характеризуется радиусом затупления .

В начальном состоянии резец (например, нож для фрезерования) имеет плоские (в сечении прямые) рабочие участки передней и задней граней, шероховатость лезвия = 4...5 мкм, радиус затупления =3...5 мкм. Во время резания под действием сложных физико-химических процессов (механического истирания, окисления, теплового износа, электрохимической коррозии, электрической эрозии, абразивного износа) происходит износ резца, т. е. изменение геометрии и микрогеометрии элементов его рабочей зоны. Следствием износа является затупление резца, т. е. потеря остроты и формы режущих кромок.

При движении резца в древесине по поверхности рабочей зоны (поверхности контакта) имеют место нормальные напряжения (давления) и касательные силы трения. Нормальные давления возникают всякий раз, когда два твердых тела вступают в контакт; направлены они перпендикулярно площадке контакта. А если при нормальном давлении одно тело скользит по другому, обязательно возникают силы трения, направленные по касательной к площадке контакта в рассматриваемой точке. Величина силы трения в точке определяется величиной нормального давления и коэффициента трения ().

Для определения величины и направления общей силы, с которой резец действует на древесину, в теории резания разделяют всю рабочую поверхность резца на участки и рассматривают силы, действующие на каждый участок и на резец в целом.

Рабочая зона резца (рис. 3.1, а) имеет три участка: переднюю грань (участок ak), заднюю грань (участок bd) и режущую кромку (участок anb).

Силы на режущей кромке. Точная эпюра нормальных давлений на режущую кромку неизвестна. Условно ее можно представить как часть кольца (нормальное давление одинаково по длине режущей кромки). Величина давления находится в пределах прочности древесины на сжатие , т. к. здесь имеет место разрушение. Режущую кромку (дуга anb) состоит из двух дуг: an и nb (рис. 3.1, б). Если суммировать нормальное давление (распределенную нагрузку) по контуру an, получим равнодействующую сосредоточенную силу . Если по тому же контуру суммировать силы трения, возникающие вследствие наличия нормального давления и скольжения резца по древесине от точки а к точке n, получим равнодействующую сосредоточенную силу . Сложив геометрически и , получим силу воздействия участка режущей кромки an на древесину .

Аналогично для участка режущей кромки nb имеем равнодействующую нормальных давлений , равнодействующую сил трения и их геометрическую сумму — силу воздействия участка режущей кромки nb на древесину . Складывая геометрически и , получаем общую силу воздействия режущей кромки резца на древесину . Для практических целей силу удобно представить проекциями на два взаимно перпендикулярных направления: по касательной к абсолютной траектории резания (по направлению ) —, и по нормали к ней —.

Воздействие режущей кромки на древесину сводится к двум сосредоточенным силам — касательной и нормальной . Величина этих сил на единице длины (1 мм) режущей кромки зависит от следующих факторов процесса резания: радиуса затупления и углов резца и (эти величины определяют длину дуги контакта), нормального давления по контуру резца и коэффициента трения (т. к. при заданной дуге контакта эти величины определяют величины равнодействующих и ). Таким образом,

; . (3.1)

Главный из выявленных факторов — радиус затупления . Если принять остальные факторы за постоянные величины, получим приблизительные зависимости

, , (3.2)

где А, А'— сомножители, не зависящие от .

Из последних зависимостей следует, что при очень острых резцах (близко к 0) силы на режущей кромке практически отсутствуют.

Силы на передней грани. При внедрении резца в заготовку вслед за начальной стадией упругого деформирования древесины передней гранью уже при очень малом перемещении резца разрушаются клеточные стенки. Давление по поверхности соприкосновения передней грани с древесиной сразу же достигает величины временного сопротивления древесины смятию (рис. 3.1, в).

При дальнейшем продвижении резца смятая передней гранью древесина давит на ряды соседних клеток и разрушает их. Это разрушение протекает при неизменном напряжении , поэтому среднее давление на передней грани остается постоянным, не зависящим от глубины внедрения резца.

Результирующая нормальных сил на передней грани в таком случае будет

, (3.3)

где ak — длина контакта передней грани резца со стружкой (ширина детали принимается равной единице).

Возникающая при движении сила трения по передней грани

, (3.4)

где — коэффициент трения передней грани резца по стружке.

Геометрическое сложение и дает суммарную силу воздействия передней грани резца на древесину . Разложив силу на две составляющие по тем же направлениям, что и силу на режущей кромке , сводим воздействие передней грани резца на древесину к касательной силе и нормальной (по отношению к направлению абсолютной скорости резания).

Из выражения для и следует, что силы на передней грани зависят от свойств древесины (), угла резания , коэффициента трения стружки по передней грани резца , а также от глубины внедрения резца , считая от начала резания или от момента образования предыдущего элемента стружки, т. к. (рис. 4.3, а).

Силы на задней грани. При резании (рис. 3.1, г) резец подминает под себя объем древесины . Поскольку величина мала, можно считать, что деформирование древесины происходит в упругой зоне. Давление в этом случае будет пропорционально деформации древесины в данной точке: наибольшее в точке b, наименьшее (равное 0) в точке d, где древесина не деформирована. Эпюра давления изображается треугольником.

Результирующая нормальных давлений по задней грани на схеме показана вектором , результирующая сил трения — вектором , суммарная сила воздействия задней грани — вектором , а также его составляющими: касательной и нормальной .

Проф. С. А. Воскресенский получил следующие формулы для сил по задней грани:

; , (3.5)

где с — коэффициент упругости поверхности древесины; произведение с, Н/мм³, на абсолютную деформацию , мм, поверхности древесины в данной точке дает величину давления по задней грани в этой точке , Н/мм²: ; — радиус затупления резца; — задний угол резца; — коэффициент трения между задней гранью резца и древесиной.

Силы на резце в целом.Чтобы получить общую силу воздействия резца на древесину F, необходимо векторно сложить силы воздействия отдельных участков:

. (3.6)

Для решения практических задач, связанных с расчетами энергоемкости процесса резания, прочности и жесткости элементов режущего инструмента и станка, параметров режима резания, распределенную нагрузку на обрабатываемый материал заменяют сосредоточенной результирующей (равнодействующей, суммарной) силой резания F и оперируют ее составляющими — проекциями на координатные оси X, Y, Z (рис. 3.2, a).

Направление координатных осей для составляющих силы резания выбрано с учетом практических потребностей. Направление Х совпадает с направлением вектора скорости главного движения (касательным к траектории главного движения), ось Y перпендикулярна вектору и лежит в плоскости резания, ось Z перпендикулярна плоскости резания и осям Х и Y. Составляющие силы F, ее проекции на координатные оси, имеют названия: — касательная сила, — нормальная сила, — боковая сила.

Боковая сила , если режущая кромка расположена перпендикулярно вектору и угол наклона . Касательная сила при всех условиях резания положительна и определяет мощность резания. Нормальная сила в зависимости от исходных условий резания может быть направлена в сторону стружки, тогда ей приписывают знак «минус» и называют силой затягивания (рис. 3.2, б), или в сторону заготовки, тогда ей приписывают знак «плюс» и называют силой отжима (рис. 3.2, в).

Результирующую силу резания F следует рассматривать как векторную сумму сил, действующих со стороны отдельных элементов лезвия: режущей кромки , передней поверхности и задней поверхности . Эти силы, в свою очередь, могут быть представлены координатными составляющими (рис. 3.2, г). Связь между силой резания F и ее координатными составляющими, с одной стороны, и силами, действующими со стороны отдельных элементов лезвия, и их координатными составляющими, с другой стороны, выражается соотношениями:

; ;

; . (3.7)

Очевидно, что воздействие лезвия на заготовку силой резания F вызывает реакцию — силу сопротивления резанию F', действующую со стороны заготовки на лезвие. Силы F и F' равны по абсолютной величине и противоположны по направлению.

В расчетах процессов резания используют следующие показатели, связанные с силами резания: единичную силу резания, удельную силу резания, удельную работу резания.

Единичной силой резания F₁ (Н/мм) называют силу резания, необходимую срезания слоя шириной 1 мм:

. (3.8)

По аналогии с единичной силой резания пользуются единичными координатными силами:

; ; . (3.9)

При этом исходят из обычно наблюдаемой прямой пропорциональности силы резания ширине срезаемого слоя.

Удельная сила резания F_уд (Н/мм²) — это касательная сила, необходимая для срезания слоя сечением 1 мм²:

, (3.10)

где а и b — соответственно толщина и ширина срезаемого слоя, мм.

При наличии справочных сведений о численных значениях F_уд касательная сила F_x определяется по размерам поперечного сечения срезаемого слоя.

Удельная работа резания К (Дж/см³) — работа касательной силы, необходимая для превращения в стружку 1 см³ припуска:

, (3.11)

где — работа касательной силы на длине срезаемого слоя, Дж; — объем V срезаемого слоя, см³.

Удельная работа К численно равна удельной силе резания F_уд.

Из формулы (3.11) следует, что работа в единицу времени (секунду) касательной силы резания —мощность резания , Вт, равна:

, (3.12)

где — номинальный объем срезанного за 1 секунду слоя, см³/с.

Когда известна сила резания F_x, Н, мощность резания вычисляют по известной формуле механики .

В общем случае в процессе резания периодически срезается слой переменной толщины, вследствие чего величина силы резания в течение одного цикла резания не остается постоянной. Для ее характеристики пользуются либо характерными мгновенными значениями (например, максимальной силой), либо усредненными значениями.

Глава 4. Стружкообразование

Общая схема. Закономерности образования стружек посвящен специальный раздел учения о резании —теория стружкообразования. Форма стружки тесно взаимосвязана с усилиями резания и качеством обработанной поверхности.

Рассмотрим общую схему стружкообразования (рис. 4.1, а). Она приблизительно соответствует резанию поперек волокон, если считать, что в этом направлении древесина ведет себя как изотропный материал, обладающий свойствами, средними между свойствами ранней и поздней древесины.

Резец — идеально острый (r=0), поэтому исключается силовое воздействие режущей кромки и задней грани. Сила со стороны резца в целом равна силе по передней грани: . Внедряясь в древесину, резец деформирует подрезанную лезвием стружку. На некоторой длине nk стружка соприкасается с передней гранью резца, а выше точки k отходит от нее (закручивается) вследствие неодинаковой деформации наружных и внутренних слоев.

Граница между срезанной и несрезанной частями стружки проходит через лезвие n и точку n₁, где изгибается верхняя поверхность стружки. Принято считать, что стружка образуется по плоскости nn₁. Положение этой плоскости стружкообразования в древесине характеризуется углом наклона e к поверхности резания.

Стружку можно представить как консольную балку, заделанную в опору по плоскости nn₁, и применить к ее расчету законы сопротивления материалов.

Перенесем силу F_п в середину сечения nn₁, для чего приложим в этом месте две силы, равные по величине F_п, одна из которых по направлению совпадает с F_п, а другая, F_п’ — ей противоположна. Получаем: со стороны подрезанной стружки на срезаемый слой в плоскости nn₁ действуют сила F_п и момент М = F_п с, где с — плечо пары сил F_п и F_п’.

Заменим силу F_п на ее составляющие Т (по плоскости nn₁) и N (по нормали к nn₁). Сила Т вызывает сдвиг подрезанной стружки вдоль поверхности nn₁ (влево и вверх на рис. 4.1, а), создавая касательные напряжения t по этому сечению. Сила N стремится прижать подрезанную часть стружки к сечению, вызывая нормальные напряжения сжатия s_сж по плоскости nn₁ (рис. 4.1, б). Момент М, изгибая стружку-балку против часовой стрелки, создает нормальные напряжения сжатия s_сж в верхней зоне стружки и растяжения s_р в нижней (рис. 4.1, в).

Касательные напряжения t распределены примерно равномерно по плоскости nn₁. Нормальные напряжения в точке n (у лезвия) — растягивающие, т. к. растягивающие напряжения от момента обычно значительно превышают сжимающие от силы N. У точки n₁ нормальные напряжения — всегда напряжения сжатия. Примерный характер распределения нормальных напряжений по сечению nn₁ (суммарных от N и М) показан на рис. 4.1, г.

Напряжения t, s_сж, s_р в плоскости стружкообразования nn₁ зависят от многих факторов процесса резания, главным образом от свойств древесины, толщины срезаемого слоя a, угла резания d, радиуса затупления лезвия r и условий скольжения древесины по поверхности резца (коэффициента трения f_п).

Чем глубже внедряется резец в древесину, тем больше становятся напряжения в стружке. Нарастают напряжения неравномерно (одни быстрее, другие медленнее). Нарастая, одно из них (в зависимости от исходных условий резания) раньше других достигает опасной величины — предела упругости или предела прочности. Именно это напряжение будет определять вид разрушения стружки, ее форму, качество обработанной поверхности. Надо учесть, что по основным структурным направлениям древесина по-разному сопротивляется различным видам напряжений. Сказанное выше объясняет многообразие форм стружки.

Стружкообразование при резании поперек волокон. При действии сил поперек волокон древесина слабее всего сопротивляется растяжению, лучше — сдвигу (скалыванию) и еще лучше — сжатию. Таким образом, вид стружкообразования определяют касательныее напряжения сдвига t в плоскости nn₁ или нормальные напряжения растяжения s_р в точке n.

Когда главную роль играют напряжения t, стружка может получаться либо сливной (в виде ленты или спирали без внутренних трещин, рис. 4.2, а), либо элементной (из отдельных элементов, сохраняющих или не сохраняющих связь между собой, рис. 4.2, б, в, г).

В первом случае напряжения t, при которых образуется стружка, не достигают предела прочности материала при сдвиге поперек волокон, стружка не разрушается, а поверхность резания формируется гладкой. Но условия резания, при которых образуется тонкая сливная стружка (влажная или проваренная древесина), редки. Обычно стружка образуется при напряжениях t, достигающих предела прочности древесины при скалывании поперек волокон. Получается элементная стружка скалывания, состоящая из элементов, сколотых под углом e к поверхности резания (рис. 4.2, б). Качество поверхности резания может быть достаточно высоким, если при этом не добавляются другие разрушения, например трещина, бегущая впереди резца (рис. 4.2, г). Такой процесс непригоден для получения стружки-продукта, но вполне допустим, например, при удалении припуска заготовки поперечным фрезерованием.

Для поперечного резания типичны случаи, когда вид стружкообразования определяют нормальные напряжения растяжения s_р у точки n (см. рис. 4.1, г). Если они не достигают предела прочности к тому моменту, когда установится длина зоны контакта стружки с передней гранью резца, разрушения в стружке не появятся, она будет сливной.

В наиболее распространенных случаях поперечного резания древесины (строгание и лущение шпона) напряжения растяжения по плоскости nn₁ достигают предела прочности древесины. Этому моменту соответствует образование трещины в точке n. Трещины возникают через определенное расстояние (шаг t), и средний угол их наклона к поверхности совпадает с углом e. Они не выходят на поверхность, т. к. у точки n₁ уже будут напряжения сжатия. Стружка получается элементной — лентообразной с внутренними трещинами (см. рис. 4.2, в). Трещины в шпоне (стружке-продукте) отрицательно сказываются на механической прочности и внешнем виде изделий. Важная задача состоит в том, чтобы улучшить процесс стружкообразования, предотвратить образование трещин. Рассмотрим один из путей ее решения.

Чтобы уничтожить или свести к минимуму вредные растягивающие напряжения в плоскости nn₁ (см. рис. 4.1, г) и, следовательно, воспрепятствовать появлению трещин, нужно приложить к стружке некоторую внешнюю сжимающую силу F (рис. 4.2, в), действующую вдоль стружки по направлению к ее основанию. Для получения такой силы можно, например, пропустить стружку через щель между ножом и специальным прижимом П (прижимной линейкой) — обжать ее.

Стружкообразование при резании вдоль волокон. При резании вдоль волокон положение плоскости, в которой разрушается древесина при образовании стружки, предопределено направлением волокон. Такой плоскостью будет сама плоскость волокон, потому что перпендикулярно к ней древесина слабее всего сопротивляется действующим силам.

Характерны две формы стружки — сливная спиральная и элементная многоугольная. Спиральная стружка обычно получается при малой толщине (не более 0,2 мм). Можно получить и более толстую спиральную стружку, но при особых условиях резания: малом угле резания d и сырой или проваренной древесине. Как правило, при a > 0,1...0,2 мм получается многоугольная стружка.

Сила F_пz (именно эта составляющая силы F_п наиболее опасна, т. к. действует перпендикулярно волокнам) нарастает пропорционально внедрению х резца в древесину (рис. 4.3, а). Это нарастание заканчивается отрывом стружки от заготовки и образованием опережающей трещины, распространяющейся перед резцом с большой скоростью. Убегая, трещина достигает длины l_э, при которой изгибающий момент ломает стружку в сечении rt, образуя элемент стружки. Далее до точки r резец продвигается, встречая небольшое сопротивление и подчищая образованную поверхность, а затем начинается образование следующего элемента стружки.

Образованию многоугольной стружки сопутствует низкое качество поверхности. В результате неточного совпадения поверхности резания с положением волокон опережающие трещины на участках резания против волокон могут уходить в толщу материала и при изломе элементов стружки давать неровности, показанные на рис. 4.3, б. На участках резания по волокнам поверхность получается гладкой в результате снятия тонкой подстружки при продвижении резца после образования элемента основной стружки (рис. 4.3, в).

Зная происхождение неровностей на образованной поверхности, можно указать способ их уменьшения: надо так изменить условия стружкообразования, чтобы длина элементов стружки была минимальной (при длине элементов l_э = 0 стружка станет сливной). На практике задача решается с помощью специальных устройств — подпоров П и стружколомателей С (рис. 4.3, г, д).

Подпор действует на древесину в зоне резания, непосредственно препятствуя образованию и развитию опережающей трещины. Стружколоматель, устанавливаемый вблизи лезвия резца со стороны передней грани и способствующий крутому загибанию и надламыванию стружки сразу после ее образования резцом, выполняет ту же работу, что и подпор, но действует на зону резания перед резцом не непосредственно, а через стружку.

Стружкообразование при резании в торец. Как и при резании вдоль волокон, положение плоскости разрушения древесины при образовании стружки в этом случае предопределено направлением волокон: элементы стружки образуются по плоскости, совпадающей с направлением волокон, где связи в древесине наиболее слабые.

Сливную стружку в момент резания (она очень непрочна и разрушается уже при попытке снять ее с передней грани резца) можно получить, если ее толщина мала, а древесина влажная (рис. 4.4, а).

Достаточно толстая стружка торцового резания — это типичная элементная стружка скалывания (рис. 4.4, б). Она состоит из элементов приблизительно трапециевидной формы, иногда слабо связанных между собой по плоскости скалывания. Из-за больших усилий резания и сравнительно слабого сопротивления древесины на сжатие поперек волокон (в направлении силы F_пх) стружка претерпевает значительную усадку. Это значит, что фактическая длина стружки (или одного элемента) меньше, чем номинальная длина срезаемого слоя (или одного элемента).

Часто образование элементов стружки сопровождается образованием трещины в обрабатываемой заготовке под поверхностью резания. Причина образования этих трещин — наличие в древесине под поверхностью резания зон сжатия (перед резцом) и растяжения (за резцом), на границе которых разрушаются слабые связи между волокнами. Качество поверхности, полученной при образовании элементной стружки с расслоением древесины под поверхностью резания, невысокое.

Выводы.

1. Каждый случай образования стружки может быть отнесен к одному из двух типов процесса стружкообразования.

I – не установившийся процесс стружкообразования. По мере углубления резца в древесину длина зоны контакта стружки с передней гранью резца непрерывно увеличивается до тех пор, пока не образуется элемент стружки или трещина в ней. Процесс характеризуется образованием элементной стружки, т е. стружки, состоящей из элементов, сохраняющих или не сохраняющих некоторую связь между собой.

II – установившийся процесс стружкообразования. При внедрении резца в древесину длина зоны контакта вначале возрастает, но затем стабилизируется еще до того момента, когда мог бы образоваться элемент стружки или трещина в ней. Процесс характеризуется образованием сливной стружки, т. е. стружки в виде ленты или спирали без внутренних трещин.

2. Видом стружки предопределяется качество поверхности резания и качество самой стружки. Качество поверхности характеризуется главным образом ее шероховатостью, качество стружки (в частности, шпона) —внутренними трещинами и поверхностными неровностями.

3.Стремясь обеспечить высокое качество обработки резанием, необходимо организовывать установившийся процесс стружкообразования, т. е. так подбирать условия (режим) резания, чтобы получалась сливная стружка.

4. Когда заданные исходные условия резания не позволяют организовать установившийся процесс, необходимо правильно использовать специальные устройства для активного воздействия на процесс образования стружки: прижимные линейки, подпоры, стружколоматели. Той же цели в отдельных случаях может служить изменение свойств обрабатываемого материала (например, гидротермическая обработка древесины).

5. В процессах сложного резания на станках имеют место переходные (между тремя главными) виды резания. Чтобы улучшить процесс резания, надо в каждом отдельном случае определить, какой вид стружкообразования и на каких участках поверхности резания (относительно волокон) оставляет наибольшие дефектные места на обработанной поверхности или в стружке, а затем улучшить организацию резания на этих участках.

Глава 5. Влияние основных факторов процесса на силу резания и качество обработки древесины

Влияние породы древесины. На обрабатываемость, т. е. на силовые и качественные показатели процесса резания, влияют структура и механические свойства, которые различны у древесины разных пород. Влияние структуры трудно оценить количественно. Между показателями механических свойств древесины и силами резания имеется непосредственная связь.

Практический интерес представляет зависимость силы резания от плотности древесины, так как известно, что механические показатели связаны с плотностью. В простейшем случае, полагая, что имеется прямая пропорциональная зависимость между удельной силой резания F_уд и плотностью r_д, удельную силу резания древесины данной породы можно приближенно определить по ее плотности путем экстраполяции имеющихся данных о плотности и удельной силе резания древесины двух других пород или по графику на рис. 5.1, а.

В расчетах резания влияние породы на касательную силу оценивают в относительных единицах, принимая за единицу силу резания древесины сосны в определенных табличных условиях. Примерные значения относительной силы резания в расчетах используются как поправочные множители, учитывающие породу древесины. Значения поправочного множителя а_{п =} F_x/F_{x сосны} для резания древесины различных пород приведены ниже.

Влияние влажности. При увеличении влажности до предела гигроскопичности (W = 30 %) снижаются показатели механической прочности древесины и, следовательно, уменьшается сила резания.

При открытом резании древесины, имеющей влажность выше предела гигроскопичности, свободная влага попадает на поверхности лезвия и действует как смазка. При этом уменьшается коэффициент трения и дополнительно сила резания.

При закрытом резании (пилении), когда с древесиной активно взаимодействуют задние поверхности вспомогательных лезвий (боковые поверхности зубьев) и даже поверхности корпуса инструмента (полотна пилы), влияние влажности древесины проявляется по-другому: при увеличении влажности повышаются упругие свойства древесины, усиливается «защемление» лезвия в пропиле, увеличивается сила резания.

Если принять за единицу силу резания F_xw=10 сухой древесины (влажностью W = 10 %), то силу резания древесины иной влажности F_хw можно получить, умножая F_хw=10 на поправочный множитель а_w. Поправочные множители а_w = F_хw/F_хw=10 приведены ниже.

Влияние температуры. Прочность древесины, особенно влажной, при нагревании уменьшается. Это вызывает уменьшение силы резания. На рис. 5.1, б представлена зависимость удельной силы резания от температуры. Графики показывают, например, что при резании вдоль волокон сила резания уменьшилась на 40 % при повышении температуры от –15° до +60°С. Скачок силы при 0°С объясняется различием сил резания замороженной древесины при 0°С (в процессе оттаивания) и незамороженной древесины при 0°С (в процессе замораживания). В расчетах влияние температуры древесины на силу резания учитывают поправочным множителем a_т=F_xт/F_xт=20, значения которого приведены ниже.

Влияние толщины срезаемого слоя. Известно, что сила резания F и ее составляющие — касательная F_х и нормальная F_y, — складываются из сил, действующих со стороны отдельных элементов лезвия: режущей кромки, передней и задней поверхностей. Единичные силы на режущей кромке и задней поверхности не зависят от толщины срезаемого слоя, их сумма составляет силу по поверхности резания F_пр1. Сила на передней поверхности практически для всех случаев станочного резания (0,1 мм £ а £ 1,0 мм) прямо пропорциональна толщине срезаемого слоя а, т. е. F_хп1 = К_па, где K_п — коэффициент пропорциональности. Таким образом, уравнение для касательной силы F_x1 записывается в виде

. (5.1)

График этого уравнения (см. рис. 5.1, г) — прямая линия, наклоненная к оси абсцисс (тангенс угла наклона равен K_п) и отсекающая на оси ординат отрезок, соответствующий силе по поверхности резания F_{п. р1.}Удельная сила резания F_уд также зависит от толщины срезаемого слоя:

(5.2)

На графике (рис. 5.1, д) показан характер этой зависимости: удельная сила резания F_уд уменьшается по мере увеличения толщины слоя. Следовательно, с энергетической точки зрения, экономнее удалять технологический припуск заготовки, снимая толстые слои за однократный проход лезвия. При этом надо, однако, помнить, что увеличение толщины срезаемого слоя обычно отрицательно сказывается на качестве обработки. Это объясняется изменением характера стружкообразования: стружка приобретает все более выраженную элементность, на поверхности резания углубляются неровности разрушения.

Нормальная сила резания F_z также зависит от толщины срезаемого слоя. При очень малых значениях а (а£0,1...0,2 мм) она проявляется как сила отжима (+F_z). С увеличением а обычно нормальная сила меняет знак, переходит в силу затягивания (–F_z). Однако величина нормальной силы зависит от многих исходных условий резания, в результате чего влияние толщины срезаемого слоя проявляется не однозначно.

Для расчетов процесса резания необходимы численные значения касательной и нормальной единичных сил резания, удельной работы резания, а также параметров шероховатости обработанной поверхности для различных толщин срезаемого слоя. Такие данные приводятся для конкретных процессов станочного резания в соответствующих главах.

Влияние вида резания. Сила резания для трех главных видов различна: наименьшая требуется для поперечного резания, для продольного резания в тех же условиях она больше примерно в 2 раза, для торцового — в 5... 6 раз.

Переходные виды резания характеризуются промежуточными значениями сил для соответствующих главных видов. В расчетах влияние вида резания учитывается соответствующими поправочными множителями a_j: на угол встречи а_j(в) = F_xj/F_x|| для продольно-торцового резания; на угол скоса a_j(c) = F_xj/F_x|| для продольно-поперечного резания; на угол наклона а_j(н) = F_xj/F_x— для поперечно-торцового резания, приведенными ниже.

При переходе от одного вида резания к другому изменяется и качество обработки. Так, при прямолинейном продольно-торцовом резании (сосна, W = 20%, g = 15°, а = 0,1 мм) увеличение j_в от 0° до 45...60° (против волокон) вызывает возрастание неровностей R_{m max} на поверхности резания более чем в 2 раза (от 500 до 1100 мкм). При дальнейшем увеличении j_в до 90° (j_в = 90° соответствует торцовому резанию) глубина неровностей снижалается до 400 мкм.

Влияние угла резания. Угол резания d (или передний угол g, так как g = 90°– d) определяет положение передней поверхности лезвия относительно плоскости резания. Его величина влияет на силу резания по передней поверхности лезвия, а следовательно, и на общую силу резания (рис. 5.1, в). Влияние угла резания наиболее заметно проявляется при продольном и продольно-торцовом резании. В силовых расчетах оно учитывается поправочным множителем а_d.

Изменение угла резания сказывается и на показателях качества получаемой поверхности. Уменьшение угла резания с 75° до 30° дает снижение высоты неровностей R_{m max} на поверхности с 1000 до 200 мкм. При этом толщина поверхностного слоя со следами разрушений также уменьшается примерно с 600 до 200 мкм. Однако при углах d<30° показатели качества ухудшаются: лезвие с малым углом заострения (b = d – a) не обладает достаточной жесткостью, и его изгиб отражается на шероховатости обработанной поверхности.

Влияние заднего угла. Влияние заднего угла на силовые (энергетические) характеристики интенсивно проявляется при a < 5...10°, когда заметно увеличивается площадь контакта задней поверхности лезвия с заготовкой: удельная сила резания F_уд, нормальная F_z и касательная F_x силы интенсивно возрастают с уменьшением a.

Резание с нулевым или отрицательным задним углом недопустимо, за исключением случаев, когда длина контактной площадки по задней поверхности лезвия ограничена (тонкий режущий элемент, узкая фаска по задней поверхности с нулевым задним углом), либо по условиям резания необходимо создание значительной нормальной силы отжима на задней поверхности, например, при лущении толстого шпона.

Увеличение a сверх 5...10° не сказывается на силах резания непосредственно, однако при a > 15...20° лезвие с небольшим углом резания d может утратить жесткость, а его изгиб при резании даст тот же эффект, что и увеличение угла резания: снижается качество резания.

Влияние остроты лезвия (радиуса округления режущей кромкиr). Сила резания увеличивается по мере затупления режущей кромки (увеличения r). Касательную силу резания F_х в любой текущий момент резания можно определить как произведение силы резания лезвием с острой (только что заточенной) режущей кромкой F_{х нач} на поправочный множитель a_r, величина которого зависит от радиуса округления r режущей кромки к данному моменту:

F_x = a_rF_{x нач}. (5.3)

В свою очередь r определяется суммарной длиной пути резания L_рез, пройденного режущей кромкой в древесине, или временем работы лезвия Т после заточки.

Величину пути резания L_рез, км, рассчитывают по формуле

, (5.4)

где l — длина срезаемого слоя, мм; n — частота срезания слоев одним лезвием, мин^-1; Т — длительность последовательного резания слоев, мин; 10^-6 — множитель перевода размерности.

Затупление лезвия приводит к увеличению неровностей на поверхности резания. Установлено, что затупление острого лезвия на пути резания L_рез = 6 км приводит к увеличению высоты максимальных неровностей R_{m max} с 420 до 1070 мкм при толщине срезаемого слоя а = 0,1 мм, с 660 до 1380 мкм при а = 0,2 мм и с 1000 до 1500 мкм при а = 0,4 мм. При этом соответственно увеличивается толщина поверхностного слоя древесины со следами внутренних разрушений: со 100 до 500 мкм при а = 0,1 мм, с 200 до 900 мкм при а = 0,2 мм, с 850 до 1100 мкм при а = 0,4мм.

Анализ показывает, что наибольшее влияние на качество (шероховатость) обработанной поверхности оказывает угол встречи резца с волокнами j_в; за ним следуют толщина слоя а, радиус затупления r и угол резания d.

Влияние скорости резания. Эксперименты показывают, что увеличение скорости резания с 40—50 до 100 м/с вызывает рост силы резания на 30—40%. Считается, что приращение силы связано с преодолением сил инерции стружки, повышением прочностных свойств древесины в условиях больших скоростей резания, изменением условий трения древесины о резец и с другими факторами.

Качество обработки с увеличением скорости резания повышается. Положительное влияние больших скоростей объясняется появлением добавочного подпора от силы инерции, который получают перерезаемые волокна древесины в дополнение к естественному сцеплению между ними. С появлением такого подпора волокна не успевают податься или отклониться под давлением резца и перерезаются им раньше, чем нарушится связь их с соседними волокнами. В результате уменьшаются неровности разрушения на обработанной поверхности.

Выводы. На протекание процесса резания и его оценочные характеристики оказывают влияние многие исходные условия. Техник-технолог должен знать и учитывать в практической работе степень влияния этих факторов, или их важность. Так, если о степени влияния исходных условий резания на силы резания можно судить по величине поправочных множителей, то по влиянию на качество обработки главные из них можно расположить в следующей последовательности: угол встречи с волокнами j_в (вид резания), толщина срезаемого слоя, радиус округления режущей кромки r и угол резания d.

 

Глава 6. Общие представления о механизме резания плитных композиционных древесных материалов

Все более широкое применение в деревообработке находят композиционные материалы, в том числе плитные стружечные, получаемые путем прессования с использованием различных видов связующего: клея, цемента, гипса, полимеров и т.п. В процессе изготовления плоские древесные частицы ориентируются параллельно плоскости получаемой плиты. Такова особенность строения древесностружечных (ДСтП), цементностружечных (ЦСП), гипсостружечных (ГСП), а также древесноволокнистых (ДВП, МДФ) плит.

В процессе резания из-за хаотического расположения частиц в плоскости плиты и их относительно небольшой по сравнению с размерами обработки величины, режущая кромка одновременно перерезает несколько древесных частиц в различных направлениях, а также слои связующего. Совокупность этих процессов и определяет показатели резания плитных композиционных древесных материалов (ПКДМ) в целом. Нельзя идентифицировать происходящие при резании ПКДМ процессы известными закономерностями резания древесины по трем главным направлениям относительно волокон, хотя их элементы при перерезании древесных частиц присутствуют.

Процесс разрушения материала плиты под действием режущей кромки можно представить следующим образом. По мере увеличения напряжений в зоне резания элементы структуры плиты испытывают упругие деформации до момента потери устойчивости, проявлением которого могут быть отрыв древесной частицы от связующего, смятие клеток древесной частицы или разрушение перегородок между структурными пустотами связующего. Представление о размере элементов древесины, участвующих в процессе резания, по сравнению с радиусом лезвия острого резца (r = 2-3 мкм) дает следующий пример. Отдельные трахеиды сосны имеют следующие средние размеры: длина 3 - 4 мм, ширина (в тангенциальной плоскости) 0,0025 - 0,035 мм, двойная толщина стенок соседних клеток от 0,002 до 0,020 мм. Таким образом, двойная толщина стенок клеток сосны может быть примерно в 5 раз больше, чем радиус режущей кромки.

Существенная деформация составляющих плиты возможна за счет уменьшения объема пустот на межфазных границах. Разрушение может происходить на некотором расстоянии от режущей кромки резца в зоне напряженного состояния материала.

Величина сил резания ПКДМ зависит как от прочности всего композита в целом, так и от каждой составляющей плиты. Вследствие анизотропии свойств плиты силы резания зависят от вида резания (прямолинейное, фрезерование, пиление и т.д.) и направления резания относительно плоскости плиты.

Для ПКДМ существует классификация, по которой в зависимости от положения плоскости резания относительно плоскости плиты и от направления движения режущей кромки в плоскости резания различают следующие главные виды прямолинейного резания: плоское, продольное и поперечное. Имеются переходные виды резания, являющиеся промежуточными между главными видами резания.

Соотношение сил резания в трех главных направлениях будет зависеть от направления волокон в перерезаемых древесных частицах, занимающих около 80% объема плиты, так как силы резания связующего, имеющего изотропное строение, во всех направлениях одинаковы.

Каждая из частиц является материалом анизотропным. При резании древесины различают три главных вида резания относительно волокон: продольное, поперечное и торцовое. Каждый из этих случаев характеризуется различными силовыми показателями и различным характером стружкообразования. Принято называть частицу, древесина которой режется вдоль волокон - продольной частицей, поперек волокон - поперечной, в торец - торцовой. Слоистое строение плит приводит к тому, что при плоском резании режущая кромка перерезает поперечные, продольные, а также поперечно-продольные частицы; при продольном резании - продольные, торцовые и торцово-продольные частицы; при поперечном резании - поперечные, торцовые и торцово-поперечные частицы. Однако из-за хаотического расположения частиц в плоскости плиты и их относительно небольшого размера режущая кромка одновременно перерезает несколько частиц в различных направлениях и несколько слоев связующего.

Известно, что силы резания древесины поперек волокон, вдоль волокон и в торец находятся в соотношении 1:2:6. Следовательно, при плоском резании ПКДМ будем иметь коэффициент, учитывающий относительную величину силы резания – 1,5 = (1+2):2; при поперечном – 3,5 = (1+6):2; при продольном – 4 = (2+6):2. Принимая величину силы резания при плоском резании равной 1, получим следующие соотношения – плоское резание : поперечное резание : продольное резание = 1 : 2,33 : 2,67.

Прочность взаимосвязи частиц определяется силами адгезии между ними и связующим. Если сил резания недостаточно, чтобы вырвать из плиты частицу, то показатели резания в микрообъеме одной такой частицы соответствуют силовым и качественным показателям процесса резания древесины в том же направлении. Этим объясняется, например, что при плоском резании получается наиболее прочная лентообразная стружка. Когда частицы не имеют прочной связи, то при резании они могут быть вырваны из плиты или отогнуты. Так как усилия резания наибольшие при резании в торец, а наименьшие при поперечном резании, то такие явления наиболее часто будут наблюдаться при перерезании торцовых частиц, реже – продольных и еще реже - поперечных.

Вопрос влияния на процесс резания находящегося в плите связующего следует рассматривать в двух аспектах: влияние через прочность плиты и через затупление инструмента.

Процесс стружкообразования и качество обработанной поверхности ПКДМ

Опыты проводились на аппарате АРД - II, оснащенном тензометрической системой для замера сил резания и оптическим устройством для наблюдения процесса… При продольном резании под действием силы деформации стружки вначале… При продольном резании ПКДМ резец перерезает продольные и торцовые частицы древесины. В обоих случаях ширина резания…

Сравнительная оценка резания древесины и композиционных древесных материалов

Результаты опытов подтверждают, что наименьшие касательная и нормальная силы резания - при плоском резании ПКДМ, а наибольшие - при продольном.… При прямолинейном резании для сравнения были выбраны образцы ЦСП,… Были проведены сравнительные опыты по цилиндрическому фрезерованию необлицованной ДСтП, древесины дуба, березы, сосны,…

Раздел II. Процессы станочной обработки резанием и дереворежущий инструмент

Глава 7. Классификация процессов сложного резания

Все процессы сложного резания можно разделить на три группы: деление; поверхностная обработка – удаление технологических припусков для достижения требуемых наружных размеров, формы и шероховатости детали; глубинная обработка – удаление технологических припусков для получения требуемых размеров, формы и шероховатости внутренних элементов детали (рис. 7.1, 7.2).

Деление материала производится 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 производится фрезерованием, точением и шлифованием, имеющими большое число разновидностей.

Глубинная обработка производится фрезерованием (пазовым и шипов), сверлением и долблением.

Применяемый для выполнения процесса резания станочный инструмент классифицируют на группы по видам обработки (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Классификация станочного дереворежущего инструмента

 

Процесс резания (вид обработки)	Инструменты	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

Для упорядочения 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 характеристики 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 200х32х1,4х24 (диаметр х диаметр центрального отверстия x толщина диска х число зубьев).

Глава 8. Пиление

Общие вопросы пиления

Пиление – это процесс деления древесины тонким, имеющим расположенные по периферии резцы инструментом с превращением в стружку объема древесины между получающимися частями. При срезании и удалении узких стружек (опилок) в заготовке позади инструмента образуется пропил.

Пиление на станках осуществляется многорезцовыми (зубчатыми) инструментами — пилами. Элементы пилы — впадины 1, зубья 2, тело 3 (рис. 8.1, а). В отличие от элементарного однолезвийного открытого резания пиление — трехлезвийное закрытое резание.

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

По ориентации поверхностей пропила относительно волокон древесины различают пиление продольное, поперечное и смешанное под углом к волокнам. 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, чтобы емкость впадины между зубьями пилы была достаточной для размещения стружки, а профиль ее способствовал уплотнению срезанной стружки и заполнению объема впадины. Конструкцию впадины и ее работоспособность оценивают коэффициентом напряженности впадины

s = a_упл/a_зап, (8.1)

где a_упл — коэффициент уплотнения опилок во впадине;

a_зап — коэффициент заполнения впадин.

a_упл=V_с(упл)/V_c; a_зап=V_c(упл)/V_в , (8.2)

где V_с(упл) — объем спрессованной (уплотненной) во впадине стружки;

V_с — объем срезанной стружки (номинальный);

V_в — объем впадины.

Подставив (8.2) в (8.1), получим:

, (8.3)

Объем впадины определяется шириной срезаемого слоя b, шагом зубьев t_з и коэффициентом емкости впадины q:

q t_з², (8.4)

где произведение q t_з² = f_в — площадь впадины.

Величина q для стандартных профилей зубьев известна, например, для ленточных пил q = 0,2...0,35.

Объем срезаемого слоя

V_c = bS_zt , (8.5)

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

Подставив в формулу для s выражения для V_в и V_с, получаем

s = bq t_з² /(bS_zt). (8.6)

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:

S_{z (max)} = q t_з²/(s_min t). (8.7)

В знаменателе должно быть минимальное допустимое значение s_min, чтобы получить максимальное значение S_z(max).

Установлено, что a_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 s может быть больше или меньше единицы. Например, в нормальных условиях работы зубьев при рамном пилении s = 0,75...1, а s_min = 0,5.

Устойчивая работа пилы возможна при условии устранения трения боковых поверхностей ее зубьев и тела (полотна, ленты, диска) о стенки пропила. Уширение пропила относительно тела 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 или алмаза).

Развод заключается в поочередном отгибании верхней части (не более 1/2 высоты h_з) зубьев в разные стороны (рис. 8.1). 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 уширения зубчатого венца зависит форма поперечного (нормального к траектории резания) сечения срезаемого слоя.

В связи с тем, что при разводе зубья отгибаются попеременно в обе стороны полотна, на каждый зуб у стенки пропила приходится удвоенная подача, а следовательно, и удвоенная толщина срезаемого слоя 2а (рис. 8.1, б). На остальной части ширины толщина слоя равна а. Среднее значение толщины срезаемого слоя по сечению при пилении пилой с разведенными зубьями а_сечвычисляется по формуле

a_сеч= f_c/b = (1/b)[2a2b₁+a(b–2b₁)] =

= a(b+2b₁)/b= (B_пр/b) a, (8.8)

где f_с — площадь поперечного сечения слоя, мм²;

b — ширина срезаемого слоя, равна 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.

Если разведены все зубья пилы, то величина уширения пропила на сторону b₁ не должна быть более 0,5В. Иногда требуется значительно уширить пропил. Для этого, например, два соседних зуба разводят в разные стороны, а третий оставляют прямым. Такой метод позволяет довести уширение пропила на сторону до величины В.

При пилении плющеными зубьями (рис. 8.1, в) толщина слоя по сечению a_сечпостоянна и совпадает с кинематической толщиной а, т. е. с расстоянием между смежными траекториями зубьев, которое определяется кинематикой процесса;

a_сеч = a . (8.9)

Для формы зуба, показанной на рис. 8.1, г, средняя толщина срезаемого слоя по сечению а_сеч » 2а при ширине b » 0,5B_пр. Ширина пропила во всех случаях равна B_пр = B + 2b₁.

Пиление рамными пилами

, (8.10) где Vmах — окружная скорость пальца кривошипа (точки А), м/с; a — угол поворота пальца кривошипа от верхнего положения на вертикальном диаметре.

Пиление ленточными пилами

Главное движение — прямолинейное движение ленты вниз, его скорость v, м/с, постоянна: , (8.39) где Dш — диаметр пильного шкива, мм;

Пиление круглыми пилами

Диаметр резания (он же — главная характеристика инструмента — диаметр пилы) D = 2R, мм, принимается одинаковым для всех зубьев. Частота вращения… . (8.55) Скорость v при пилении круглыми пилами на станках составляет 40…80 (максимум 100…120) м/с.

Глава 9. Фрезерование

Фрезерование — процесс резания вращающимися резцами, при котором траекторией резания является циклоида. Различают следующие виды фрезерования: цилиндрическое (рис. 9.1, а, б, в), при котором ось вращения инструмента параллельна обрабатываемой поверхности, а лезвия описывают цилиндрические поверхности; коническое (рис. 9.1, г), при котором ось вращения инструмента наклонена под углом к поверхности, а лезвия описывают конические поверхности; торцовое (рис. 9.1, д), при котором ось вращения инструмента перпендикулярна обрабатываемой поверхности, боковые лезвия резцов описывают цилиндрические поверхности, а торцовые — поверхность кольца или круга; торцово-коническое (рис. 9.1, е), при котором ось вращения инструмента перпендикулярна обрабатываемой поверхности, а лезвия резцов описывают коническую поверхность.

По направлению подачи заготовки относительно направления вращения инструмента различают фрезерование встречное (рис. 9.1, а) и попутное (рис. 9.1, б). Попутное фрезерование не получило широкого распространения из-за повышенного расхода энергии на резание (в 1,5—2 раза больше, чем при встречном) и неконтролируемой самоподачи заготовки под действием сил резания. Ниже рассматривается основной вид — цилиндрическое продольное фрезерование со встречной подачей.

Цилиндрическое фрезерование иногда называют плоским, так как в результате обработки у деталей формируются плоские поверхности.

Главное движение фрезерования — это вращательное движение, при котором каждая точка лезвия описывает окружность. Движение подачи — равномерное движение с прямолинейной траекторией.

Характеристика окружности резания — диаметр D или радиус R резания. Вращение происходит с постоянной частотой n, мин^-1. Скорость перемещения данной точки лезвия по траектории главного движения вычисляется по формуле . В производственных условиях эта величина составляет несколько десятков метров в секунду, в среднем 20—70 м/с.

Численная величина v_s на фрезерующих станках колеблется в среднем от 10 до 40 м/мин, однако иногда достигает 120 и даже 200 м/мин. Скорость подачи — основная характеристика производительности фрезерования, но только по величине v_s затруднительно судить о режиме работы резца и о возможностях интенсификации резания или повышения качества обработки. Поэтому для анализа процесса вводят такие параметры как подача на один оборот инструмента S_о = 1000v_s/n, мм; подача на один резец S_z, мм. Если инструмент имеет z резцов, то S_z = S_о/z.

Ввиду малости отношения v_s/v, взятых в одной размерности, различие между абсолютной траекторией резания (циклоидой) и окружностью резания невелико. Поэтому для упрощения формул можно с некоторой погрешностью (до ± 3%) принимать траекторию, описываемую кончиком резца в древесине, за окружность радиуса R.

На рис. 9.2, а справа от резца показана нефрезерованная поверхность детали, слева и несколько ниже —фрезерованная поверхность (плоскость). Разница уровней нефрезерованной и фрезерованной поверхностей составляет удаляемый припуск, или глубину фрезерования, t (обычно t = 2...4 мм). Дуга а'b' есть след поверхности резания, образованной предыдущим резцом (на рисунке теперь этот резец вверху); дуга а''d'' (есть след формируемой в данный момент поверхности резания, или дуга резания. Очевидно, что фигура а'b'd'', ограниченная предыдущей а'b' и последующей а''d'' дугами резания и отрезком b'd'', совпадающим со следом верхней поверхности заготовки, есть боковая поверхность срезаемого слоя.

Положение резца (точки n) на дуге резания определяется углом поворота резца j, отсчитываемым от вертикального диаметра окружности резания.

Угол j_вх, соответствующий точке входа резца в древесину а', определяется по формуле

. (9.1)

Угол входа мал, поэтому в практических расчетах принимают j_вх = 0, а за точку входа считают точку а, лежащую на вертикальном диаметре окружности резания.

Наибольшее значение угол поворота имеет в точке выхода резца из древесины:

. (9.2)

При среднепроизводственных величинах R и t угол j_вх » 0; j_вых = 15...20°; угол контакта j_конт = j_вх + j_вых » j_вых.

Геометрические параметры срезаемого слоя: длина, ширина, толщина. Длина l совпадает с длиной дуги контакта резца с заготовкой:

. (9.3)

Ширина слоя b (измеряется в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка рис. 9.2, а) при открытом фрезеровании равна ширине обрабатываемой заготовки.

Толщина слоя а измеряется по нормали к последующей траектории в данной точке (т. е. по радиусу, проведенному в данную точку). Связь между толщиной слоя и углом поворота резца от вертикали j выражается зависимостью . Средняя толщина срезаемого слоя вычисляется либо как толщина в средней точке при j = j_конт/2, либо путем деления площади срезаемого слоя S_z t в продольном сечении (в плоскости рис. 31) на длину слоя l:

. (9.4)

Максимальную толщину срезаемый слой имеет вблизи точки выхода при j_вых, т. е. а_mах = S_zsinj_вых » S_zsinj_конт. Сравнивая выражения для а_ср и a_mах, получаем a_mах » 2а_ср.

На шероховатость поверхности, полученной фрезерованием, определяющим образом влияют кинематические неровности (волны на поверхности, обусловленные кинематикой фрезерования) и неровности разрушения (заколы, отщепы, вырывы частиц древесины).

При фрезеровании многолезвийной ножевой головкой практически не удается даже при тщательной установке добиться равенства радиусов резания лезвий, неточность установки t = R_max – R_min = 0,02…0,1 мм.

В общем случае неравенство радиусов резания приводит к срезанию различных по объему стружек и формированию на поверхности детали волн различной длины. На рис. 9.3, а показан профиль фрезерованной поверхности для частного случая, когда она сформирована двумя лезвиями: первое лезвие, имеющее больший радиус резания R₁ срезает большие слои и оставляет более длинные волны (е₁ > е₂). В сумме длинная и короткая волны составляют величину подачи на оборот: е₁ + е₂ = 2S_z = S_o. Глубина волны вычисляется по ее длине. Для оценки шероховатости по кинематическим неровностям определяют наибольшую глубину волны, т. е. y₁:

. (9.5)

В общем случае длина большей волны зависит от подачи на зуб S_z и разности радиусов резания двух зубьев:

e₁ = S_z + 2Rt/S_z. (9.6)

Если оба зуба описывают поверхности одинакового радиуса (t = 0), то они оставляют волны равной длины:

е₁ = е₂ = S_z; . (9.7)

Критической разностью радиусов резания для данной скорости подачи называют такую величину t = t_кр, при уменьшении которой в формировании обработанной поверхности начинает принимать участие второй резец. Если t больше или равна критической разности, поверхность формируется лишь одним зубом, описывающим окружность большего радиуса. Длина волны, оставляемой одним зубом, равна подаче на оборот:

е₁ = S_o = v_s1000/n; . (9.8)

При t = t_кр выполняется равенство t_кр = y₁ = 10⁶V/(8Rn²). Из этого же выражения для данной величины t определяют значение критической скорости подачи V_sкр = 0,002n, при превышении которой в формировании обработанной поверхности начинает принимать участие второй резец. Преимущество многорезцового инструмента перед одно- и двухрезцовым, высокое качество обработанной поверхности, проявляется в полной мере только в том случае, когда удается обеспечить равенство радиусов резания всех лезвий. Тогда длина волн на поверхности будет равна S_z, а не S_о, как при применении одно- или двухлезвийного инструмента с большой неточностью установки лезвий, что, например, для резания шестизубой фрезой дает волны в 36 раз меньшей глубины, чем при формировании поверхности одним, наиболее выступающим лезвием. Обеспечение высокой точности расположения лезвий на окружности резания может быть достигнуто в результате их прифуговки при рабочем вращении инструмента, т. е. путем срезания абразивным инструментом — оселком неодинаковых выступов лезвий на величину средних значений t. При этом размер образующейся на задней грани ножа фаски не должен превышать 0,3…0,5 мм для мягких и 0,5…0,7 мм для твердых пород, так как в пределах фаски задний угол равен нулю.

Надо стремиться к тому, чтобы длина волн е соответствовала подаче материала на один зуб S_z, а величина S_z была возможно минимальной. Первое условие обеспечивается тщательной установкой режущих элементов в инструменте и последующей прифуговкой лезвий. Пути выполнения второго условия определяются формулой S_z = 1000v_s/(nz).

Получить как можно меньшее значение S_z, не снижая величины v_s можно, увеличивая число лезвий z в фрезерном инструменте и (или) увеличивая частоту вращения инструмента n. Возможности увеличения z и n лимитируются конструктивными особенностями инструмента, физико-механическими свойствами материала инструмента, требованиями техники безопасности. Увеличение числа лезвий до 20…30 возможно при увеличении диаметра ножевого вала и позволяет при скорости подачи 180…200 м/мин получать шероховатость обработанной поверхности 0,003…0,005 мм. При этом используется установка инструмента с гидрозажимом, дополнительная подточка ножей на специальных станках с целью выравнивания радиусов резания. Усложнение и удорожание операций подготовки к работе компенсируется высоким качеством обработки, позволяющим избежать шлифования перед отделкой и промежуточного шлифования перед грунтовкой под лак.

Обычно инструменты, применяемые для плоского продольного фрезерования, имеют z = 2...6 (максимум 12...18) и работают при n = 3000...6000 (максимум 12000) мин^-1.

Кинематические неровности определяют шероховатость обработанной поверхности только при продольном (угол встречи j_в = 0°) или продольно-торцовом фрезеровании по волокнам (j_в > 90°). В табл. 9.1 приведены значения предельно допустимой длины волн на обработанной поверхности для заданного уровня шероховатости.

Таблица 9.1

Предельно допустимая длина волн, мм, на обработанной поверхности для заданной высоты неровностей при продольном фрезеровании

Высота неровностей Rm max, не более	Диаметр резания D, мм
	2,7	2,9	3,2	3,4	3,6	3,8
	3,7	4,0	4,3	4,7	4,9	5,2
	5,2	5,6	6,2	6,6	7,0	7,4
	6,7	7,3	7,9	8,5	9,0	9,5
	9,5	10,3	11,0	12,0	12,6	13,6

 

При продольно-торцовом фрезеровании против волокон (угол встречи j_в между 0° и 90°) качество обработки определяется не кинематическими неровностями, а неровностями разрушения, не поддающимися расчету. Наибольшая подача на резец S_z, при которой обеспечивается заданный уровень высоты неровностей R_{m max}, в этом случае определяется по опытным данным (рис. 9.3, б). Чтобы определить допускаемую подачу на зуб, обеспечивающую получение фрезерованной поверхности шероховатостью 100 мкм при угле встречи j_в = 20°, необходимо от точки на оси абсцисс j_в = 20° подняться до пересечения с ломаной 100 мкм (линия 4). Затем, двигаясь от точки пересечения влево по горизонтали, на оси ординат найти величину S_z = 0,5 мм.

Глубина неровностей при поперечном фрезеровании в боль­шей степени зависит от породы древесины и подачи на зуб:

R_{z max}, мкм 32 60 100 200

S_z, мм 0,1/0,2 0,4/0,8 1,0/1,5 1,5/2,4

В числителе указана подача на зуб при фрезеровании хвойных, в знаменателе — при фрезеровании твердолиственных пород.

Силы и мощность фрезерования. Равнодействующую силового воздействия резца на древесину рассматривают как две ее составляющие взаимно перпендикулярные силы: касательную к окружности резания силу F_x и нормальную (действующую по радиусу) силу F_z. Точкой приложения этих сил условно считают вершину резца n (рис. 9.2, а).

Необходимо различать мгновенную фактическую силу резания F_x, имеющую место в данный момент; среднюю силу резания F_{x ср} — условную (фиктивную) силу, постоянную по величине, которая будто бы действует при резании на пути, равном длине срезаемого слоя; цикловую силу резания F_xц — условную (фиктивную) силу, также постоянную по величине, которая будто бы действует при резании во все время полного оборота фрезы; нормальные силы (отжима или затягивания) F_z, F_zср, F_zц, соответствующие F_x, F_xср и F_xц. Как и в других процессах, нормальные силы вычисляются через касательные с помощью эмпирического переходного множителя m: F_z = mF_x.

Сила F_x может быть выражена по формуле И.А. Тиме F_x = F_худba через удельную силу резания при фрезеровании F_худ, Н/мм²; ширину фрезерования b, мм; толщину срезаемого слоя а, мм. С учетом зависимости a = S_zsinj имеем F_x = F_xудbS_zsinj, где j — угол, определяющий положение резца на окружности резания.

Если приближенно считать, что в пределах значений j от 0 до j_вых на длине срезаемого слоя F_худ не зависит от j, а sinj пропорционален j, приходим к зависимости F_x » Aj, где A — коэффициент пропорциональности.

Эта зависимость изображается на графике (рис. 9.2, б) в виде треугольника, у которого основание равно длине слоя (j_конт = j_вых – 0), а высота равна максимальной фактической силе резания F_{x max}. Работа срезания одной стружки А₁ определится как площадь треугольника A₁:

. (9.9)

Средняя сила резания F_xcр совершает за время срезания одного слоя ту же работу, что и переменная фактическая сила резания. На рис. 9.2, в работа средней силы резания представлена как площадь прямоугольника А₂:

. (9.10)

Из равенства работ фактической и средней сил резания имеем

. (9.11)

Цикловая сила резания F_xц, действуя непрерывно во время полного оборота фрезы, совершает работу, численно равную работе переменной фактической силы резания за время одного полного оборота инструмента. Работа цикловой силы резания (площадь прямоугольника А₃ на рис. 9.2, г)

. (9.12)

Если работа срезания одной стружки A_ср = F_{x ср}l, то работа срезания всеми z ножами по одной стружке, т. е. суммарная работа фактической силы резания за один полный оборот инструмента, равна

. (9.13)

Из равенства работ А_ц = А_z следует, что

. (9.14)

Силу F_xц легко определить, зная мощность резания P_p и скорость главного движения v: F_xц = P_p/v.

В соответствий с методом “табличной силы” также исходят из того, что на дуге контакта резца с древесиной действуют переменные касательная F_х и нормальная F_z силы резания. В расчетах определяют среднюю касательную силу на дуге контакта лезвия с заготовкой F_{x ср} и среднюю цикловую (за цикл главного движения — один оборот инструмента) F_хц:

(9.15)

, (9.16)

где F_x1 = F_хт a_попр — единичная касательная сила, Н/мм;

b — ширина срезаемого слоя (равная ширине заготовки), мм;

F_хт — табличная касательная сила, Н/мм (табл. 9.2);

a_попр — общий поправочный множитель, учитывающий условия резания;

z_реж — число одновременно режущих лезвий;

, (9.17)

где l — длина срезаемого слоя, мм;

t_з = 2pR/z — шаг лезвий, мм;

z — число лезвий в инструменте, шт.

Угол встречи j_в при фрезеровании вычисляется как сумма углов подачи j_п (между направлением волокон в заготовке и вектором скорости подачи ) и среднего угла j_ср = j_конт/2 » j_вых/2.

. (9.18)

Мощность резания определяют по цикловой касательной силе и скорости главного движения или по объемной формуле

(9.19)

, (9.20)

где К_т — табличное значение удельной работы, Дж/см³ (см. табл. 9.2).

Таблица 9.2

Значения F_xт и K_т для продольно-торцового цилиндрического фрезерования (сосна, W = 10...15 %, v = 20...40 м/с, резец острый, d = 55...60°)

Средняя толщина срезаемого слоя, aср, мм	Fx т, Н/мм, при углах встречи jв, град	Кт, Дж/см3, при углах встречи jв, град
0,025	0,9	1,1	1,4	1,6	2,4
0,05	1,7	2,0	2,5	2,9	3,5
0,1	2,5	3,3	4,1	4,6	6,0
0,2	3,4	4,4	5,6	6,6	8,8
0,3	3,9	5,1	6,6	8,1	10,8
0,4	4,6	5,8	7,6	9,6	12,8	11,5	14,5
0,5	5,3	7,0	8,5	10,5	15,0	10,5	14,0
0,6	6,0	7,8	10,2		16,8	10,0
0,7	7,0	9,2	11,4		18,8	10,0

 

Наибольшую скорость подачи v_s(р), допустимую по условию полного использования заданной мощности резания Р_р, рассчитывают по преобразованной объемной формуле

, (9.21)

где F_{х т} — табличная сила фрезерования, Н/мм.

В табл. 9.2 по найденной F_хт и известному j_в находят соответствующую им среднюю толщину срезаемого слоя a_ср. По a_ср вычисляют S_z = a_ср/sin j_ср и v_s = S_zzn/1000.

Цилиндрическое фрезерование поперек волокон и в торец имеет ту же кинематику, что и продольное, однако силовые характеристики процессов, а также стружкообразование и связанное с ним качество обработанной поверхности будут иными, т. к. относятся к другим видам резания. Например, торцовое фрезерование позволяет избежать волн на обработанной поверхности, уменьшить сколы и задиры при обработке сучков, ограничить дефекты при обработке концов заготовок, но, в то же время, не позволяет получить шероховатость обработанной поверхности ниже 0,05 мм. Цилиндрическое фрезерование с применением винтовых ножей и пластин позволяет избежать ударных нагрузок и снизить вибрации при резании, но усложняет проблему точности установки режущих элементов и их подготовки к работе. Криволинейное фрезерование всегда может рассматриваться как цилиндрическое в данном положении резца и заготовки. Профильное фрезерование — дальнейшее усложнение цилиндрического.

Пазовое фрезерование (см. рис. 9.1, в) можно представить, исходя из схемы цилиндрического (см. рис. 31, а): если увеличить глубину фрезерования t до величины D, получим предельный случай плоского фрезерования; при t > D инструмент начнет вырабатывать в детали полость размером D. В этом случае применяется консольно закрепляемый в станке инструмент, который имеет режущие элементы по боковой и торцовой поверхности (рис. 9.4, б, в).

Расстояние между соседними траекториями резания по направлению подачи равно S_z. Средняя толщина стружки (по площади стружки f_с)

. (9.22)

(9.23)

, (9.24)

где L — длина паза, мм;

D — диаметр резания, мм;

n — частота вращения концевой фрезы, мин^-1;

n_бок — частота циклов бокового движения, мин^-1.

Пазовое фрезерование двухстороннее: одна поверхность паза формируется при встречной подаче, вторая — при попутной. Нагрузки на инструмент спокойные ввиду большой дуги контакта и плавного изменения толщины стружки от 0 до максимума (S_z) и снова до 0.

Мощность резания, Вт, рассчитывают по формуле

, (9.25)

где D — ширина паза, мм;

b – глубина паза, мм;

v_sбок — скорость боковой подачи, м/мин.

Особенности фрезерования древесных материалов. Древесностружечные плиты фрезеруют главным образом по кромке с целью получения точной и гладкой плоской или профильной, прямолинейной или криволинейной поверхности, пригодной для облицовывания, приклейки обкладок, установки реек и т. п. Величины F_xт и K_т для фрезерования древесностружечных плит приведены в табл. 9.3. При пользовании табличными данными реальные условия фрезерования следует учитывать введением соответствующих поправок. Удельная работа фрезерования по пласти примерно в 2,7 раза меньше, чем по кромке. Удельная работа фрезерования предельно затупленными лезвиями примерно в 3 раза больше табличных данных. Увеличение или уменьшение угла резания от 75° вызывает соответственно увеличение или уменьшение удельной работы с интенсивностью, примерно в 8% на каждые 10° изменения угла.

Таблица 9.3

Значения F_{x т} и К_т для фрезерования по кромке древесностружечных плит

(d = 75°, резцы острые, t = 2 мм, D = 120 мм)

Средняя толщина срезаемого слоя аср, мм	Fx т, Н/мм, при плотности плиты, кг/м3	Кт, Дж/см3, при плотности плиты, кг/м3
0,03	5,7	11,4	21,0
0,04	5,7	11,3	20,8
0,05	5,8	11,6	21,3
0,06	5,9	12,0	21,6
0,07	6,0	12,1	21,7
0,08	6,2	12,4	22,4
0,09	6,3	12,6	22,9
0,10	6,5	13,0	23,0
0,11	6,5	13,2	23,6
0,12	6,7	13,2	24,0
0,13	7,0	13,8	24,7

 

Для массового фрезерования ДСтП требуется применение твердосплавного инструмента. Рекомендуется следующая геометрия лезвий: a = 20...25°; d = 60...65° для фрезерования плит плотностью 600 кг/м³ и менее и d = 75...85° для фрезерования плит плотностью более 600 кг/м³.

Качество фрезерованной поверхности ДСтП характеризуют глубиной неровностей разрушения и ворсистостью. Абсолютные значения высоты неровностей зависят от угла резания, плотности плит, количества связующего, степени затупления инструмента, толщины срезаемых слоев (подачи на резец). Последний из перечисленных параметров легко регулируется в процессе обработки на станках. Считается, что удовлетворительное качество обработанной фрезерованием кромки ДСтП достигается при следующих величинах S_z, мм: 0,2...0,3 при обработке плит плотностью менее 700 мг/м³ с содержанием связующего менее 8%; 0,5...0,7 при обработке плит плотностью 700...900 кг/м³ с содержанием связующего 8...12%; 0,7...1 при обработке плит плотностью более 900 кг/м³ с содержанием связующего более 12%. При фрезеровании пласти подача на резец должна быть в пределах 0,4...0,6 мм.

Силовые закономерности при фрезеровании прессованной древесины в качественном отношении соответствуют закономерностям фрезерования натуральной древесины. Прослеживается пропорциональная зависимость величин касательной силы и мощности резания от плотности прессованной древесины. Высота неровностей на обработанной поверхности ниже, чем при обработке натуральной древесины, вследствие отсутствия неровностей разрушения и составляет для поперечного фрезерования при острых резцах и подаче на резец в диапазоне 0,03...0,7 мм всего 5...19 мкм.

При фрезеровании слоистой клееной древесины установлены те же, что и при обработке цельной древесины, закономерности изменения касательной и нормальной сил резания. Оптимальная по минимальной энергоемкости резания геометрия резцов из твердого сплава характеризуется углами a = 15° и g = 15…25°. Скорость резания рекомендуется в диапазоне 30...35 м/с, а величина подачи на резец S_z = 0,6 мм.

При фрезеровании цементностружечных плит (ЦСП) приходится работать инструментом со значениями g = 5°, чтобы увеличить прочность резцов. Изменение угла наклона режущей кромки l к вектору скорости резания от 0 до 15° не оказывает существенного влияния на величину сил резания. Наиболее значимыми в порядке степени влияния на силы резания являются: угол наклона режущей кромки y, фактический путь резания L_ф, подача на резец S_z , передний угол g .

При увеличении угла наклона режущей кромки относительно перпендикуляра к слоям плиты происходит уменьшение сил резания как для острого, так и для затупленного (L_ф = 4000 м) резца. Это объясняется тем, что при увеличении y происходит переход от фрезерования кромки плиты к фрезерованию пласти, то есть от продольного резания к плоскому, при котором силы резания меньше. Несколько быстрее происходит снижение касательной силы (примерно в 5 раз для острого и в 4,5 раза для тупого резцов) по сравнению с нормальной силой (в 1,5 раза для острого и в 2,5 раза для тупого резцов). С увеличением L_ф происходит рост касательной и нормальной сил резания. С увеличением S_z эти силы меняются одинаково для острого и затупленного резца.

Сложнее зависимость сил резания от g. Касательная сила F_x при остром резце имеет оптимум около значения 12...14°, при затупленном резце сила F_x уменьшается при изменении g от 0 до 5°, а затем более плавно по линейной зависимости во всем принятом диапазоне g. Наилучшим является значение g порядка 15°. Однако, при фрезеровании ЦСП с большими передними g и меньшими углами заострения резца b интенсивнее изнашивается режущая кромка, имеющая меньшую прочность. Уменьшение g до 5° не вызывает роста F_x для острых и умеренно затупленных резцов и дает небольшое ее повышение для тупых ножей. С увеличением g происходит снижение нормальной силы F_z: интенсивное в диапазоне g = 0...15° и более спокойное в интервале g = 15...30°. Наилучшим значением по критерию величины F_z можно принять точку перегиба при g = 15°. При уменьшении g до 5° F_z возрастает в 1,6 раза для затупленного и в 1,5 раза для острого резца, но увеличение прочности резцов замедляет их износ и рост сил резания.

По найденным в опытах значениям касательной силы резания F_x были рассчитаны табличные значения касательной силы F_xт и удельной работы К_т (табл. 9.4).

Таблица 9.4

Значения F_xт и К_т для цилиндрического фрезерования ЦСП по кромке (D = 180 мм; g = 5°; V = 30 м/с; резцы острые; плотность ЦСП 1250 кг/м³)

Толщина срезаемого слоя aср, мм	Fxт, Н/мм	Кт, Дж/см3	Толщина срезаемого слоя aср, мм	Fxт, Н/мм	Кт, Дж/см3
0,01	2,86		0,23	38,74
0,02	5,58		0,24	39,62
0,03	8,16		0,25	40,46
0,04	10,61		0,26	41,28
0,05	12,93		0,27	42,08
0,06	15,13		0,28	42,88
0.07	17,21		0,29	43,67
0,08	19,18		0,3	44,47
0,09	21,04		0,31	45,26
0,1	22,8		0,32	46,07
0,11	24,47		0,33	46,9
0.12	26,04		0,34	47,74
0.13	27,52		0,35	48,61
0,14	28,93		0,36	49,51
0,15	30,32		0,37	50,45
0,16	31,52		0,38	51,42
0,17	32,7		0,39	52,44
0,18	33,84		0,4	53,51	133,7
0,19	34,91		0,41	54,64	133,26
0,2	35,94		0,42	55,83	132,9
0.21	36,91		0,43	57,08	132,7
0,22	37,84		0,44	58,41	132,65
			0,45	59,82

 

Качественной характеристикой процесса фрезерования ЦСП является величина сколов h на пласти плиты. Наибольшее влияние на величину сколов оказывают: угол наклона режущей кромки y , передний угол g, фактический путь резания L_ф и подача на резец S_z.

При увеличении y происходит переход от фрезерования кромки к фрезерованию пласти. При этом образуется острый угол на кромке плиты, прочность которого, естественно, ниже. Здесь и происходят сколы. Величина сколов в диапазоне значений g = 0 ... 30° имеет минимум при g = 15° (0,3 мм – при резании острым резцом и 0,75 – при тупом). Однако, разница между значениями h при g = 15° и рекомендуемым g = 5° составляет 0,15 мм, то есть ухудшение качества очень незначительно.

Рост величины сколов с увеличением L_ф и S_z соответствует обычным зависимостям этого вида: по мере затупления резцов и увеличения подачи на резец растут силы резания и, как следствие, увеличиваются разрушения при срезании стружек.

Фрезерование древесных материалов сопровождается повышенным по сравнению с фрезерованием натуральной древесины износом режущих элементов инструмента, снижением периода его стойкости. Чтобы увеличить эффективный период стойкости инструмента для его изготовления применяют все более износостойкие материалы, оптимальные по критерию наибольшей стойкости инструмента режимы резания. К сожалению, для многих процессов резания древесины и древесных материалов такие режимы пока не разработаны. Фирма Leuco Ledermann GmbH, например, рекомендует следующую толщину срезаемого слоя для фрезерования массивной древесины – 0,20…0,80; ДСтП – 0,35…0,80; листовой фанеры – 0,30…0,60; твердых ДВП – 0,20…0,60; реактопластов – 0,05…0,20; термопластов – 0,10…0,40 мм.

Прочие виды фрезерования. Полузакрытое и закрытое фрезерование отличается участием в резании, кроме главной режущей кромки, одной или двух вспомогательных кромок. В практических условиях резания, когда ширина срезаемого слоя во много раз больше его толщины, влияние вспомогательных лезвий на касательную силу и мощность резания очень невелико (показатели увеличиваются на 3...8 %). Этим влиянием можно пренебречь и пользоваться данными для открытого цилиндрического фрезерования.

Торцовое, торцово-коническое и коническое фрезерование для поверхностной обработки древесных материалов применяют редко. Распространенное в мебельном производстве профильное фрезерование требует конкретного анализа формируемого профиля (с разбивкой на характерные участки) и расчетов сил и мощности по отдельным участкам с использованием закономерностей цилиндрического фрезерования.

Ножи для фрезерования. Ножи для фрезерования изготавливают по ГОСТ 6567—75 «Ножи плоские с прямолинейной режущей кромкой для фрезерования древесины» и по машиностроительным нормалям. Стандарт распространяется на ножи, установленные для обработки древесины на фуговальных, рейсмусовых, четырехсторонних (строгальных) и других фрезерующих станках. По нормалям изготовляют ножи для шипорезных работ и ряда других.

Геометрические элементы плоского ножа и типы ножей для фрезерования показаны на рис. 9.4 (а — тип I; б — тип II). Ножи без прорезей (тип I) изготовляют следующих размеров: длина L = 30...1610 мм, ширина 25…45 мм, толщина 3 мм. Ножи с прорезями (тип II) имеют длину 40…310 мм, ширину 100, 110 и 125 мм, толщину 10 мм.

Материал ножей типа 1 и режущей части ножей типа 2 — сталь 8ХНФТ или Х6ВФ, HRC_Э = 57…61. Материал корпуса ножей типа 2 — сталь 10.

Ножи для фрезерования служат сменными режущими инструментами ножевых головок и валов. Ножевая головка для обработки узких профилей крепится на рабочем шпинделе консольно. При затуплении ножей ее можно легко заменять. Ножевой вал изготавливают цельным с цапфами для подшипников; при замене ножей его со станка не снимают. На круглых валах (головках) можно устанавливать от двух до двенадцати (очень редко более) тонких ножей. Крепление тонких ножей (рис. 9.4, в) центробежно-клиновое: в нерабочем положении нож 2 удерживается клиновой планкой (клином) 3, поджимаемой болтом 4; во время вращения вала центробежные силы, действующие на клин, приводят к возрастанию удерживающих нож сил трения по поверхностям корпуса 1 и клина 3. Для точной установки ножей служат регулировочные винты 6 с упорной планкой 5. В конструкции, показанной на рис. 9.4, г, нож выдвигается из паза пружиной 7 при ослаблении болтов 4.

Важное преимущество имеет вал с расположением ножей по винтовой линии. Тонкие плоские серповидные ножи приобретают форму паза в ножевом валу при закреплении их винтообразными клиньями и болтами. При установке такого вала на рейсмусовом станке снижаются шероховатость обработанных поверхностей и шум при работе станка.

Фрезы применяются для многих видов работ (плоское и профильное фрезерование, шипорезные операции, выработка гнезд и др.) и на различных станках. По способу применения на станке фрезы делятся на насадные и концевые. Насадные фрезы центральным отверстием насаживаются на рабочий шпиндель станка, подразделяются они на цельные, составные и сборные.

Цельные фрезы (рис. 9.5, а) изготавливают из одной заготовки легированной стали, например, Х6ВФ, HRC_Э = 56…60, поэтому они характеризуются высокой точностью и хорошей уравновешенностью, что позволяет эксплуатировать их при высокой частоте вращения шпинделя. Целесообразно применять такие фрезы для массовой обработки нормализованных профилей деталей. Цельные фрезы бывают затылованные (с кривой задней поверхностью зубьев) и незатылованные(с прямой задней гранью). Преимущество затылованных фрез — неизменность профиля обработки и углов резания с уменьшением диаметра фрезы в результате заточек. Зубья цельных фрез могут оснащаться пластинками из твердого сплава или закаленных инструментальных сталей или алмаза (рис. 9.5, б).

Составные фрезы (рис. 9.5, в) состоят из двух и более цельных для обработки сложных (двусторонних) профилей, которые имеют участки, лежащие в плоскости вращения фрезы.

Сборные фрезы имеют корпус, изготовленный из конструкционной стали, и вставные (сменные) ножи из ценной легированной стали, отличаются многообразием конструкций. Примерами сборных фрез (рис. 9.5, г) могут служить фуговальная головка, ножевая головка для снятия фасок, поворотная ножевая головка, профильная усорезная головка и др.. Для обработки деталей сложного профиля за один проход без последующего шлифования применяют профильные ножевые головки и строгальные гидрозажимные головки разнообразных конструкций (рис. 9.5, д) со сменными режущими элементами. Сменные ножи сборных фрез могут быть оснащены пластинками из быстрорежущей стали, твердого сплава или алмаза (рис. 9.5, е).

Важное преимущество сборных фрез — легкое изготовление сменных профильных резцов, что важно для обработки малых партий деталей различных профилей.

Оформление задней поверхности (затылка) зуба. Если у фрезы задняя грань зуба плоская и заточка производится по ней параллельными слоями, то по мере износа зуба его задний угол a уменьшится и при достаточно большом числе переточек может стать недопустимо малым. Можно затачивать зуб по плоскости задней грани, сохраняя первоначальную величину a. Но это приведет к уменьшению угла заточки b и потере прочности резца. Для обеспечения постоянства a задней грани придают форму одной из трех кривых: архимедовой или логарифмической спирали, дуги окружности, проведенной из смещенного центра. Заточку зубьев затылованных фрез производят по передней грани.

Для обеспечения нормальных условий работы тех участков контура лезвия зуба, которые лежат в плоскости вращения фрезы или близки к ней, создают угол бокового зазора посредством косой боковой обточки затылка зуба (тангенциальным поднутрением на 5—7°, либо радиальным поднутрением на 0°30’—1°), как у зубьев строгальной пилы.

Концевые фрезы имеют хвостовик для закрепления в патроне или шпинделе станка. Различают концевые фрезы по числу резцов и форме режущей части (рис. 9.5, ж, з). Для создания положительного заднего угла незатылованные концевые фрезы устанавливаются в патронах с эксцентриситетом между осями вращения патрона и отверстия под хвостовик фрезы. За счет этого ширина удаляемого припуска превышает диаметр фрезы.

По мере распространения обрабатывающих центров ассортимент концевых фрез значительно расширился, в том числе и за счет перспективного инструмента с алмазными режущими элементами для фугования кромок, поверхностного фрезерования, выборки четверти и паза (рис. 9.5, и); для форматной обработки и раскроя плит (рис. 9.5, к); для профильного раскроя (рис. 9.5, л);. Несмотря на высокую стоимость и затраты на подготовку к работе, в ряде случаев такой инструмент незаменим при фрезеровании труднообрабатываемых древесных материалов и древесины, позволяет увеличить вдвое толщину срезаемого слоя, скорость подачи.

Глава 10. Точение

Технологическая цель процесса точения состоит в получении деталей с поверхностями тел вращения — цилиндрической, конической и сложной формы. По направлению подачи относительно оси вращения различают точение продольное (осевое) и поперечное (рис. 10.1). При продольном (осевом) точении вращательное движение резания придают заготовке, а движение подачи вдоль оси вращения – резцу; при этом срезается непрерывная винтовая стружка постоянного сечения.

Резцы для чистового точения имеют прямолинейную главную режущую кромку, расположенную под углом j_пл = 40...50° (главный угол в плане) к оси вращения заготовки и вспомогательную режущую кромку под углом j^I_пл = 2...5°. Геометрию лезвия, вершина которого расположена на уровне оси вращения, характеризуют также углы в главной секущей плоскости n—n, перпендикулярной проекции главного лезвия на основную плоскость (плоскость чертежа): задний a = 10...12°; заострения b = 25...40°; передний g = 55...40°; резания

d = a + b = 35...50° и угол скоса (наклона) e = 3...5° главного лезвия относительно радиуса вращения, проведенного через вершину резца.

Глубину точения (припуск) t и размеры поперечного сечения срезаемого слоя а и b определяют по следующим геометрическим соотношениям:

; ; , (10.1)

где R₁ — радиус заготовки, мм;

R₂ — радиус обработанной детали, мм.

Кинематические неровности поверхности, обработанной точением (рис. 10.1, д), представляют собой следы в виде чередующихся выступов и впадин («резьбы»). В продольном сечении поверхности наблюдаются волны, копирующие вершину резца. Длина волны е равняется подаче на один оборот S_o, глубина волны y рассчитывается по следующим формулам:

для резца, вершина которого не имеет закругления:

(10.2)

для резца с закругленной вершиной

, (10.3)

где r — радиус закругления лезвия.

В общем случае для получения на обработанной поверхности кинематических волн с минимальной глубиной целесообразно назначать возможно меньшие величины подачи на оборот S_о и углов j_пл и j'_пл, а радиус закругления вершины резца по возможности увеличить (при чистовом точении до 3 мм). На практике черновое точение выполняют при S_о = 1,6...2,0 мм, чистовое — при S_о не более 0,8 мм.

Поперечное точение имеет две разновидности: радиальное и тангенциальное. Радиальное точение производится при подаче резца перпендикулярно оси вращения по направлению радиуса (рис. 10.1, б). Абсолютная траектория точки лезвия резца в древесине представляет архимедову спираль, расстояние между витками спирали — толщина срезаемого слоя а, мм, величина постоянная, а = 1000v_s/n, где n — частота вращения заготовки, мин^-1.

Тангенциальное точение (рис. 10.1, в) осуществляется при поперечной подаче резца по хорде. Траектория резания — спираль с переменным расстоянием между витками. Соответственно меняется толщина срезаемого слоя, причем, что очень важно для обеспечения качественной обработки, она уменьшается к концу процесса.

Силу воздействия резца на заготовку F при продольном точении представляют тремя составляющими: касательной F_х, радиальной R и осевой A (рис. 10.1, г). Для угла скоса главной режущей кромки e = 0° радиальную R и осевую A силы можно рассматривать как составляющие нормальной силы F_z:

; (10.4)

. (10.5)

Таблица 10.1

Значения F_xт и К_т для процесса продольного точения (береза, W = 10%; резец острый, a = 12°, d = 45°; v = 10 м/с)

Толщина срезаемого слоя а, мм	Fxт, Н/мм, при главном угле в плане jпл, град	Кт, Дж/см3, при главном угле в плане jпл, град
0,1	4,2	4,7	5,0	5,3
0,2	6,0	6,8	7,6	8,2
0,3	6,6	7,8	9,0	9,9
0,4	7,6	8,8	10,4	11,6
0,5	8,5	10,0	11,5	13,0
0,6	9,6	11,4	13,2	15,0

Ниже приведены значения m в зависимости от толщины сре­заемого слоя для средних режимов чистового точения:

Толщина срезаемого слоя а, мм 0,1 0,2 0,3 0,4

Переходный множитель m 0,42 0,24 0,17 0,15

Касательную силу F_х вычисляют по табличным значениям силы F_хт (табл. 10.1):

. (10.6)

Мощность резания Р_р, Вт, рассчитывают по величине касательной силы F_х, Н, и средней скорости главного движения v_ср, м/с:

, (10.7)

где R_ср = (R₁ + R₂)/2.

Мощность резания при осевом точении может быть определена также по объемной формуле

, (10.8)

где К_т — табличное значение удельной работы осевого точения, Дж/см³ (табл. 10.1);

a_попр — общий поправочный множитель, учитывающий расчетные условия точения;

v_s — скорость осевой подачи, м/мин.

Режущий инструмент токарных станков для обработки древесины — ручные и станочные токарные резцы, круглопалочных станков — сменные ножи ножевых головок (рис. 10.2).

Ручные токарные резцы при работе устанавливают на специальном подручнике и удерживают руками.

Для чернового точения применяют обдирочные резцы с полукруглым лезвием (на рис. 10.2, а, поз. I) в виде желобчатой пластины с фаской. Ширина резца 3...50 мм, угол заострения 30...35°. Такими резцами можно работать с подачей на оборот до 3 мм при глубине точения не более 5 мм.

Для чистового точения используют резцы с косым лезвием (II). Ширина чистовых резцов (косяков) 6...50 мм, угол заострения лезвия 20...30°, скос лезвия относительно продольной оси резца 70...80°. Этими резцами можно работать с подачей на оборот 0,5...1,5 мм при глубине точения 1...2 мм.

Для обточки внутренних поверхностей применяют расточные резцы (крючки), часто имеющие криволинейную режущую кромку (III—V), для нарезки резьбы — резцы гребенки (VI).

Толщина плоской части ручных токарных резцов 3...4 мм, длина рабочей части 110...130 мм, общая длина с рукояткой 265 мм. При работе с подручником вершину лезвия располагают несколько выше оси центров токарного станка, придавая резцу такой уклон, чтобы поддерживался угол резания порядка 45...50°.

Станочные токарные резцы закрепляют в суппорте станка. В зависимости от назначения они подобно ручным резцам имеют различную геометрию режущей части. На рис. 10.2, б в качества примера показан проходной чистовой резец. Наилучшие угловые параметры главного лезвия станочного токарного резца: a = 8...15°, b = 30...40°, g = 45...55°.

Резцы круглопалочных головок — это сменные ножи ножевых головок круглопалочных станков, предназначенных для из­готовления деталей цилиндрической формы или с плавно изме­няющимся по длине детали диаметром. По существу ножи круглопалочных станков являются разновидностью станочных токарных резцов. Они закрепляются в головке (рис. 10.2, в) бол­тами. Режущая кромка со стороны входа заготовки имеет за­кругленную часть для плавного врезания.

Ручные токарные резцы изготавливают из углеродистых инструментальных сталей У10А, У12 (HRC_Э = 52…56), для изготовления станочных резцов применяют легированные ХВГ, ШХ15 или быстрорежущие Р6М5, Р9 стали (HRC_Э = 57…60).

Глава 11. Сверление

Сверление состоит в резании резцами, расположенными по торцу цилиндрического тела инструмента (сверла) и описывающими при работе в древесине винтовые поверхности. Технологическое назначение процесса — получение отверстий или гнезд круглого сечения.

У сверла различают хвостовую часть (для крепления в патроне) и рабочую. Рабочая часть включает режущую и направляющую части. Последняя имеет две направляющие ленточки (фаски) 2 (рис. 11.1, а), центрирующие сверло в отверстии, и транспортирующие из него стружки две винтовые стружечные канавки 3.

Применяются две основные формы заточки режущей части сверл — коническая и с направляющим центром и подрезателями. При конической заточке режущая часть сверла (рис. 11.1, а) имеет два режущих лезвия 1 с передними поверхностями 4 винтовых стружечных канавок, задние поверхности 5 обычно являются частями конических поверхностей с осями, наклонными к оси сверла (этим обеспечивается положительный задний угол резцов). Пересечение задних поверхностей образует лезвие 6, называемое перемычкой.

Главное лезвие резца с конической заточкой срезает с дна отверстия слой, размер которого вдоль оси сверла равен подаче на один резец S_z, толщина а = S_zsinj, ширина b = R/sinj, где 2j — угол сверла при вершине (85°).

Боковую поверхность отверстия формирует вспомогательная режущая кромка, образованная пересечением передней поверхности и ленточки. Условия работы бокового лезвия при поперечном сверлении особенно неудовлетворительны: почти половину пути за оборот сверла оно осуществляет продольно-торцовое резание против волокон, дающее при прочих равных условиях самое низкое качество обработки. Поэтому сверла с конической заточкой используют только при продольном сверлении вдоль волокон, когда наклон главных режущих кромок позволяет уйти от торцового резания к торцово-поперечному.

Сверло для поперечного сверления (рис. 11.1, б) имеет главные режущие кромки 1, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения, направляющий центр 7 и подрезатели 8. Главная кромка срезает слой толщиной a » S_z, предварительно отделенный от боковой поверхности отверстия впереди идущим подрезателем. Направляющий центр, ось которого совпадает с осью сверла, обеспечивает дополнительное (к ленточкам) центрирование сверла. В итоге в сложных условиях поперечного сверления получаются точные по форме и размерам отверстия с минимальными неровностями поверхности.

Скорость резания при сверлении зависит от радиуса рассматриваемой точки лезвия: v₁ для точки в сечении I—I, отстоящем от оси вращения на r₁ и v₂ для точки в сечении II—II на расстоянии r₂ (v_I < v_II). Отсюда следует, что угол движения j_д будет меняться, достигая наибольшего значения вблизи оси сверла (j_дI > j_дII). Угол движения необходимо учитывать, выбирая номинальные углы. Номинальный задний угол должен быть равен a = a_р + j_д, где a_р — минимальное рабочее значение заднего угла.

Номинальные передние углы в сечениях I—I и II—II различны, т. к. угол наклона винтовой канавки непрерывно уменьшается для точек лезвия, приближающихся к оси сверла: g_I < g_II. Номинальные углы резания при сверлении составляют: a = 20...25°; b = 20...25°; d = 40...50°.

Шероховатость поверхности, полученной сверлением, характеризуется высотой неровностей R_{m max} = 320...60 мкм для подачи на один оборот сверла S_o = 2,2...0,7 мм при сверлении мягкой древесины и 0,5...0,1 мм при сверлении твердой древесины.

Таблица 11.1

Значения F_xт и K_т для сверления (сверла острые, сосна, глубина сверления t£5D)

Толщина срезаемого слоя а, мм	Fxт, Н/мм, для диаметра сверления D, мм	Кт, Дж/см3, для диаметра сверления D, мм
Сверла с центром и подрезателями для поперечного сверления
0,1
0,5
1,0
2,0
Сверла с конической заточкой для продольного сверления
0,1
0,5
1,0
1,5

Показателями силового взаимодействия сверла с заготовкой являются крутящий момент и осевая сила. Крутящий момент М_кр определяется как произведение касательной цикловой силы F_хц на радиус сверла. В свою очередь, сила F_хц получается как сумма средних сил на z лезвиях сверла, приведенных к радиусу сверла R:

; . (11.1)

Касательная сила на лезвии определяется по табличным данным:

, (11.2)

где F_хт определяется по табл. 11.1.

Осевую силу вычисляют по приведенной окружной:

, (11.3)

где m_oc — переходный множитель (справочная величина).

Мощность резания при сверлении находят по касательной цикловой силе F_хц и максимальной скорости главного движения и или по объемной формуле:

; , (11.4)

где K_т — табличное значение удельной работы сверления (табл. 11.1), Дж/см³;

v_s — скорость осевой подачи, м/мин.

Зенкеры по принципу работы являются сверлильным инструментом, применяемым для частичного рассверливания отверстий (например, для выбора углубления под головку винта) или формирования фасонных выемок в деталях. Конструкции сверл и зенкеров показаны на рис. 11.1, в - ж.

Сверла спиральные с центром и подрезателями (стальные по ГОСТ 22053—76 и твердосплавные по ТУ 2-035-631—78, ТУ 2-035-962—84) имеют типоразмеры с диаметром сверления 4...32 мм и длиной сверла 60...200 мм. Сверла цилиндрические спиральные с конической заточкой для сверления вдоль волокон (стальные по ГОСТ 22057—76) изготавливают короткие (длиной 45...145 мм при диаметре 2...12 мм) и длинные (длина 130...210 мм при диаметре 5...20 мм).

Сверла чашечные для высверливания сучков (стальные и твердосплавные по ТУ 2-035-594—77, ТУ 2-035-787—80 и др.) имеют диаметры 15...40 мм и длину 60...150 мм. Сверла цилиндрические пустотелые с выталкивателями для обработки пробок (по ТУ 2-035-862—82) выпускаются диаметром 20...45 мм. Зенкеры цилиндрические и конические, комбинированные со спиральными сверлами, при диаметрах сверла З...12 мм образуют углубления диаметром 8...22 мм. Материал сверл и зенкеров — стали Х6ВФ (HRC_Э = 55…57), Р6М5 (HRC_Э = 57…60), твердые сплавы ВК6, ВК8, ВК15.

Особенности сверления древесных материалов. Производительное и качественное сверление ДСтП обеспечивается использованием сверл с направляющим центром и подрезателями. Это соответствует требованиям к конструкции сверл для древесины, так как при сверлении в пласть ДСтП условия работы сверла близки к условиям сверления древесины поперек волокон. Предпочтительны следующие угловые параметры сверл: a »18... 25°, d = 45...60°. Частота вращения сверла рекоменду­ется в пределах 2500...3500 мин^-1. Плотные плиты нужно обрабатывать сверлами из быстрорежущих сталей или с пластинами из твердого сплава.

Качество сверления определяется свойствами ДСтП (плотностью и количеством связующего) и режимом сверления (толщиной срезаемого слоя, подачей на резец). Показатели качества, удовлетворяющие технологическим требованиям, достигаются при соблюдении величин подачи на резец S_z = 0,15...0,5 мм для сверления плит плотностью менее 700 кг/м³ с содержанием связующего менее 8%; 0,25...0,75 мм для сверления плит плотностью более 700 кг/м³ с содержанием связующего более 8%. При сверлении отверстий под шканты (круглые вставные шипы) в древесностружечных плитах плотностью 650...750 кг/м³ S_z = 0,7...0,8 мм.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) также часто обрабатывают сверлением. Основные проблемы сверления твердых ДВП: быстрое затупление инструмента и дефект обработки в виде значительного поднятия волокон вокруг высверленного отверстия.

Для сверления ДВП целесообразно использовать твердосплавные спиральные сверла с конической заточкой режущей части (угол при вершине 2j = 170°), частота вращения 3000...4000 мин^-1.

Исследования процесса сверления ЦСП показали, что при повышении частоты вращения значительно увеличиваются нагрев сверла и износ его режущих элементов. Частота вращения 1710 мин^-1 обеспечивает хорошее качество обработки. Определены значения удельной работы резания для спиральных (табл. 11.2) и чашечных (табл. 11.3) сверл.

Таблица 11.2

Удельная работа резания при сверлении цементностружечных плит (сверла спиральные острые, глубина сверления меньше 5D)

rп	Sz	Удельная работа резания К, Дж/см3, при диаметре сверла D, мм
кг/м3	мм
	0.2	159,13	139,95	126,01	106,77	99,76	93,89
	0,3	134,16	117,99	106,23	90,00	84,10	79,16
	0,4	118,80	104,52	94,11	79,74	74,50	70,12
	0,5	108,18	95,14	85,66	72,58	67,82	63,83
	0,6	100,18	88,11	79,33	67,22	62,81	59,11
	0,8	88,75	78,05	70,28	59,55	55,64	52,36
	0,2	165,94	149,80	137,77	120,74	114,36	108,97
	0,3	139,90	126,20	116,15	101,79	96,41	91,87
	0,4	123,93	111,88	102,89	90,17	85,41	81,38
	0,5	112,81	101,84	93,66	82,08	77,74	74,08
	0,6	104,47	94,31	86,74	75,08	71,997	68,61
	0,8	92,55	83,55	76,84	67,34	63,78	60,77
	0,2	172,49	159,54	149,65	135,29	129,78	125,08
	0,3	145,42	134,50	126,17	114,06	109,42	105,46
	0,4	128,82	119,15	111,77	101,04	96,93	93,42
	0,5	117,27	108,46	101,74	91,74	88,23	85,04
	0,6	108,59	100,44	94,22	85,18	81,71	78,75
	0,8	96,204	88,98	83,47	75,46	72,38	69,76

 

 

Таблица 11.3

Удельная работа резания при сверлении цементностружечных плит (сверла чашечные острые, глубина сверления меньше 5D)

rn	Sz	Удельная работа резания К, Дж/см3, при диаметре сверла D, мм
кг/м3	мм
	0.2	75,307	65,052	57,709	47,791
	0,4	56,363	48,688	43,199	35,769
	0,6	47,577	41,098	36,465	30,193
	0,8	42,186	36,441	32,333	26,772
	0,2	83,425	72,064	63,941	52,943
	0,4	62,439	53,936	47,856	39,625
	0,6	52,705	45,528	40,396	33,449
	0,8	46,734	40,370	35,819	29,658
	0,2	91,719	79,229	70,297	58,207
	0,4	68,647	59,299	52,614	43,565
	0,6	57,945	50,054	44,412	36,773
	0,8	51,380	44,383	39,380	32,607

Определена зависимость силовых параметров от глубины сверления. Увеличение глубины сверления до 3D почти не оказывает влияния на величину силовых параметров, при увеличении глубины сверления более 3D начинается заметный рост М_кр и F_ос. При глубине сверления более 5D сверление невозможно, наблюдается сильный нагрев сверла, прижог стружки и отверстий. Увеличение силовых параметров объясняется значительным ухудшением выноса стружки, ростом сил трения и не зависит от способа заточки сверл. Для учета глубины сверления предложено использовать поправочный множитель на глубину сверления а_t (табл. 11.4).

Таблица 11.4

Значения поправочного множителя на глубину сверления, а_t (сверла спиральные)

Глубина сверления	Поправочный множитель для Мкр	Поправочный множитель для Fос
t, мм	сверла с центром и подрезателями	сверла с коничес- кой заточкой	сверла с центром и подрезателями	сверла с коничес­кой заточкой
1D	1,0	1,0	1,0	1,0
2D	1,0	1,0	1,0	1,0
3D	1,05	1,03	1,17	1,22
4D	2,0	1,4	1,56	1,67
5D	3,8	2,1	2,74	2,15

Установлена зависимость силовых параметров от направления сверления и формы заточки. Направление сверления не оказывает существенного влияния на силовые показатели процесса сверления. Это объясняется высокой плотностью ЦСП и менее заметным влиянием свойств древесины. Сверла с центром и подрезателями имеют меньшие значения М_кр и F_ос . Однако, надо учитывать высокую скорость затупления подрезателей при сверлении ЦСП. Коническая заточка сверл под углом 2j = 120° и 2j = 90° не оказывает существенного влияния. При расчетах способ заточки сверл предлагается учитывать поправочным множителем а_j, равным 1 для сверл с направляющим центром и подрезателями и 1,4 для сверл с конической заточкой.

Качество обработки при сверлении ЦСП определяется длиной и глубиной сколов на входе и выходе сверла. Определяющими являются сколы на выходе, которые лежат в пределах от 1 до 5 мм. Исследованные виды заточки сверл не оказывают существенного влияния на величину сколов. Наибольшее влияние оказывает величина подачи на резец и плотность плиты, с увеличением которых длина и глубина сколов возрастает. Это объясняется ростом сил резания и увеличением хрупкости плиты. Для уменьшения сколов на выходе можно использовать следующие мероприятия: придание режущей части сверла специальной заточки; применение подкладок на выходе сверла; замена сверл большого диаметра ( свыше 75 мм ) цилиндрическими пилами.

Установлено, что влияние плотности плит ЦСП на величину износа сверла можно учесть поправочным коэффициентом а_r = 0,21 + 0,47ρ. Стойкость сверл зависит от их типа. Если стойкость спиральных сверл с направляющим центром и подрезателями принять за 1, то стойкость сверл чашечных на 15% ниже.

 

Глава 12. Гнездообразование (долбление)

На рис. 12.1 приведены основные схемы выборки в деталях гнезд прямоугольного сечения.

Цепное фрезерование (рис. 12.1, а) — резание резцами, расположенными на шарнирно связанных звеньях непрерывной цепи. При движении цепи вдоль направляющей линейки 1 траектория главного движения прямолинейная, при огибании натяжного ролика 2 — окружность. Если длина гнезда L равна размеру d. фрезерной головки, достаточно одной осевой подачи со скоростью v_{s oc}. В этом случае зубья срезают стружку на дуговом участке. Если L > d, цепь заглубляют в заготовку поочередно по краям гнезда, а затем перемещают в боковом направлении со скоростью v_{s бок} и выбирают перемычку.

Скорость главного движения, м/с, определяют по формуле

, (12.1)

где t_з — шаг зубьев ведущей звездочки (равен двойному шагу звеньев цепи), мм;

z_з = 4 — число зубьев звездочки;

n — частота вращения звездочки, мин^-1.

Подача на резец, мм, при осевой и боковой подачах:

; , (12.2)

где v_{s oc} и v_{s бок} — скорость осевой и боковой подачи, м/мин.

Шероховатость поверхностей гнезда, сформированных фрезерной цепочкой при нормальных режимах долбления (v = 4...10 м/с, S_z = 0,02...0,2 мм — меньшие значения для глубоких гнезд в твердой древесине и большие — для неглубоких в мягкой), характеризуется предельной высотой неровностей R_{m mах} = 200 мкм.

Мощность резания, Вт, при осевой Р_рез.ос и боковой Р_{рез.бок} подачах:

; (12.3)

; (12.4)

где K_{т ос} — табличная удельная работа долбления фрезерной цепочкой при осевой подаче (табл. 12.1), Дж/см³;

К_{т бок} — то же при боковой подаче (приближенно такая, как для продольно-торцового фрезерования);

а_{попр.ос} и а_{попр.бок} — общие поправочные множители, учитывающие конкретные условия долбления;

b и t — ширина и глубина гнезда, мм.

Таблица 12.1

Удельная сила и работа резания F_{xт. oc} и K_{т. oc} для долбления фрезерной цепочкой (средние производственные условия)

Средняя толщина срезаемого слоя аср, мм	Kт. oc, Дж/см3	Fxт. oc, Н/мм
для древесины
сосны	дуба	сосны	дуба
0,0135			2,82	3,58
0,0270			5,44	7,04
0,0405			7,81	10,30
0,0540			9,86	13,25
0,0675			11,52	15,87
0,0810			12,54	17,86
0,0945			13,31	19,01
0,1080			13,95	19,71

Гнездовая фреза (рис. 12.1, б) представляет собой многолезвийную плоскую пластинку, несущую резцы (зубья) с двух сторон — торцовой и боковой. Как и фрезерная цепочка, гнездовая фреза — мерный инструмент, т. е. ее толщиной определяется ширина вырабатываемого гнезда.

Главное движение инструмента по замкнутой кривой (эллипсу, окружности) характеризуется средней скоростью перемещения вершины зуба по траектории резания v_ср. Движение подачи прямолинейное с постоянной скоростью v_s. Нижние зубья фрезы — режущие, боковые — удаляющие стружку из гнезда. При частоте циклов главного движения n, мин^-1, скорости подачи v_s, м/мин, подача на один цикл S_о равна максимальной толщине срезаемого слоя, a_mах = 1000v_s/n.

Длина получаемого паза L, мм, определяется по формуле

, (12.5)

где L_фр — ширина фрезы, мм;

r — горизонтальная амплитуда колебания фрезы при главном движении, мм.

При долблении гнездовой фрезой получают гнезда с плоским дном при малой их ширине (b_min = 3 мм). Качество обработки, характеризуется высокой точностью размеров, шероховатостью стенок не более R_{m mах} = 32 мкм. Материал фрезерных цепочек — сталь Х6ВФ (HRC_Э = 56…59).

Глава 13. Лущение

Лущением называется процесс поперечного резания древесины для получения стружки (шпона) заданной толщины, при котором траекторией резания является спираль (рис. 13.1, а).

На лущильных станках чурак 2, зажатый с торцов кулачками 1, вращается шпинделями с заданной угловой скоростью. Одновременно нож 4, закрепленный в суппортах, перемещается к оси вращения чурака с постоянной скоростью до конечного диаметра D_к остатка чурака (карандаша) 5. Скорость главного движения определяют как скорость перемещения по окружности точки чурака, совпадающей с вершиной лезвия ножа:

, (13.1)

где D — диаметр окружности резания (диаметр чурака в данный момент), мм;

n — частота вращения чурака, мин^-1.

Чтобы обеспечить постоянство толщины срезаемого шпона 3, скорость подачи v_s, м/мин, устанавливается такой, что перемещение суппорта за время одного оборота чурака соответствует заданной толщине шпона; v_s = аn/1000, где a — толщина сырого шпона, мм. Так как поверхность резания при лущении не плоская, ее положение определяется касательной к спирали в точке лезвия СТ, от которой отсчитываются рабочие углы ножа a_р, g_р, d_р (рис. 13.1, б). При установке удобнее измерять углы, считая от касательной к окружности СN (вертикали); обычно эти углы называют установочными (номинальными) — a, g, d. Угол между СТ и СN — угол движения

. (13.2)

Угол резания d при лущении выбирается как можно меньшим. Для этого угол заточки b = 18…25° для различных пород древесины и толщин шпона. Задний угол a также должен быть наименьшим. Лучшие условия резания обеспечиваются при a = 0,5...1° для диаметров 300—100 мм и a = 2...3° для более толстых чураков. Поэтому кинематикой лущильных станков, рассчитанных на лущение чураков больших диаметров, предусматривается возможность уменьшения заднего угла в процессе лущения. С уменьшением диаметра чурака D по мере лущения угол j_д увеличивается и изменяются рабочие углы ножа:

; ; . (13.3)

Величину j_д следует учитывать при выборе угла a, особенно при получении толстого шпона из чураков большого диаметра, когда j_д к концу лущения достигает значительной величины.

Кроме ножа рабочим инструментом при лущении служит прижимная линейка, роль которой в процессе стружкообразования рассмотрена ранее (см. рис. 4.2, в). Положение прижимной линейки относительно ножа характеризуют углом x и степенью обжима D. Оптимальные значения этих параметров: x = 42°; D = 5...35° (в зависимости от породы древесины и толщины шпона).

Качество получаемого шпона по действующим стандартам оценивается только R_{m max} (до 200 мкм для лиственных пород и до 320 мкм для хвойных) и разнотолщинностью шпона Dh (±0,05 мм для шпона толщиной до 0,95 мм и ±0,10 более 0,95 мм).

При лущении с обжимом стружки силы на ноже F_xн и F_zн будут отличаться от сил на ноже F_x и F_z, действующих в случае резания без обжима:

F_xн = F_x + F_xдн; F_zн = F_z + F_zдн, (13.4)

где F_xдн, F_zдн — дополнительные касательная и нормальная силы на ноже, вызванные давлением прижимной линейки.

Прижимная линейка, обжимая срезаемый слой древесины, действует с силой, которая может быть разложена на составляющие F_xп и F_zп по тем же направлениям. Сила F_xп по направлению всегда совпадает с F_xн, сила F_zп всегда направлена в сторону чурака.

F_xбл = F_xп + F_xн; F_zбл = F_zп + F_zн. (13.5)

Касательная сила F_x в случае резания без обжима стружки равняется произведению удельной силы резания F_xуд, на площадь поперечного сечения bа стружки; F_x = F_xудba. Формула такого вида пригодна и для расчета касательной силы F_xбл, действующей со стороны блока нож — прижимная линейка на кряж:

F_xбл=F_{xD табл}а_попрba, (13.6)

где F_{xD табл} — табличная удельная сила резания гидротермически обработанной древесины с обжимом стружки прижимной линейкой (табл. 13.1);

а_попр — общий поправочный множитель, учитывающий конкретные условия лущения (см. гл. 18); b — ширина стружки, равная длине чурака, мм;

а — толщина шпона, мм.

Нормальная сила на блоке нож — прижимная линейка определяется из зависимости

F_zбл = m_DF_xбл, (13.7)

где m_D — переходный множитель (m_D » 1,1 для условий табл. 13.1).

Мощность лущения, Вт, с обжимом стружки

P_рез = F_xблv. (13.8)

Таблица 13.1

Табличная удельная сила резания F_{xD табл} для лущения проваренной древесины березы

(температура t = 20°С; нож острый, линейка с оптимальными геометрией и установкой)

Толщина срезаемого слоя а, мм	Значения FxD табл, Н/мм2, при степени обжима D, %
0,6	5,0	7,0	8,0	9,0	10,65	12,0
0,8	4,75	6,75	7,75	8,37	9,63	10,88
1,0	4,6	6,5	7,3	8,0	9,0	10,2
1,15	4,52	6,34	7,13	7,83	8,88	9,91
1,5	4,2	6,0	6,81	7,47	8,4	9,4

Лущильный нож представляет собой пластину с вырезами для крепежных болтов, изготовленную из двухслойной стали (компаунда); рабочая часть из легированной стали 9Х5ВФ или 9ХС, основание — из мягкой конструкционной стали 15. Толщина рабочей части составляет 1/4 — 1/3 толщины ножа, ширина — от 1/3 до 1/2 ширины ножа В. Твердость режущей части после термообработки должна быть в пределах 56...62 НRС_Э.

Глава 14. Строгание

Строганием называется процесс поперечного или продольного (относительно волокон) резания древесины для получения стружки (шпона) заданной толщины при прямолинейной траектории резания. Наибольшее практическое значение имеют процессы поперечного строгания древесины на облицовочный шпон толщиной 0,6—0,8 мм и на дощечки толщиной 5—15 мм.

Главное движение сообщается ножу 2 или кряжу 1. В первом случае нож движется возвратно-поступательно со скоростью v, кряж во время резания остается неподвижным, а в конце холостого хода ножевого суппорта кряж подается вертикально вверх на заданную толщину шпона. Используются две схемы строгания: горизонтальная (рис. 14.1, а) и вертикальная (рис. 14.1, б), равноценные по кинематическим и силовым характеристикам.

Скорость резания характеризуют средней скоростью перемещения суппорта и определяют по формуле

v_ср = 2Sn/(60×1000), (14.1)

где S — длина хода суппорта, мм;

n — частота двойных ходов суппорта, мин^-1.

К угловым характеристикам заточки и установки ножа относительно поверхности резания при строгании предъявляются те же требования, что и при лущении. Минимальный угол резания d, достигается за счет малых углов заточки b и заднего a. Лучшие результаты получают при углах b = 16...17° и a = 1...2°.

Строгание шпона обязательно ведется с наклоном ножа к оси кряжа и направлению волокон под углом j_c = 10...12°. Это снижает усилие на ноже при входе в кряж и повышает гладкость поверхности шпона.

Оптимальная установка прижимной линейки относительно ножа характеризуется углом x = 42° при любых условиях резания и степенью обжима D, зависящей от породы древесины и толщины стружки (D=5...20%).

Строгание не имеет существенных отличий от лущения по условиям стружкообразования, для силовых расчетов этих процессов используют одинаковые зависимости и справочные материалы.

Требования к качеству шпона (разнотолщинность Dh = ± 0,04 мм для шпона толщиной 0,6 и 0,8 мм и Dh = ± 0,08— толщиной 1 мм; R_mmax не более 100 мкм) удовлетворяются при соблюдении оптимальных условий строгания. Конструкция ножей аналогична лущильным ножам.

Глава 15. Разрезание и штампование (бесстружечное деление)

Бесстружечное деление успешно применяется для обработки листовых древесных материалов — ДВП, фанеры, шпона.

Разрезание (рис. 15.1, а) — это процесс деления, основанный на использовании ножниц, — двух плоских или дисковых ножей, при смыкании которых их лезвия проходят через общую плоскость резания с небольшим зазором. Задние поверхности ножей составляют угол, равный 2°, с плоскостью разреза, благодаря чему уменьшается трение. Углы заточки ножей равны: подвижного — 30°; неподвижного — 75° (или 90°).

Используется несколько схем разрезания (рис. 15.1, б–г). При параллельных ножах (рис. 15.1, б) резание происходит одновременно по всей длине l заготовки, при наклонных ножах (рис. 15.1, в) — на длине х = t/tg j, где t — толщина заготовки, j — угол наклона лезвия. Диски (рис. 15.1, г) вращаются в направлении подачи v_s, затягивая разрезаемый материал.

Максимальное усилие разрезания F_х, Н, определяют по следующим формулам:

при параллельных ножах

F_x = F_удtl, (15.1)

при наклонных ножах:

F_x = F_удtx = F_удt²/tg j, (15.2)

где F_уд — удельная сила разрезания, Н/мм².

Удельная сила разрезания F_уд зависит от углов заточки ножей b₁ и b₂, толщины перерезаемого материала и схемы резания; например, для ДВП плотностью 850 кг/м³, разрезаемых на ножницах с наклонными (j = 5°) ножами, F_уд = 6,1 Н/мм² для плит толщиной 5,6 мм и F_уд = 4,3 Н/мм² для плит толщиной 3,35 мм.

Штампование (просечка, пробивка, вырубка) также основано на работе ножниц (рис. 15.1, д). Особенность процесса штампования заготовки 1 —взаимодействие двух резцов замкнутого контура — пуансона 2 и матрицы (неподвижного резца). В схеме просечки пуансон взаимодействует с деревянной, резиновой или свинцовой подкладкой 3, выполняющей роль матрицы. Угол заточки верхнего ножа 25—30°, нижнего ножа 60—75°; зазор между ножами не должен превышать 3 % толщины разрезаемого материала.

Наибольшее усилие штампования

F_x = F_удtS, (15.3)

где S — длина периметра образуемого контура, мм;

t — толщина материала, мм;

F_уд — наибольшая удельная сила штампования, Н/мм².

Наибольшая удельная сила F_уд штампования фанеры толщиной 4—5 мм из сосны составляет 5,5; из березы — 6,4; из дуба — 7,2 Н/мм². Для штампования ДВП толщиной 4,2 мм по схемам пробивки и вырубки F_уд = 9 Н/мм².

Глава 16. Шлифование

Шлифованием называется процесс абразивной обработки с преобладанием резания поверхности деталей с целью ее выравнивания до плоского состояния, придания ей высокой гладкости и калибрования щитовых деталей. Различают (рис. 16.1) ленточное, цилиндровое и дисковое шлифование.

Шлифовальную шкурку (рис. 16.1, а) можно рассматривать как многолезвийный инструмент с большим числом режущих элементов — абразивных зерен с режущими кромками. Зерна 1 из электрокорунда, карбида кремния или других абразивных материалов посредством связки 2 из животного клея, карбамидной или фенольной смолы связаны друг с другом и с основой 3 из бумаги, ткани, фибры или комбинации этих материалов.

Абразивные материалы разделяются по крупности зерна на следующие группы и номера зернистости (ГОСТ 3647–80):

Группы Номера зернистости

Шлифзерно....................................................................................................... 200, 160, 125, 100, 80, 63. 50, 40, 32, 25, 20, 16

Шлифпорошки................................................................................................ 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3

Микропорошки............................................................................................... М63, М50, М40, М28, М20, М14

Тонкие микропорошки.................................................................................. М10, М7, М5

Номер зернистости характеризует крупность зерен основной фракции (части) зернового состава: для шлифзерна и шлифпорошков он соответствует размеру (в сотых долях миллиметра) стороны ячейки сита, на котором задерживаются зерна основной фракции; для микропорошков и тонких микропорошков он равен наибольшему линейному размеру (в микрометрах) зерна в поперечнике.

Средний радиус закругления режущих кромок зерна r уменьшается с уменьшением размеров зерен: для номеров зернистости 40, 25 и 16 он составляет соответственно 28, 19 и 13 мкм. Высокая гладкость поверхности при шлифовании мелкозернистыми шкурками достигается благодаря уменьшению толщины срезаемых стружек и увеличению остроты режущих кромок мелких зерен.

До работы зерно имеет острую вершину, которая постепенно затупляется. Возрастающее по мере затупления зерна усилие резания вызывает откалывание от него частичек и образование новых острых кромок. Иногда зерно под действием сил резания целиком вырывается из связки. Совокупность явлений, связанных с образованием у абразивных зерен в процессе работы новых режущих кромок или выкрашиванием частичек и целых затупившихся зерен из связки, называется самозатачиванием абразивного инструмента.

Основные параметры режима шлифования для шкурки выбранной зернистости: давление на шлифуемой поверхности, направление шлифования относительно волокон древесины, скорость резания, скорость подачи, длина контакта с древесиной.

Давление q в зоне контакта шлифовального инструмента с обрабатываемым материалом влияет на количество активных режущих зерен и на производительность инструмента. Увеличение давления мало влияет на среднюю толщину срезаемых стружек и на шероховатость шлифовальной поверхности. По опытным данным, повышение давления в 50 раз приводит к увеличению глубины неровностей всего на 5—14 %. Рекомендуемая величина давления для основных схем шлифования древесины дана в табл. 16.1.

 

Таблица 16.1

Давление на шлифуемой поверхности

Схема шлифования (рис. 16.1)	Давление q, кПа, для шлифования древесины
чернового (зернистость шкурки 80—50)	чистового (зернистость шкурки 25—10)
Лентой с неподвижным столом Лентой с контактным прижимом Цилиндром Диском	1,5—4,0 5—20 50—200 5—57	1,0—2,5 2—5 20—50 —

Направление шлифования. Практика и специальные исследования показывают, что при чистовом шлифовании наилучшее качество поверхности достигается при шлифовании вдоль волокон (угол скоса j_с = 0°). В чистовом шлифовании поверхностей под высококачественную отделку допускается угол скоса не более 15°. При j_с > 15°, как, например, при обработке щитов, облицованных в елку или в ромб, требуется шлифование до получения поверхностей с микронеровностями высотой не более 6—8 мкм: только тогда следы от зерен будут незаметны.

Черновое шлифование рамных столярно-строительных изделий с продольными и поперечными брусками рекомендуется при j_с = 45°. Встречается шлифование с углом скоса 90°, т. е. поперек волокон (обработка паркетных досок).

При ленточном шлифовании существует измеряемая по направлению v оптимальная длина контакта l_к шкурки с древесиной. Зерна шкурки могут срезать и унести с поверхности изделия лишь то количество стружки, которое умещается в межзерновом пространстве. При чрезмерной длине контакта стружка постепенно заполняет все свободное пространство между зернами и оттесняет шкурку от изделия, из-за чего съем древесины вначале сокращается, а затем прекращается. Оптимальная длина контакта не зависит от скорости шлифования, мало зависит от давления и породы древесины, но определяющим образом зависит от зернистости шкурки. Для зернистости шкурки 32, 16 и 10 оптимальная длина контакта (утюжка) равна соответственно 125, 100 и 65 мм.

Для нормальной работы шлифовальной ленты важное значение имеет степень ее натяжения. Оптимальным, например, для шкурки на тканевой основе, будет натяжение 7,5 Н на 1 см ширины ленты.

Для шлифования весьма сложно заранее предсказать геометрию шлифованной поверхности, т. к. распределение абразивных зерен в инструменте случайно и незакономерно.

В производственной практике ожидаемую глубину неровностей на шлифованной поверхности, мкм, определяют по эмпирической формуле

R_{m max} = (110 ± 20)(d_i/g_п), (16.1)

где d_i — размер зерен основной фракции зернистости, мм;

g_п — плотность древесины, г/см³;

знак плюс — для острой шкурки, минус—для тупой.

Скорость резания v при шлифовании вычисляется согласно схемам процесса как окружная скорость на поверхности шкива, приводящего в движение ленту, цилиндра или диска.

Приведенная глубина шлифования (толщина снимаемого слоя) за один проход

, (16.2)

где R_{m max (i)} — средняя величина максимальных микронеровностей после обработки, мкм;

R_{m max (i-1)} — то же до обработки, мкм.

Для сохранения высокой производительности процесса детали шлифуют за два-три прохода, уменьшая от прохода к проходу зернистость шкурки.

Чтобы рассчитать скорость подачи для заданных условий шлифования, необходимо знать удельную производительность инструмента (шкурки). Удельная производительность шкурки а_ш — это номинальный объем, см³, материала, удаляемого с 1 см² обрабатываемой поверхности при перемещении инструмента вдоль поверхности на 1 см. Следовательно, а_ш имеет размерность см³/(см²×см). Удельную производительность шкурки а_ш определяют по эмпирической формуле:

, (16.3)

где q — давление, кПа;

g_п —плотность древесины, г/см³;

d_i — размер зерен основной фракции данного номера зернистости, мм;

a_м — поправочный множитель на вид материала абразива (электрокорунд — 1; кремень — 1,3);

a_н — поправочный множитель, учитывающий способ нанесения абразивных зерен на основу (гравитационный — 1; электростатический — 1,25);

а_rп — поправочный множитель, учитывающий остроту шкурки (острая — 1,4; средней остроты — 1; тупая — 0,7).

По известной а_ш скорость подачи, м/мин,

v_s = 6×10⁴ а_шv(l_к/t_i). (16.4)

При шлифовании различают общие касательную F_х, нормальную F_z и осевую F_y (например, при осцилляции инструмента) силы (рис. 16.1, в), получающиеся от сложения соответствующих сил на всех режущих абразивных зернах. Осевая сила из-за ее малости обычно не учитывается.

В расчетных формулах касательную силу определяют аналогично силе трения из-за определяющей роли процесса трения и поскольку нормальная сила резания F_z практически задается режимом шлифования как суммарная сила нормального давления по площади контакта f_к. Таким образом

F_x = F_z f_ш; F_z = 0,1q f_к, (16.5)

где f_ш — коэффициент шлифования, величина безразмерная;

q — давление по площади контакта, кПа;

f_к = Bl_к — площадь контакта, см².

Коэффициент шлифования f_ш зависит главным образом от зернистости, степени затупления шкурки и от свойств обрабатываемого материала. Для древесины f_ш вычисляют по эмпирической формуле

, (16.6)

где a_п —поправочный множитель на породу древесины (береза — 1, сосна — 0,95; дуб — 0,85);

a_r — поправочный множитель на степень затупления шкурки (острая — 1,3; средней остроты — 1; тупая — 0,8).

Для обработки древесностружечных плит f_ш = 0,75...0,45 (большие значения при зернистости шкурки № 40 и выше при значительных припусках на обработку).

Мощность шлифования определяется с учетом особенностей схемы шлифования. Так, для шлифования лентой с учетом трения оборотной стороны ленты по «постели» (коэффициент трения f = 0,3...0,4)

P_p = 0,1qf_к( f_ш + f )v, (16.7)

для шлифования цилиндром или диском (в последнем случае необходимо использовать среднее значение скорости главного движения)

P_p = 0,1q f_к f_шv. (16.8)

Шлифовальную шкурку поставляют в рулонах (Р) и листах (Л). Размеры и зернистость шлифовальных шкурок для сухого шлифования и шлифования с масляным, керосиновым или уайт-спиритовым охлаждением определены ГОСТ 6456–82 (бумажная основа) и ГОСТ 5009–82 (тканевая основа). Шкурку водостойкую на бумажной основе для шлифования с водяным или керосиновым охлаждением (ГОСТ 10054–82) выпускают в листах длиной 3100 мм, шириной 230, 240, 275 мм.

Рекомендации по выбору зернистости шкурки приведены в табл. 16.2. Марки шлифовальных шкурок на бумажной основе определяются свойствами бумаги-основы: 0-140 (П1) 0-200 (П2), 0-210 (ПЗ), 0-235 (П4),..., БШ-200 (П7), БШ-240 (П8). Цифровая часть марки указывает массу 1 м² бумаги в граммах. Например, 0-210 — бумага, масса 1 м² которой составляет 210 ± 10 г. Чем больше цифра в условном обозначении бумаги, указанном в скобках, тем выше прочность бумаги (разрывная нагрузка) в продольном и поперечном направлениях и меньше удлинение при разрыве.

Шкурки на тканевой основе в деревообработке применяют реже, чем шкурки на бумажной основе: они дороже, имеют большее остаточное удлинение (недостаток при эксплуатации), хотя и более прочны.

Таблица 16.2

Зернистость шкурок для различных операций шлифования

Объект обработки шлифованием	Шлифование
первое	второе	третье
Древесностружечные плиты: для облицовывания строганым шпоном для облицовывания бумагой или отделкой печатью Столярные плиты Фанера Щиты, облицованные шпоном Рамочные конструкции столярно-строительных изделий Лакокрасочные покрытия: нитролаковые полиэфирные			— — — —   — —

Исследован процесс встречного шлифования ЦСП абразивными цилиндрами на станках проходного типа, главной целью которого является достижение требуемого размера по толщине, т.е. калибрование. Как при цилиндрическом фрезеровании скорость резания определяется по формуле V = pDn/60000 (м/с), глубина t (мм) и диаметр D определяют величину угла контакта поверхности шлифовального цилиндра с заготовкой j_к (град), а средний угол j_ср характеризует положение точки приложения составляющих цикловой силы на дуге контакта длиной l (мм) поверхности цилиндра с заготовкой.

Установлено, что наилучшие результаты достигаются при резании со скоростью V = 25...30 (м/с) с использованием в качестве абразивного материала карбида кремния черного марки 54С зернистостью 125 шестой структуры с объемным содержанием связки 20...23 % и объемным содержанием абразива 50...52 %.

Обработка L^цсп = 3980,22 + 4708,8H + 358,08V_s - 9410H² - 22,6Vпогонных метров ЦСП приводит к уменьшению диаметра резания D на критическую величину 0,4 (мм), после чего рекомендуется правка инструмента путем снятия за один проход слоя толщиной 100 (мкм). Обеспечивается интенсивное удаление отходов и исключается перегрев и деструктуризация режущей поверхности, что приводит к постоянству касательной F_xц и нормальной F_zц (Н) составляющих силы резания, которые при выбранных параметрах инструмента определяются для ширины шлифования b (мм) как F_xц = b(3,83 - 0,85t + 0,1V_s + 0,83tV_s + 4,22t²) и F_zц = b(0,25 - 1,06t + 0,08V_s + 0,48tV_s + 3t²). Мощность шлифования при этом определяется через скорость резания.

 

Глава 17. Лазерное резание

Для резания тонких заготовок древесины и древесных материалов используют устройства на основе оптических квантовых генераторов – лазеров.

Лазер состоит из активного вещества, помещенного в оптический резонатор, и источника возбуждения. В активном веществе происходит преобразование энергии, поступающей от источника возбуждения, в монохроматическое (с неизменной длиной волны) когерентное (согласованное по фазе) излучение светового диапазона, а в оптическом резонаторе — накопление световой энергии и формирование узконаправленного излучения. В результате осуществляется узколокализованный нагрев обрабатываемого материала до разрушающих его высоких температур. Древесина и древесные материалы в зоне воздействия лазерного луча превращаются в нагретые газы.

Схема технологической лазерной установки для раскроя листовых древесных материалов показана на рис. 17.1. Газовый (активное вещество СО₂) лазер 1 мощностью 200 Вт образует пучок лучей 2 диаметром 15 мм, который с помощью системы зеркал 3 и линз 4 концентрируется и направляется на обрабатываемую заготовку 5. Для быстрого удаления продуктов сгорания обрабатываемого материала из зоны резания через сопло 6 с большой скоростью выбрасывается инертный газ, подаваемый через штуцер 7. Перемещение лазерного луча относительно заготовки осуществляется автоматически по программе.

Технологические возможности установок для лазерного резания характеризуют потери древесины (ширина образуемой зоны прожига) и производительность резания (скорость перемещения луча относительно материала). Для тонких листовых материалов ширина зоны прожига составляет 0,3...0,4 мм, для фанеры толщиной 18 мм — 0,7 мм. Поскольку лазерный луч сжигает древесину лишь в области фокуса, деление толстых образцов (50 мм и более) затруднено. Может потребоваться многократный проход луча через материал по анало­гии с последовательным углублением зубьев пилы в дно пропила. Данные по производительности лазерного деления, пог.м/мин, различных древесных материалов (мощность лазера 240 Вт) приведены ниже.

Древесина мягких пород толщиной, мм:

6,35.............................................................................................................................................. 3,15

12,70............................................................................................................................................ 1,27

25,40............................................................................................................................................ 0,56

Древесина твердых пород толщиной, мм:

6,35.............................................................................................................................................. 2,82

12,70............................................................................................................................................ 1,18

25,40............................................................................................................................................ 0,44

Фанера на основе фенольных смол толщиной 12,70 мм.......................................................... 0,51

Древесностружечные плиты толщиной 12,70 мм...................................................................... 0,41

Древесноволокнистые плиты твердые закаленные толщиной 12,70 мм............................. 0,33

При применении лазера для раскроя листовых и плитных древесных материалов обеспечиваются высокое качество поверхностей кромок и минимальные потери материала на разделение при получении чистовых деталей различной конфигурации (без припусков на дальнейшую обработку). Отсутствуют отходы в виде твердых опилок, шум и пыль, расширяются возможности автоматизации. К недостаткам относятся значительно большая, чем лезвийного резания, энергоемкость процесса лазерного деления, дороговизна оборудования, ограниченная сфера технологического применения и другие.

Глава 18. Расчеты режимов резания

Назначение режима резания заключается в выборе станка и инструмента, определении скорости резания и расчета скорости подачи, обеспечивающих требуемую производительность, качество и затраты на обработку. Выбор сочетания станок — инструмент должен дать наибольший экономический эффект.

Скорость резания (частота вращения рабочих шпинделей) на деревообрабатывающих станках обычно не регулируется, хотя влияет на производительность процесса, стойкость инструмента, затраты на обработку.

При расчете скорости подачи возникает необходимость решения прямых и обратных задач. Прямыми называются расчетные задачи, в которых по заданной скорости подачи и известным технологическим параметрам обработки — толщине снимаемого слоя или высоте пропила, породе древесины и др., - требуется определить мощность, затрачиваемую на резание, касательную и нормальную силу, а также ожидаемую шероховатость обработанной поверхности.

В обратных задачах рассчитывают наибольшую скорость подачи из следующих условий: полного использования мощности привода механизма резания v_s(P)mах; обеспечения заданного уровня шероховатости обработанных поверхностей v_s(R)mах; работоспособности инструмента (например, пилы из условия нормального заполнения емкости межзубной впадины) v_s(s)mах; прочности или жесткости режущих элементов или инструмента в целом v_s(j)mах. Должна рекомендоваться минимальная из полученного ряда расчетных значений величина скорости подачи v_s, находящаяся в пределах кинематических возможностей станка v_{s min} £ v_s £ v_{s max}, где v_{s min}…v_{s max} — диапазон скоростей подачи станка по паспорту. Если скорость подачи ограничивается только кинематикой станка, может оказаться целесообразной модернизация механизма подачи.

Методы решения прямых и обратных задач, связанных с энергетикой резания силами и мощностью, излагаются ниже.

Силовые расчеты процессов резания на практике обычно выполняются по “объемному методу”, основанному на вычислении мощности резания по “объемной” формуле с последующим определением действующих сил. В общем виде “объемная” формула мощности, Вт, записывается следующим образом:

P_p = K [S (v_s/60)], (18.1)

где К — удельная работа резания в данном процессе и при данных условиях обработки, Дж/см³;

S — площадь поперечного сечения удаляемой части материала (пропила, снимаемого припуска, отверстия и т. п.), мм².

Выражение в формуле, взятое в скобки, есть объем материала, удаляемого с обрабатываемого объекта за 1 с (см³/с), отсюда и название формулы — “объемная”.

Для силовых расчетов также может быть использован метод “табличной силы”, основанный на вычислении силы резания на одном резце инструмента с последующим определением силы воздействия инструмента в целом на заготовку и мощности резания

P_p = F_xц×v, (18.2)

где F_xц — цикловая (средняя) касательная сила резания, Н;

v — скорость главного движения, м/c.

Таким образом, по “объемному” методу после определения мощности резания вычисляют силы резания, а по методу табличной силы действуют в обратной последовательности.

В соответствующих главах раздела II для процессов сложного станочного резания приведены таблицы значений удельной работы К_т и удельной силы F_xт резания в зависимости от средней толщины срезаемого слоя для строго определенных (табличных) условий резания. Общий поправочный множитель a_попр к величинам К_т или F_хт, учитывающий расчетные условия резания, определяется как произведение поправочных множителей, определеных по результатам экспериментальных исследований и учитывающих влияние отдельных факторов процесса резания:

a_попр = a_пa_Wa_Ta_ja_ra_da_va_ta_e, (18.3)

где a_п — поправочный множитель на породу древесины;

a_W — то же на влажность древесины;

a_T — то же на температуру древесины;

a_j — то же на угол встречи лезвия со структурными элементами обрабатываемого материала (например, волокнами древесины);

a_r — то же на затупление лезвия;

a_d — то же на угол резания;

a_v — то же на скорость резания;

a_t — то же на глубину обработки (для процессов закрытого резания, например, пиления);

a_e — то же на угол скоса лезвия.

Для расчетов по каждому процессу резания не обязательно находить все поправочные множители. Обычно при вычислении a_попр ограничиваются множителями, указанными ниже.

Расчетные формулы для общего поправочного множителя a_попр

Пиление рамной пилой................................................................................. a_попр = a_пa_r

То же ленточной пилой................................................................................ a_попр = a_пa_Wa_ra_d

То же круглой пилой..................................................................................... a_попр = a_пa_Wa_ra_da_va_t

Фрезерование цилиндрическое.................................................................. a_попр = a_пa_Wa_ra_da_v

Точение продольное..................................................................................... a_попр = a_пa_Wa_ra_da_e

Сверление......................................................................................................... a_попр = a_пa_r

Долбление фрезерной цепочкой................................................................ a_попр = a_пa_Wa_r

Лущение и строгание шпона...................................................................... a_попр = a_пa_Wa_Ta_e

Фрезерование пазовое.................................................................................. a_попр = a_пa_Wa_ra_da_va_t

Таблица 18.1

Поправочный множитель a_п на породу древесины

Порода	aп
Липа	0,8
Осина	0,85
Сосна	1,0
Ель	0,95
Ольха	1,05
Бук	1,4
Дуб	1,55
Ясень	1,75
Лиственница	1,1
Береза	1,25

Таблица 18.2

Поправочный множитель a_T на температуру гидротермически обработанной древесины

Температура Т, °С	–20	–10		+10	+20	+30	+40	+50	+60
aT	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6

Таблица 18.3

Поправочный множитель a_W на влажность древесины

Древесина	Влажность, W, %	Множитель aW, для процессов резания
открытого (фрезерования точения, строгания, лущения)	Закрытого (пиления)
Очень сухая	5—8	1,10	0,90
Сухая	10—15	1,00	1,00
Полусухая	25—30	0,95	1,05
Сырая	50—70	0,90	1,10
Проваренная	>70	0,80	—

Таблица 18.4

Поправочный множитель a_r на затупление резцов (расчет К)

Длительность работы инструмента после заточки TL, мин	Множитель ar для процесса
пиления	фрезерования ци­линдрического продольного	точения продольного и сверления	долбления фрезерной цепочкой при подаче
рамной пилой	ленточной пилой	круглой пилой продольного	круглой пилой поперечного
осевой	боковой
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,17	1,2	1,3	1,1	1,2	1,2	1,24	1,3
	1,32	1,4	1,5	1,15	1,3	1,3	1,4	1,52
	1,42	1,6	1,8	1,2	1,42	1,35	1,55	1,73
	1,5	1,8	2,2	1,3	1,5	1,4	1,65	1,88
	—	2,0	2,5	1,4	1,57	1,45	1,78	2,00
	—	2,2	2,8	1,5	1,6	1,5	1,86	2,1

В случае продольно-торцевого резания, когда острота инструмента определяется величиной пути резания L_рез резцов в заготовках, для уточнения сил резания пользуются данными табл. 18.5.

Таблица 18.5

Поправочный множитель a_r на остроту режущей кромки для продольно-торцового резания (расчет F_x)

Угол встречи, jв, град	Множитель ar для пути резания Lрез, км
Открытое резание
0; 180	1,14/1,12	1,27/1,22	1,35/1,30	1,43/1,36
30; 150	1,18/1,14	1,31/1,24	1,44/1,35	1,54/1,44
60; 120	1,20/1,16	1,37/1,30	1,52/1,42	1,65/1,53
	1,25/1,18	1,43/1,35	1,61/1,49	1,76/1,62
Закрытое резание
60…90	1,28/1,22	1,50/1,40	1,70/1,55	1,83/1,70

 

Угол встречи, jв, град	Множитель ar для пути резания Lрез, км
Открытое резание
0; 180	1,50/1,41	1,55/1,46	1,59/1,51	1,62/1,55	—/1,58
30; 150	1,62/1,52	1,68/1,59	1,73/1,64	1,78/1,69	—/1,73
60; 120	1,74/1,63	1,83/1,70	1,90/1,77	1,95/1,83	—/1,88
	1,87/1,72	1,96/1,81	2,05/1,90	2,11/1,97	—/2,04
Закрытое резание
60…90	2,05/1,83	2,22/1,95	—/2,07	—/2,20	—/—

Примечания: 1. Для пути резания L_рез = 0 a_r= 1,00. 2. В числителе — данные для резания древесины твердых пород, в знаменателе — для резания древесины мягких пород.

 

Таблица 18.5

Поправочный множитель а_t на глубину обработки для продольного пиления круглой пилой:

t, мм 20 30 40 50 60 70 80

a_t 0,84 0,9 0,95 1,0 1,03 1,07 1,11

Таблица 18.6

Поправочный множитель a_d на угол резания резцов (расчет К)

Угол резания d, град	Множитель ad для процессов
пиления ленточной	продольного фре­зерования и пиле­ния круглой пилой*	продольного точения
	—	—	0,93
	—	—	1,00
	—	0,78	—
	—	0,86	1,22
	0,72	1,00	—
	0,85	1,16	2,00
	1,00	1,34	—
	1,20	1,55	—
	1,42	1,80	—
	1,65	2,10	—

* Для поперечного пиления древесины принимают a_d = 1.

При продольно-торцовом резании для уточнения учета угла встречи пользуются данными табл. 18.7.

Таблица 18.7

Поправочный множитель а_d, на угол резания d для продольно-торцового резания (расчет F_x)

Угол встречи jв, град	Множитель аd = Fxd /Fxd=60° для углов резания d, град
	0,80	0,86	1,00	1,13	1,30	1,50	1,70	1,95
	0,79	0,86	1,00	1,15	1,32	1,54	1,76	2.03
	0,77	0,85	1,00	1,17	1,36	1,58	1,85	2,15
	0,75	0,85	1,00	1,20	1,40	1,65	2,00	2,30

Иногда для уточнения удельной работы резания учитывают поправочный множитель на угол скоса лезвия, а для уточнения табличной силы — поправочные множители на углы встречи, скоса и наклона.

Таблица 18.8

Поправочный множитель а_e на угод скоса лезвия (расчет K)

Угол скоса лезвия e, град 0 10 20 30

Множитель а_e для процессов:

продольного точения 1,0 1,04 1,08 1,14

строгания шпона 1,0 1,2 1,35 —

Таблица 18.9

Поправочные множители на углы встречи, скоса и наклона (расчет F_x)

j_в, град....................... 0; 180 15; 165 30; 150 45; 135 60; 120 75; 105 90

a_jв................................... 1,0 1,35 1,65 1,94 2,18 2,41 2,59

j_с, град........................... 0 15 30 45 60 75 90

a_jc.................................. 1,00 0,96 0,88 0,75 0,62 0,54 0,50

j_н, град........................... 0 15 30 45 60 75 90

a_jн.................................. 1.00 1,40 2,00 2,95 4,00 4,90 6,35

Таблица 18.10

Поправочный множитель а_v на скорость резания (расчет К)

Скорость резания v, м/с	аv для процессов	Скорость резания v, м/с	аv для процессов
пиления круглой пилой продольного	фрезерования цилиндрического продольного	пиления круглой пилой продольного	фрезерования цилиндрического продольного
	1,07	1,10		1,06	1,17
	1,08	1,04		1,16	1,25
	1,00	1,00		1,23	1,33
	0,98	1,00		1,34	1,42
	1,02	1,06	—	—	—

При уточнении силы резания можно использовать данные табл. 18.11.

Таблица 18.11

Поправочный множитель a_v (расчет F_x)

Скорость резания v_e, м/с 20 30 40 50 60

Поправочный множитель a_v=F_xv /F_xv=40 1,10/1,07 1,04/1,08 1,00 1,00/0,98 1,06/1,02

Скорость резания v_e, м/с 70 80 90 100

Поправочный множитель a_v=F_xv /F_xv=40 1,17/1,06 1,25/1,16 1,33/1,23 1,42/1,34

Примечание. В числителе — данные для открытого резания, в знаменателе — для закрытого резания.

Множитель для перехода от касательной силы к нормальной может быть выбран по табл. 18.12

Таблица 18.12

Переходный множитель m от касательной к нормальной силе резания

Резцы	Множитель m для процессов
пиления рамными и продольного круглыми пилами при Sz, мм	пиления ленточ­ными пилами при Sz, мм	пиления круглы­ми пилами попе­речного при Sz, мм	Фрезерования цилиндрического продольного при aср, мм
0,2	0,6		0,04—0,33	0,05—0,2	0,1	0,3	0,5
Острые	0,25	–0,11	–0,16	0,25—0,3	0,4	–0,13	–0,22	–0,25
Средней остроты	0,5	0,0	–0,06	—	0,6	0,35	0,09	0,01
Тупые	0,74	0,19	0,07	0,6—0,7	1,0	0,77	0,34	0,24

 

Основная цель расчета скорости подачи по мощности резания — определить скорость подачи, при которой наиболее полно используется станок (установленная мощность привода механизма резания P_{прив р.}).

При определении скорости подачи v_s по мощности резания P_p (P_p = P_прив.рh, где h — коэффициент полезного действия механизма резания станка) объемная формула мощности не может быть использована непосредственно, т. к. предварительно необходимо найти удельную работу К, но для ее выбора по таблице нужно заранее знать среднюю толщину срезаемого слоя, вычисляемую через скорость подачи v_s, еще неизвестную. В объемную формулу мощности (18.1) вместо скорости подачи подставляют ее выражение через а_ср, например:

v_s = a_срzn/(1000sinj_ср). (18.4)

Затем переносят неизвестные величины (табличное значение удельной работы K_т и средняя толщина а_ср) в левую часть равенства

, (18.5)

где а_попр — общий поправочный множитель к табличному значению удельной работы резания К_т;

S — площадь поперечного сечения удаляемой части древесины, мм²;

z — число резцов;

n — частота вращения инструмента, мин^-1.

По произведению К_та_ср с помощью таблиц зависимости F_xт от а_ср находим соответствующую ему величину а_ср а по ней — скорость подачи v_s. Зависимости F_xт от а_ср для отдельных процессов резания приведены в разделе II.

Примеры расчетов

Пример 1. Определить мощность и силы резания при продольном раскрое заготовок ленточной пилой. Условия расчета: заготовки березовые толщиной 100 мм, влажностью 25%; станок — диаметр шкивов D_ш = 1000 мм, частота вращения шкивов 720 мин^-1; ленточная пила толщиной B = 1мм, угол резания зубьев d = 60°, развод зубьев на сторону b₁ = 0,4 мм, шаг зубьев t_з = 30 мм, продолжительность работы пилы после заточки Т = 120 мин, скорость подачи v_s = 10м/мин.

Решение.I. Мощность P_p рассчитываем по объемной формуле

P_p = K_та_попрB_прtv_s/60. (18.6)

По условию известны t и v_s. Требуется определить К_т, а_попр, B_пр. Величину К выбираем по табл. 8.5 в зависимости от а_ср и t; t = 100 мм; S_z вычисляем из известной по условию v_s, определив скорость v:

м/c;

мм.

Ширина пропила B_пр = b + 2b₁ = 1 + 2×0,4 = 1,8 мм;

а_ср = a= (B_пр/B)S_z = 0,13(1,8/1) = 0,234 мм.

По табл. 8.5 имеем: при t = 100 мм К_т = 82 для a_ср = 0,25. Чтобы определить значение K_т для а_ср = 0,234, производим следующее вычисление: увеличение S_z на 0,050 мм (с 0,20 до 0,25) приводит к уменьшению K_т на 12 Дж/см³ (с 82 до 70), следовательно, увеличение а_ср на 0,034 мм приводит к уменьшению K_т = 8,16 Дж/см³ (12,0:0,050×0,034 = 8,16). Тогда K_т для а_ср = 0,234 равно 73,84 Дж/см³ (82 – 8,16 = 73,84); аналогично поступаем во всех случаях, когда заданный параметр, в данном случае а_ср, попадает в промежуток между табличными значениями.

Выбор поправочных множителей: для пиления ленточной пилой а_попр = а_па_wа_rа_d; а_п = 1,25 по табл. 11.3 для березы; а_w = 1,05 по табл. 12.1 для W = 25%; a_r = 1,4 по табл. 13.1 для Т = 120 мин; a_d = 0,72 по табл. 18.6 для d = 60°. Отсюда а_попр = а_па_wа_rа_d = 1,25×1,05×1,4×0,72 = 1,33.

P_p = K_та_попрB_прtv_s/60 = 73,84×1,33×1,8×100×10/60 = 2946 Вт.

II. Расчет сил резания. Касательная цикловая сила на пиле F_xц = P_p/v = 2946/37,7 = 78,14 Н. Нормальная цикловая сила F_zц = mF_xц = 0,6×78,14 = 46,89 Н, где m = 0,6 для затупленных зубьев по табл. 18.12.

Касательная сила на зубе F_x = F_xц/z_пр = 78,14/3,3 = 23,68 Н, где z_пр = t/t_з = 100/30 = 3,3. Нормальная сила на зубе F_z = mF_x = 0,6×23,68 = 14,21 Н.

Пример 2. Определить наибольшую скорость подачи при фрезеровании на рейсмусовом станке по мощности резания и качеству обработанной поверхности.

Условия расчета: станок — мощность привода P_{прив. рез} = 5500 Вт, КПД механизма резания h = 0,94; ножевой вал — диаметр D = 103 мм, частота вращения n = 5640 мин^-1 (скорость резания v = 30,4 м/с); ножи средней остроты (Т = 120 мин), число ножей z = 2, угол резания d = 60°, обрабатывемый материал — сосна влажностью W = 10%, ширина обработки b = 250 мм, глубина фрезерования t = 3 мм, требуемая шероховатость обработанной поверхности R_{m max} = 60 мкм, угол подачи j_п = 0°.

Решение. I. Расчет скорости подачи по мощности привода механизма резания. Исходные формулы:

P_pез = K_та_попрB_прtv_s/60; P_p = P_{прив. рез}h;

v_s = S_zzn/1000 = a_срzn/(1000sinj_ср). (18.7)

Расчетная формула

. (18.8)

Для определения F_xт необходимо вычислить а_попр. Для фрезерования а_попр = а_па_wа_rа_dа_v, находим а_п = 1 для сосны; а_w = 1 для влажности W = 10%; а_r = 1 для Т = 120 мин; а_d = 1 для d = 60°; а_v = 1,04 для v = 30,4 м/с; отсюда а_попр = 1×1×1,3×1×1,04 = 1,35.

Средний угол , где R = D/2.

Н/мм.

Угол встречи j_в = j_ср + j_п = 9,83 + 0 = 9,83°.

По табл. 21 для j_в = 9,83° и F_xт = 4,64 Н/мм а_ср » 0,3 мм.

Скорость подачи по мощности привода механизма резания

v_{sP max} = a_срzn/(1000sinj_ср) = 0,3×2×5640/(1000×0,17) = 19,9 м/мин.

II. Расчет скорости подачи по заданной шероховатости обработанной поверхности v_sR: по номограмме для j_в = 9,83° (рис. 9.3, фрезерование) шероховатость R_{m max} = 60 мкм обеспечивается при S_z = 0,75 мм (не более). Отсюда v_{sR max} = S_zzn/1000 = 0,75×2×5640/1000 = 8,46 м/мин.

III. Рекомендуется к назначению меньшее из значений v_{sR max} и v_{sP max}, а именно 8,46 м/мин.

Проверка. Рекомендуемая скорость подачи соответствует кинематическим возможностям станка v_smin = 8 м/мин, v_smax = 24 м/мин (для рейсмусового станка СРЗ-6).

 

Глава 19. Оптимизация процессов резания

В деревообработке интенсивное освоение методов оптимизации началось во второй половине прошедшего столетия. Это было вызвано настоятельной необходимостью экономии сырья при раскрое древесины и листовых древесных материалов. Совершенствование использованных методов привело к тому, что в настоящее время многие серийные компьютеризированные станки и автоматические линии работают на основе оптимизационных программ.

Конкуренция обусловливает разработку новых технологий, применение разнообразных материалов, поэтому деревообрабатывающее оборудование и инструмент становятся все более многофункциональными и сложными, оператор часто уже не в состоянии решать все текущие задачи управления и контроля с требуемой быстротой. Альтернативы использованию в деревообрабатывающих станках компьютерных систем не существует. Разнообразие процессов станочного резания, видов режущего инструмента и свойств обрабатываемых материалов неизбежно приведут к тому, что и задача назначения режима обработки будет решаться компьютером.

Программы оптимизации режимов резания в современном оборудовании пока не используются. Однако, высокая стоимость оборудования, инструмента и сырья все чаще требуют решения задач оптимизации резания с целью снижения производственных затрат, обеспечения качества и современный инженер обязан владеть методами решения таких задач. Не стоит также забывать уроков пренебрежительного отношения к компьютерной технике: ведь и по сей день в России нет учебных заведений, кроме Московского государственного университета леса, где можно научиться работать на деревообрабатывающих станках с ЧПУ. Лучше не дожидаться беспечно того времени, когда по доброй отечественной традиции в авральном порядке придется искать место, куда посылать учиться инженеров и операторов по причине усложнения программного обеспечения дорогостоящего оборудования за счет дополнительных возможностей оптимизации режимов резания. Надо понимать, что подобные программы оптимизации режимов резания не всегда могут учесть специфику новых технологических задач, видов инструмента, обрабатываемых материалов. Поэтому оптимизацией процессов резания инженерам деревообрабатывающих предприятий заниматься уже приходится и придется еще более впредь по мере ужесточения конкурентной борьбы.

Под оптимизацией понимают нахождение наилучшего решения. Методы оптимизации разнообразны и среди них заранее невозможно точно выбрать наилучший для решения конкретной задачи, тем более такой сложной, как задача оптимизации процесса резания. Поэтому ценное значение имеет опыт решения подобных задач.

Очень важно различать два этапа оптимизации: постановка задачи и ее решение. Первый имеет творческий характер и решающее значение, некоторые исследователи даже называют его искусством. На этом этапе определяется критерий оптимизации – оценочный показатель, значение которого следует максимизировать или минимизировать. При многокритериальной оптимизации таких критериев может быть несколько. С учетом критерия оптимизации разрабатывается оптимизационная модель процесса, в состав которой входят целевая функция, по которой определяется количественное значение критерия оптимизация, и ограничения, обусловленные физической сущностью моделируемого процесса. Целевая функция и ограничения формируются с помощью набора переменных задачи оптимизации, то есть тех параметров процесса, которые принимаются во внимание как существенно влияющие на критерий оптимизации. Ограничения на значения переменных задачи оптимизации называют тривиальными. Рекомендаций по выбору числа переменных, вида целевой функции и ограничений не существует, это процесс творческий, так что исследователь исходит из собственного опыта и представлений об исследуемом процессе, использует рациональные способы математического моделирования, результаты экспериментальных исследований.

Второй этап реализуется аналитически, если это возможно, или машинными методами.

Ограниченный объем данной главы не позволяет детально описать разнообразные методы оптимизации. В качестве примера мы рассмотрим модель оптимизации процесса резания древесины и древесных материалов, работоспособность которой подтверждена практическими результатами исследований, проводившимися под руководством авторов на кафедре станков и инструментов Московского государственного университета леса.

За основу была принята оптимизационная модель традиционной структуры:

Z₁(X) ® min, (19.1)

F_к(Х) < [ F_к], к = 1,..,К, (19.2)

P_м.р.(Х) < P_м.р.max, (19.3)

P_м.п.(Х) < P_м.п.max, (19.4)

П(Х) > П_min, (19.5)

X = (Х₁,...X_i,...,X_I), i = 1,.,I, (19.6)

X_imin < X_i < X_imax, (19.7)

где: Z₁ - затраты на обработку 1 погонного метра (п.м) обрабатываемого материала;

F_k(X) и [F_k] - фактическое и максимально допустимое значение к-го показателя погрешности обработки;

P_м.р.(Х) и Р_м.р.max - фактическая и максимально-допустимая мощность резания;

Р_м.п.(Х) и Р_м.п.max - фактическая и максимально-допустимая мощность подачи;

П(Х) и П_min - фактическая и минимально-допустимая производительность;

Х - вектор переменных задачи ( параметры процесса резания);

Х_imin, X_imax - минимальное и максимальное значения i-го параметра процесса резания;

К - число учитываемых погрешностей обработки резанием;

I - число исследуемых параметров процесса обработки резанием.

Разработанная нами оптимизационная модель отличается структурно от приведенной выше (19.1)...(19.7) отсутствием ограничений (19.2). Формулировка ограничений (19.2) в виде неравенств является достаточно грубой. Каждый из К учитываемых показателей качества является случайной величиной, характеризуемой в пределах партии или даже одной детали средним арифметическим и некоторым полем рассеивания, оцениваемым обычно, в тройную величину среднеквадратического отклонения в каждую сторону (± 3s). Поэтому даже безусловное выполнение неравенств (19.2) для среднеарифметических значений F_k(X) допускает до 50% брака по каждому и, следовательно, еще больший процент по всей совокупности принятых показателей качества. Учет вероятности выполнения задания по каждому из выбранных показателей качества в целевой функции решает проблему, делает решение задачи оптимизации строгим и подробно рассматривается ниже.

Затраты на обработку 1п.м обрабатываемого материала

Z₁ = Z_пост + Z_пер, (19.8)

где Z_пост - постоянная составляющая (затраты на вспомогательные операции), не зависящая от режима обработки, р/п.м;

Z_пер- переменная составляющая, зависящая от режима обработки, р/п.м

Z_пост = t_в(ε’g_о + K_cr_c + a_о + b_э), (19.9)

где t_в - время на вспомогательные операции при обработке 1 п.м материала, с/м;

ε’ - коэффициент, учитывающий долю времени холостого хода станка от общего времени на вспомогательные операции;

К_с - число рабочих станочников, чел;

r_c - зарплата рабочего-станочника, р/с;

a_о - амортизационные отчисления, р/с;

b_э - эксплуатационные расходы на техническое обслуживание и ремонт станка, р/с;

g_о - затраты на электроэнергию при холостом ходе, р/с;

Z_пер = Z_о + Z_и + Z_бр, (19.10)

где Z_о - затраты на основные операции, р/м;

Z_и – затраты, связанные с износом и расходом режущего инструмента, р/м;

Z_бр - затраты на устранение брака, р/м;

Вероятность появления брака при обработке составляет

1 - Р_пар(Х), (19.11)

где Р_пар(Х) - вероятность выполнения задания по всем К принятым показателям качества. Разумно считать, что бракованные детали будут повторно обработаны (например, на меньший требуемый размер другой партии изделий), то есть брак имеет исправимый характер. В этом случае

Z_бр = (Z_o + Z_и)(1 — Р_пар(Х)). (19.12)

С учетом (19.12) формула (19.10) принимает вид

Z_пер = (Z_o + Z_и)(2 — Р_пар(Х)). (19.13)

Общее время обработки 1 п.м ЦСП, т.е. время на основные операции, складывается из времени рабочего хода (резания) t_р (с/м) и времени холостого хода (с момента выхода инструмента из тела предыдущей заготовки до момента входа в тело последующей) t_x (с/м),

t_осн = t_p + t_х, (19.14)

тогда

Z_o = t_p(g + К_сr_с + К_пr_п + a_o + b_э) + t_x(g_o + К_сr_с + К_пr_п + a_o + b_э), (19.15)

где g - затраты на электроэнергию при рабочем ходе резания, р/с;

r_п - зарплата подсобного рабочего, р/с;

К_п - число подсобных рабочих, чел.

Обозначим через e отношение

e = L_x/L_p = t_x/t_p, (19.16)

где L_p - перемещение инструмента относительно заготовки во время рабочего хода, м;

L_x - то же во время холостого хода, м.

Заметим, что левая часть (19.16) справедлива при одинаковых скоростях относительного перемещения инструмента и заготовки во время рабочего и холостого ходов. В любом случае из (19.16):

t_x = et_p. (19.17)

С учетом (19.17) выражение (19.15) принимает вид:

Z_o = t_p [(K_cr_c + K_пr_п + a_o + b_э)(1 + e) + g + eg_o]. (19.18)

Затраты на инструмент при обработке 1 п.м материала

Z_и = Z_т/N_т, (19.19)

где Z_т - затраты за период стойкости инструмента Т_ст, связанные с его приобретением и изнашиванием, р;

N_т - число п.м материала, обработанных резанием за время Т_ст.

Z_т = t_p(e_нg_о + K_cr_c + a_о + b_э) + t_нK_нr_н + MZ_м/(i₃ + 1) + MZ_з, (19.20)

где t_p - время простоя станка при смене и подналадке инструмента, с;

t_н - время, затрачиваемое наладчиком на смену и переналадку инструмента, с; обычно

t_p = t_н, (19.21)

e_н - коэффициент, учитывающий долю времени холостого хода станка от времени его простоя при смене и переналадке инструмента;

r_н - зарплата наладчика, р/с;

К_н - число наладчиков, чел;

Z_м - затраты на приобретение единицы нового инструмента, р.;

М - число инструментов на станке, шт.;

i₃ -число переточек, допускаемое конструкцией инструмента;

Z₃ - затраты на переточку единицы инструмента с учетом накладных расходов заточного отделения, р;

Поскольку обычно инструмент меняется и подналаживается станочником в рабочее время, то можно принять

К_н = 0, (19.22)

с учетом чего (19.20) упрощается:

Z_т = t_p(e_нg_о + K_cr_c + a_о + b_э) + MZ_м/(i₃ + 1) + MZ_з. (19.23)

Количество погонных метров материала N_т, обработанных за время Т_ст между соседними переточками, можно определить как отношение фактического пути резания L_ф за период Т_ст к фактическому пути резания при обработке 1п.м материала:

N_т = L_ф/ L_ф1. (19.24)

Фактический путь резания, м , при обработке 1 п.м материала составит:

L_ф1= lnt_р/60000, (19.25)

где l - длина дуги резания резца, мм;

n - частота вращения инструмента, мин^-1.

Время рабочего хода t_p при обработке 1 п.м материала

t_p = 60/V_s = 60000/(S_zzn), (19.26)

где: V_s - скорость движения подачи, м/мин;

S_z - подача на резец, мм;

z - число резцов инструмента, шт.

Тогда с учетом (19.26) формула (19.25) принимает вид:

L_ф1 = l /(S_zz). (19.27)

Длина дуги резания l определяется соответствующим образом для каждого конкретного вида станочной обработки.

Выражение (19.24) с использованием (19.27) преобразуется:

N_т = L_фS_zz/l. (19.28)

С учетом (19.28) и (19.23) формула (19.19) принимает вид:

Z_и = (19.29)

Учитывая (19.26), выражение (19.18) также преобразуется:

Z_о= (19.30)

C учетом (19.29) и (19.30) из (19.13) имеем:

Z_пер= (2-Р_пар(Х))×[

] . (19.31)

Ряд величин, входящих в формулу (19.31) может быть выражен через параметры режима обработки.

Затраты на электроэнергию g (р/с) при рабочем ходе зависят от стоимости электроэнергии и потребляемых приводами механизмов резания и подачи мощностей.

g = (P_pp+Р_пр), (19.32)

где Z_э - стоимость электроэнергии, р/кВтч;

Р_рр и Р_пр - мощности, потребляемые при рабочем ходе приводами механизмов резания и подачи соответственно, Вт.

Мощность Р_рр, потребляемая раздельными приводами механизма резания при рабочем ходе

Р_рр =, (19.33)

где F_хц - цикловая касательная силы резания, Н;

V - скорость резания, м/с;

h_р - коэффициент полезного действия механизма резания;

Р_рх1 - мощность, потребляемая одним приводом механизма резания на холостом ходу, Вт;

n - частота вращения режущего инструмента, мин^-1;

D - диаметр резания, мм.

Если n - варьируемый фактор, то

Р_рх1 = Р_ро , (19.34)

где: Р_ро - установленная мощность привода механизма резания при n = n_o, Вт;

n_o - основной уровень варьирования частоты вращения, мин^-1;

К_хр - коэффициент пропорциональности, отношение мощности холостого хода механизма резания к установленной для n_o;

К_хр = Р_рх1/ Р_ро (19.35)

для n = n_o.

Цикловая и средняя F_xc на дуге резания касательные силы связаны соотношением:

F_хц = F_xcZ_p, (19.36)

где Z_p - количество резцов, одновременно участвующих в резании, шт,

Z_p = , (19.37)

отсюда

F_хц = F_хс. (19.38)

Средняя на дуге резания касательная сила резания связана с удельной касательной силой резания F_x (Н/мм²) соотношением

F_xc = F_x a_cp b, (19.39)

где а_ср - средняя толщина срезаемого слоя, мм;

b - ширина срезаемого слоя, мм.

Из (19.38) с учетом (19.39) получим:

F_хц = F_x . (19.40)

Теперь из (19.33) с учетом (19.34) и (19.40) следует:

Р_рр = . (19.41)

По аналогии с (19.40) цикловая нормальная сила резания F_zц (Н) связана с удельной нормальной силой резания F_z (Н/мм²) соотношением

F_zц = F_z. (19.42)

Мощность, потребляемую при рабочем ходе приводом механизма подачи, можно определить

Р_пр = [ M (+) + F_тр.с + F_тр.к + ] , (19.43)

гдеи- проекции касательной и нормальной цикловых сил резания на направление подачи, Н;

F_тр.с и F_тр.к - силы трения скольжения и качения в механизме подачи, Н;

h_п - коэффициент полезного действия механизма подачи;

Р_по - установленная мощность привода подачи при V_s=V_so, Вт;

V_so - основной уровень варьирования скорости подачи, м/мин;

K_xп - коэффициент пропорциональности, отношение мощности холостого хода механизма подачи к установленной для V_so;

K_xn = P_nx / P_no (19.44)

для V_s = V_so,

где P_пx - мощность, потребляемая механизмом подачи на холостом ходу, Вт.

Составляющие формулы (19.43) и, F_тр.с и F_тр.к определяются для конкретной функциональной схемы обработки. С учетом (19.41) и (19.43) формула (19.32) принимает вид:

(19.45)

Затраты на электроэнергию при холостом ходе g_о (р/с)

g_о= ( Р_рх + Р_пx) , (19.46)

где Р_рх - мощность, потребляемая приводами механизма резания на холостом ходу, Вт.

М приводов механизма резания на холостом ходу потребляют с учетом (19.34) и (19.35)

Р_рх = М Р_рх1 = М Р_по . (19.47)

Мощность, потребляемая на холостом ходу приводом механизма подачи с учетом (19.43) и (19.44)

Р_пх = Р_по . (19.48)

С учетом (19.47) и (19.48) формула (19.46) примет вид:

g_о =. (19.49)

Эксплуатационные расходы b_э (р/с) на техническое обслуживание и ремонт станка растут при повышении интенсивности эксплуатации, то есть с увеличением скорости подачи

b_э = b_эо, (19.50)

где b_эо - эксплуатационные расходы при работе оборудования со скоростью подачи, соответствующей основному уровню варьирования, р/с;

К_эк - коэффициент, учитывающий степень влияния скорости подачи на эксплуатационные расходы.

Заработная плата рабочего-станочника r_с (р/с) зависит от производительности труда и связана со скоростью подачи

r_с = r_со , (19.51)

где r_со - заработная плата рабочего-станочника при работе со скоростью подачи, соответствующей основному уровню варьирования, р/с;

К_эс - коэффициент, учитывающий степень влияния скорости подачи на заработную плату рабочего-станочника.

Аналогично заработная плата подсобного рабочего г_п (р/с)

r_п = r_по , (19.52)

где r_по - заработная плата подсобного рабочего при работе со скоростью подачи, соответствующей основному уровню варьирования, р/с;

К_эп - коэффициент, учитывающий степень влияния скорости подачи на заработную плату подсобного рабочего.

При определении числа переточек i_з, допускаемого конструкцией инструмента, примем метод заточки резцов по задней и передней граням (рис. 19.1, а).

Если по передней и задней граням при заточке снимается одинаковый слой материала, что обусловлено малостью угла j, то

m_з = m_п = m₁, (19.53)

где m_з и m_п - припуск на одну переточку по задней и передней граням соответственно, мкм.

При этом теоретическая величина припуска определяется в виде

m = A_м sin(b/2), (19.54)

где A_м - величина износа резца по биссектрисе, мкм;

b - угол заострения (заточки) резца, град. Точнее и удобнее измерять величину износа по задней грани А_з (мкм), чем меньшую величину износа по передней грани А_п (мкм). Установим связь между А_м и А_{з .}

КО = А_м cos(b/2) . (19.55)

Пренебрегая малой величиной СС₁, имеем

КВ @ l_з , (19.56)

где l_з - величина фаски по задней грани резца, мкм.

Тогда

КО = А_м cos(b/2) @ A_з - l_з , (19.57)

откуда

А_м @ (А_з - l_з)/cos(b/2) . (19.58)

Заменив это приближенное равенство на строгое, из (19.54) получим

m = (А_з - l_з)tg(b/2) . (19.59)

Если геометрия резца допускает стачивание слоя h_max (мкм) за период эксплуатации, то допускаемое число переточек

i_з = . (19.60)

Затраты на одну переточку Z_з (р) с учетом накладных расходов заточного отделения

Z_з = Z_н + Z_1п m/m_o , (19.61)

где Z_з - стоимость установки, настройки и снятия инструмента при заточке с учетом накладных расходов заточного отделения, р;

Z_1п - стоимость переточки за один проход при снятии с поверхностей передней и задней граней резца слоя толщиной m_o, р;

m_o - толщина слоя, снимаемого за один проход при переточке, мкм.

С учетом (19.59) формула (19.61) примет вид:

Z_з = Z_н + Z_1п, (19.62)

В ряде случаев невозможно затачивать резцы и по передней и по задней граням. Например, это имеет место при подготовке к работе сверлильного инструмента, где переточка может осуществляться лишь по задней грани резцов.

В этом случае существуют несколько подходов к формированию геометрии заточенного резца (рис. 19.1, б).

При стачивании слоя толщиной m₁ не ликвидируется закругление вершины резца и фаски по передней грани. Величина m₁ определяется по формуле (19.62).

Для полного устранения закругления вершины резца и фаски по передней грани необходимо стачивать слой толщиной m_з. Из DОК₂К₃ нетрудно видеть, что m_з >> m₁. Очевидно, что такая стратегия переточки значительно сократит срок службы инструмента, а также повысит стоимость и время переточки. Стачивание по задней грани слоя толщиной m₂ позволяет устранить закругление вершины резца и уменьшает величину фаски по передней грани. Принимая такой подход к стратегии переточки, имеем

m = m₂ = (А_з + l_з)tg(b/2) + r, (19.63)

где r - радиус закругления вершины резца, мкм.

В этом случае допускаемое число переточек

i_з = , (19.64)

а затраты на одну переточку с учетом накладных расходов заточного отделения

Z_з = Z_н + Z_1п . (19.65)

В общем случае вероятность выполнения задания по к-му показателю качества в момент времени t определяется по формуле

, (19.66)

где j(F_к) - плотность распределения к-го показателя в момент времени t;

F_нк, F_вк - соответственно нижнее и верхнее предельные значения контролируемого показателя.

Контролируемые показатели качества распределены по нормальному закону, поэтому

j(F) = , (19.67)

где ,- соответственно среднее значение и среднее квадратичное отклонение контролируемого параметра.

Для показателя с двусторонними границами

P(F_нкF_кF_вк) = P_к(t) = Ф Ф, (19.68)

где: Ф(Z) = - функция нормального распределения.

Для показателя с односторонней границей

P_к(t) = P(F_к F_нк) = Ф (19.69)

или

P_к(t) = P(F_к F_вк) = Ф . (19.70)

Если известны или определены по результатам анализа процесса резания функции смещения центра группирования значений показателей m_к(Х) и изменения мгновенной погрешности, определяемой через среднее квадратическое отклонение s_к(Х), то вероятность выполнения заданияой по всем К принятым показателям качества обработки

, (19.71)

где к = 1,...,q - индексы показателей качества с двусторонними границами;

к = q+1,...,К - индексы показателей качества с односторонними границами.

Теперь с учетом (19.71), (19.45), (19.49), (19.10), (19.11), (19.12), (19.23), (19.25) и (19.30) переменные затраты на обработку 1 п.м ЦСП Z_пер (р./п.м) определяются в виде:

где m - определяется по (19.59) или (19.63) в зависимости от способа заточки.

В формуле (19.72) для каждого процесса сложного резания необходимо уточнить связь ряда величин с варьируемыми факторами конкретного вида обработки. К числу таких величин относятся: m_к(х), s_к(х), F_x, а_ср, l, А_з, l₃, F_хц^Vs, F_zц^Vs, F_трс, F_трк, m. Кроме того, для каждого процесса сложного резания необходимо определить значения констант: F_вк, F_нк, z, n_o, e, K_c, r_со, К_эс, К_п, r_о, К_эп, a_o, b_эо, К_эк, Z_э, М, h_р, b_эо, P_po, K_xp, h_п, P_по, K_xп, V_so, t_п, e_н, Z_м, h_max, b, Z_н, Z_1п, m_o. После этого целевая функция (19.72) в явном виде готова для численного решения задачи.

Традиционно система ограничений оптимизационной модели (19.2) в общем виде включает ограничения на отклонение от номинального размера по длине

D_L(X) < [D_L], (19.73)

номинального размера по ширине

Dв(X) < [Dв], (19.74)

номинального диаметра

D_D(X) < [D_D], (19.75)

номинального межосевого расстояния

D_ос(X) < [D_ос], (19.76)

параллельности кромок и пластей деталей

D_II(X) < [D_II], (19.77)

перпендикулярности кромок и пластей деталей

D_^(X) < [D_^], (19.78)

прямолинейности кромок и пластей деталей

D_I(X) < [D_I], (19.79)

а также ограничение по величине сколов на кромках и пластях деталей

h(X) < [ h ]. (19.80)

В нашей модели эти требования к качеству учтены, как показано выше, в целевой функции.

Ограничение по мощности резания (19.3) с учетом (19.41) примет вид

. (19.81)

Ограничение по мощности подачи (19.4) с учетом (19.43) примет вид

. (19.82)

Ограничение по производительности (19.5) обычно сводится к

, (19.83)

где V_{s min} - минимально допустимая скорость подачи, м/мин.

Тривиальные ограничения (19.7) принимают вид:

L_фmin £ L_ф £ L_фmax , (19.84)

где L_фmin и L_фmax - минимально и максимально допустимые значения пути резания, м;

S_zmin £ S_z £ S_zmax , (19.85)

где S_zmin и S_zmax - минимально и максимально допустимые значения подачи на резец, мм;

n_min £ n £ n_max , (19.86)

где n_min и n_max - минимально и максимально допустимые значения частоты вращения, мин^-1 и т.д.

Конкретный набор и явный вид ограничений вместе с соответствующими константами определяются для каждого процесса сложного резания.

Не подвергая сомнению преимущества метода оптимизации, повторим, что режимы обработки можно рассчитать по традиционной методике теории резания, которая основана на использовании понятий единичной F₁ (H/мм), удельной F_уд (Н/мм²) силы резания или удельной работы резания К (Дж/см³), при этом имеется возможность расчета силовых и мощностных показателей при любых параметрах режима резания, но не принимаются во внимание затраты на обработку.

Сделаем некоторые выводы.

Оптимизировать процесс обработки резанием с учетом большого количества переменных факторов возможно только в рамках единой технологической системы (ТС), состоящей из следующих подсистем и элементов: заготовки, режущего инструмента, режимов обработки, технологического оборудования, операторов, средств контроля и измерения.

Надежность операций механической обработки резанием зависит от стабильности технологического процесса и надежности технологического оборудования. Многообразие применяемого для обработки резанием оборудования затрудняет решение общей задачи оптимизации процесса резания. По вопросам оценки надежности технологического оборудования имеются разработки, которые могут быть применены при решении конкретных задач. Для части ТС, которая включает заготовку, режимы обработки и инструмент, можно выделить моменты общие для всех случаев сложного резания. Выбор оптимального режима обработки является основным оперативным средством управления стабильностью функционирования ТС.

Рассмотренная оптимизационная модель учитывает вероятностный характер протекания процесса резания. Целевая функция оптимизационной модели реализует критерий минимума затрат и учитывает качество обработки, которое увязано с вероятностью выполнения задания технологической системой. Учет качества обработки в целевой функции позволяет уменьшить число ограничений оптимизационной модели и избежать существенных неточностей детерминированных моделей, возникающих из-за учета в ограничениях только средних значений показателей качества.

Рассмотренная оптимизационная модель позволяет определить оптимальные параметры режима обработки; оценить объем брака при обработке и выбрать заранее метод его устранения; решить задачу оптимизации при различных требованиях к качеству обработки, соответствующих уровню конкретного производства; определить наилучшие параметры инструмента, выбрать инструментальный материал, периодичность, стратегию и параметры заточки.

Оптимизационная модель может быть реализована для любого вида механической обработки резанием древесных материалов. При этом необходимо установить зависимости геометрических характеристик срезаемого слоя, силовых и качественных показателей процесса резания от исследуемых параметров.

Оптимизационная модель допускает любое необходимое увеличение числа показателей качества обработки и исследуемых параметров в случае необходимости уточнения решения. Поскольку решение оптимизационных задач сложных процессов резания существующими методами при задаваемой достаточно высокой точности результата не требует значительного машинного времени, то становится возможным проводить обширные исследования на рассмотренной и новых разработанных моделях.

Раздел III. Подготовка и эксплуатация дереворежущего инструмента

Глава 20. Общие сведения о производстве, подготовке к работе и эксплуатации дереворежущего инструмента

В главе 7 приведена классификация станочного дереворежущего инструмента (табл. 7.1). Современное производство дереворежущего инструмента представляет комплекс разнообразных технологических процессов изготовления и подготовки к работе его корпусов, полотен, дисков, крепежных и режущих элементов, их покраски, покрытия, соединения, испытаний, контроля качества, маркировки и упаковки.

Подготовка к работе нового или бывшего в эксплуатации режущего инструмента представляет комплекс технологических процессов, обеспечива­ющих достижение установленных рабочих параметров инструмента при минимальных трудозатратах. Состав процессов подготовки к работе режущего инструмента определяется его конструкцией, условиями работы и включает операции снятия со станка, разборки, очистки, ремонта, заточки, балансирования, уравновешивания, правки, выверки, сборки, установки в станок и т. д.

Сведения о составе технических средств (оборудовании, приспособ­лениях, контрольно-измерительных инструментах) и режимах выполнения операций подготовки дереворежущего инструмента к работе содержатся в регламентированных технологических режимах. Кроме того, на предпри­ятиях должны быть разработаны описания и инструкции по эксплуатации всех технических средств подготовки режущего инструмента.

В понятие эксплуатация инструмента входят обеспечение инструментом рабочих мест (своевременное приобретение, поддержание фондов инструмента, доставка на производственные участки и возврат в инструментально-раздаточную кладовую и др.) и технический надзор за его эксплуатацией. Технический надзор заключается в систематическом контроле качества подготовки режущего инструмента, выявлении и устранении причин чрезмерного износа инструмента, внедрении экономически выгодной системы смены режущего инструмента. Важным разделом технического надзора является контроль правильности эксплуатации и режимов работы инструмента на рабочих местах. Режимы работы дереворежущего инструмента должны соответствовать руководящим техническим материалам (РТМ) и технологическим режимам.

 

Главa 21. Инструментальные материалы и их термическая обработка

Твердость материала является важнейшим показателем его свойств. В дереворежущих инструментах она характеризуется числом твердости по методу Роквелла… Для изготовления современного станочного дереворежущего инструмента применяют… Углеродистые инструментальные стали представляют собой сплав железа с углеродом. Температура фазовых превращений…

Глава 22. Подготовка пил

Подготовка пил к работе заключается в подготовке полотен, зубьев, установке пил в станок и ремонте пил. Операции подготовки зубчатых венцов пил различной конструкции практически одни и те же.

Подготовка рамных пил. Подготовка рамных пил состоит из следующих операций: выявления и правки дефектов формы полотна; контроля напряженного состояния полотна; вальцевания; заключительного контроля плоскостности и напряженного состояния полотна пилы. Дефекты выявляют прикладыванием контрольной линейки к поверхности пилы, уложенной на поверочную плиту. Зазор между линейкой и полотном не должен превышать 0,15 мм. Правка пилы заключается в исправлении местных дефектов полотна: выпучин В, тугих мест Т, слабых мест С, изгиба И (рис. 22.1, а). Дефектные места исправляют ударами проковочного молотка по определенным точкам пилы, уложенной на наковальню.

Напряженное состояние полотна оценивают величиной стрелы прогиба f пилы 3, изогнутой с радиусом R = 1,75 м (рис. 22.1, б). Стрелу прогиба измеряют проверочной линейкой и щупами или специальной линейкой 1 с индикаторами 2 и оценивают средней арифметической величиной двух замеров: при положении пилы вверх сначала одной стороной, а затем другой, допускаемая разность результатов составляет 0,03…0,05 мм. Оптимальная величина прогиба зависит от размеров пилы и лежит в диапазоне от 0,05 до 0,35 мм.

Вальцевание рамных пил — одно из мероприятий повышения жесткости и устойчивости пил в работе. В процессе работы рамная пила нагревается, особенно у зубчатого венца. Режущая кромка удлиняется и под действием сил резания теряет устойчивую плоскую форму. Происходит блуждение пилы в пропиле, который получается волнообразным или криволинейным. Жесткость рамных пил обеспечивается главным образом продольным натяжением их в пильной рамке. Однако, только за счет продольного натяжения не удается обеспечить необходимую жесткость пил ввиду того, что сила натяжения ограничена прочностью захватов и пильной рамки, воспринимающей силы натяжения всех пил постава.

Вальцевание заключается в том, что среднюю часть полотна пилы 6 прокатывают под давлением между двумя вращающимися бочкообразными роликами 7 и 8 (рис. 22.1, в). В месте прохода ролика пила удлиняется и растягивает смежные, невальцованные части полотна. В результате натяжения вальцованной пилы в пильной рамке в крайних частях пилы будут достаточные растягивающие напряжения при относительно небольших растягивающих усилиях (рис. 22.1, д, е). Количество, расположение и порядок нанесения следов вальцевания 1 — 5 показан на рис. 22.1, г.

После окончания вальцевания проводят оценку плоскостности и напряженного состояния пилы так, как описано выше для невальцованных пил. Если обнаружены местные дефекты (отклонение от плоскостности превышает 0,15 мм), производят дополнительную правку. Если напряженное состояние пилы не соответствует нормальному, проводят дополнительное вальцевание.

Ремонт полотен рамных пил состоит в обрезке полотна и приклепке планок.

Установка рамных пил в станок заключается в формировании постава, крепления в продольном и поперечном направлении, натяжении пил, проверке их положения и оценке жесткости пил. Согласно плану раскроя выбирают прокладки, устанавливаемые между пилами. В поперечном направлении крепление пил и прокладок осуществляется струбцинами, которые закрепляют на вертикальных стойках пильной рамки.

Типовое крепление пилы в продольном направлении показано на рис. 22.2, а. Верхний захват пилы приспособлен для ее натяжения. Щечки 1 захвата подводятся под планки 2 пилы. Щечки осью 3 связаны между собой и со стержнем 4, передающим усилие натяжения на поперечину пильной рамки 5. Эксцентрик 6, укрепленный в верхней части стержня, опирается рабочей профилированной поверхностью через подэксцентрик 7 на подушку 8, лежащую на поперечине. Натяжение пилы осуществляется поворотом эксцентрика. Шарнирная связь стержня со щечками обеспечивает установку пилы с требуемым уклоном по упорам: верхнему 9 и нижнему 10.

На пилу со стороны древесины в процессе резания действуют по трем направлениям силы: резания F_x —вверх (при рабочем ходе пилы вниз), отжима F_z — по направлению подачи бревна, боковая F_y, возникающая из-за неодинакового давления на пилу слева и справа. Сила F_y наиболее опасна, т. к. в направлении ее действия пила (тонкая пластина) имеет минимальную жесткость. Для придания жесткости в рабочих условиях пила должна быть натянута. Показателем жесткости ( j, Н/мм) служит отношение боковой силы F_y, Н, к величине вызванного ею прогиба полотна z, мм:

j= F_y /z. (22.1)

Обычно работают пилами, имеющими жесткость 60…80 Н/мм. Такая жесткость достигается натяжением пилы силой N, при которой растягивающие напряжения по поперечному сечению пилы s = 80...120 МПа. В случае приложения силы N по оси полотна (рис. 22.2, б) ее величина равна N_o = sab, где а — ширина, b — толщина пилы, мм. Так, при а = 180 мм, b = 2 мм и s_ср = 100 МПа сила натяжения N =100×10⁶(Па)×180×10^-3(м)×2×10^-3(м) = 36×10³(H).

Однако, со стороны древесины усилия действуют главным образом на зубья пилы. Поэтому рациональнее придавать большую жесткость части пилы, прилегающей к зубьям, за счет перераспределения по ширине полотна напряжений s в сечении пилы. Это достигается путем эксцентричного приложения сил натяжения (рис. 22.2, в) по отношению к оси полотна пилы. Величина смещения линии натяжения е, мм, называется абсолютным эксцентриситетом. Но для пил разной ширины влияние одного и того же эксцентриситета различно. Поэтому для сравнения вводится понятие относительного эксцентриситета i

i = е/а. (22.2)

При внецентренном растяжении напряжения по сечению распределены неравномерно: эпюра имеет форму трапеции, напряжения уменьшаются по линейному закону от s_mах до s_min:

; , (22.3)

где . (22.4)

Натяжения у зубьев s_mах, как и s_ср, всегда растягивающие. Напряжения s_min с увеличением i могут стать равными 0 (при i = 1/6) или при i > 1/6 изменить знак — будут сжимающими.

Если i = 0,25 (по рекомендациям ЦНИИМОДа), то s_mах = s_ср(1 + 6×0,25) = 2,5s_ср; s_min = s_ср(1 – 6×0,25) = –0,5s_ср.

Сравним усилия натяжения при осевом N_о и эксцентричном N_э расположении линии натяжения, если напряжение растяжения у зубьев s_з будут одинаковыми s_з = s = s_mах:

; (22.5)

; (22.6)

. (22.7)

Как видим, при эксцентричном натяжении тот же эффект достигается силой N_э, в 2,5 раза меньшей, чем N_о. Однако, наличие на задней кромке сжимающих напряжений (–0,5s_ср) может вызвать ее поперечные колебания (вибрации), усиленное трение о стенки пропила, нагрев и дальнейшее ослабление жесткости вследствие удлинения от нагрева. Вот почему рекомендуется ограничиваться эксцентриситетом i = 0,1 или немного большим.

Условия натяжения пилы, установленной в рамке с уклоном, значительно ухудшаются. Поэтому уклон желательно придавать пильной рамке в целом (а не пилам) или применять толчковую подачу за рабочий ход, не требующую уклона.

Выверка пил в пильной рамке заключается в проверке уклона, параллельности пил направлению движения подачи и направлению движения рамки. Для контроля жесткости может быть использован жесткомер конструкции ЦНИИМОДа.

Подготовка ленточных пил. Подготовка полотен ленточных пил включает в себя соединение концов ленты сваркой или пайкой, контроль напряженного состояния полотна, правку дефектов формы полотна, вальцевание, заключительный контроль напряженного состояния полотна пилы.

Сварка концов ленты встык состоит из следующих приемов: обрезки и выравнивания концов, сварки, отпуска и зачистки шва. Концы ленты при сварке должны быть обрезаны точно под углом 90° к кромке пилы, тщательно зачищены и обезжирены.

Для соединения концов ленточной пилы методом стыковой сварки применяют специальные агрегаты АСЛП18 или АСЛП23 для пил шириной до 175 и 230 мм соответственно.

Для соединения пайкой необходимы станок для скашивания концов ленточной пилы с фрезой или со шлифовальным кругом, приспособление для снятия фасок вручную напильником, аппарат для пайки ленточных столярных пил ПЛ6; пресс с паяльными брусками, приспособление для зачистки шва после пайки (выпуклая опора с зажимами).

Соединение концов пилы пайкой по сравнению со сваркой — более трудоемкий процесс, дающий менее прочное соединение. Поэтому оно допускается лишь при отсутствии сварочного агрегата.

Пайка концов ленты внахлестку состоит из следующих приемов: разметки шва и обрезки концов, скашивания концов (снятие фасок), зачистки фасок, пайки, закалки, отпуска и опиловки (зачистки) шва. Ширина фасок (шва) должна быть у столярных пил 8—10 мм, у делительных 10—15 мм. Концы лент необходимо скашивать на клин в пределах ширины шва, чтобы при наложении концов толщина шва равнялась толщине пилы. Применяют припои серебряные, латунные и медно-цинковые.

При пайке стык нагревают до расплавления припоя, вложенного между скошенными концами ленты, после чего обжимают специальным устройством для закалки шва. При отпуске место пайки нагревают до коричнево-красного цвета побежалости. Окончательная толщина шва должна быть равна толщине ленты или меньше ее на 0,1—0,2 мм.

Дефекты полотен ленточных пил бывают общими и местными. Местные дефекты полотен ленточных пил те же, что и рамных (выпучины, тугие участки, слабые участки). Устраняют их аналогично.

К общим дефектам относятся скручивание, покоробленность, крыловатость, продольная волнистость, отгиб задней кромки полотна, непрямолинейность кромок. После исправления общих дефектов полотна выявляют и устраняют местные дефекты.

Напряженное состояние полотна ленточной пилы оценивают по величине стрелы прогиба полотна в поперечном сечении (0,11…0,23 мм) при продольном его изгибе по дуге окружности радиусом 1,5 м в специальном приспособлении, а также по величине стрелы выпуклости задней кромки полотна (0,05…0,1 мм). Оба показателя измеряют на каждом метре длины пилы.

Если величина стрелы прогиба полотна меньше нормативной, пилу вальцуют симметрично или на «конус». По первому способу удлиняют среднюю часть пилы. Его применяют при выпуклых шкивах ленточного станка. При этом сначала вальцуют середину пилы, затем, отступая по 10—15 мм от первого прохода, делают новые проходы, постепенно уменьшая давление роликов. Последние проходы должны отстоять от задней кромки и линии впадин зубьев на 15—20 мм. По второму способу пилу вальцуют на «конус». Его применяют при наклоне верхнего шкива во избежание сползания пилы со шкивов. Удлиняя вальцеванием заднюю кромку пилы, компенсируют ее более сильное натяжение за счет наклона шкива. При этом сначала вальцуют на расстоянии 15—20 мм от линии впадин, а затем делают проходы через 10—15 мм, постоянно увеличивая давление роликов.

Ремонт полотен ленточных пил включает локализацию трещин, вырезку дефектных зон полотна и подготовку отрезков вставок. Локализации подлежат одиночные трещины длиной не более 10—15 % ширины пилы, но не более 15 мм. Локализация осуществляется засверливанием отверстий диаметром 2…2,5 мм в конце трещины.

При наличии одиночных длинных трещин, а также групповых трещин (4—5 шт. на длине 400—500 мм) и выломанных подряд двух зубьев дефектное место вырезают. Длина вырезки должна быть не менее 500 мм во избежание затруднений при правке.

Пилы, подготовленные к работе, должны отвечать техническим требованиям по точности линейных и угловых параметров, а также шероховатости поверхностей ленты и зубьев. Установлены следующие требования:

Предельное отклонение размера, мм:

по длине (для типов пил 1 и 2), не более ±100

по толщине ±0,06/0,07

по ширине пилы ±1

по шагу зубьев ±0,03/0,05

Допускаемое отклонение от прямолинейности кромок пилы (отклонение кромок от

прямой на 1000 мм длины пилы), мм 0,3/0,4

Допускаемое отклонение уширения вершин зубьев на сторону, мм ±0,05

Допускаемое отклонение угловых параметров зубьев, град ±1

Шероховатость, мкм (не более):

боковых поверхностей ленты R_a 1,25

заточенных поверхностей зубьев R_z 20

Примечание. В числителе приведены данные для пил типа 1, в знаменателе — для пил типа 2.

Установка и эксплуатация ленточных пил.

1. Режущая кромка пилы должна выступать за край пильного шкива на высоту зуба.

2. Смещение ленты по шкивам предотвращают регулированием положения оси верхнего шкива (вместе со шкивом) в вертикальной (наклон вперед — назад) и горизонтальной (разворот влево — вправо) плоскостях. Угол наклона шкива вперед (на рабочего) равен 0,2—0,3°.

3. Усилие натяжения пилы, Н, суммарное для обеих ветвей ленты, устанавливают в зависимости от ширины и толщины пилы:

F = 2sab, (22.8)

где s — напряжение растяжения в сечении ленты (50—60 МПа); а, b — ширина и толщина ленты, мм.

4. Зазор между направляющими устройствами и пилой должен быть 0,1—0,15 мм. Соприкосновение пилы с направляющими устройствами допускается только при выпиливании криволинейных деталей.

5. При работе ленточная пила не должна иметь волнообразных перемещений и издавать вибрирующих звуков. Усилие натяжения должно быть минимальным исключающим эти явления.

6. Не следует допускать длительной работы пилы вхолостую. При длительных остановах станка натяжение с пилы следует снимать.

7. Необходимо регулярно очищать полотно пилы от смолы, грязи, налипших опилок.

8. В ряде случаев хорошие результаты дает применение смазки пил водой, мыльным раствором, смесью солярки и машинного масла капельным способом или методом распыления.

Подготовка круглых пил. Подготовка полотен круглых пил включает следующие операции: оценку плоскостности и напряженного состояния полотна, правку полотна, проковку и вальцевание диска пилы.

Плоскостность полотна оценивают по двум показателям: по прямолинейности диска в различных сечениях и по торцевому (осевому) биению.

Предельно допустимые отклонения от плоскостности зависят от диаметра пилы и находятся в диапазоне от 0,1 мм для пил диаметром до 200 мм до 0,6 мм для пил диаметром 1600 мм. Для определения торцевого биения пилу устанавливают на горизонтальный вал приспособления. Биение измеряют индикатором, расположенным перпендикулярно полотну пилы на расстоянии 5 мм от окружности впадин зубьев при медленном вращении пилы с валом (рис. 22.3).

Перед началом измерений индикатор 2 ориентируют относительно плоскости, проходящей через торцовую поверхность коренной шайбы 1. Для этого на поверхность коренной шайбы и ножку индикатора накладывают поверочную линейку. Нулевую отметку циферблата подводят к большой стрелке индикатора. При определении неплоскостности пилу 3 устанавливают на вал 4, зажимают шайбой 5 и медленно вращают за рукоятку 6.

Величина допустимого торцевого биения составляет от 0,15 мм для пил диаметром до 200 мм до 0,6 мм для пил диаметром 1600 мм.

Превышение нормативных значений неплоскостности свидетельствует о наличии дефектов полотна, которые делят на общие (тарельчатость, крыловатость, изгиб по окружности) и местные (слабое место, тугое место, выпучина, изгиб). Все дефекты исправляют посредством правки полотна (рис. 22.4).

Способ правки зависит от типа дефекта. Слабые места С(I) исправляют ударами проковочного молотка с круглым бойком вокруг дефектного места, постепенно ослабляя удары по мере удаления от него. Удары наносят с обеих сторон пилы. Тугие места Т(II) исправляют ударами приковочного молотка внутри зоны дефекта от границ к середине. Удары наносят с обеих сторон пилы. Выпучину В(III) исправляют ударами проковочного молотка со стороны выпучины. Чтобы не изменить общего натяжения полотна, между пилой, положенной выпучиной вверх, и наковальней помещают картонную или кожаную прокладку. Изгиб пилы (складки у зубчатой кромки, отогнутые участки кромки, горбатость и одностороннюю крыловатость диска) исправляют ударами правильного молотка (с продолговатым бойком) либо по самому хребту изгиба, либо, если размеры дефекта значительны, от краев изгиба к хребту со стороны выпуклости. Ось бойка должна совпадать с направлением оси изгиба.

Оценка напряженного состояния диска пилы производится по величине прогиба пилы под действием собственной массы. Пилу устанавливают сначала одной стороной вверх, а затем другой в горизонтальное положение на три опоры, отстоящие на равном расстоянии друг от друга и на расстоянии 5 мм от окружности впадин зубьев. Прогиб пилы измеряют индикатором часового типа (или поверочной линейкой и набором щупов) в трех точках на окружности радиусом 50 мм и подсчитывают среднюю величину прогиба. Если эта величина не соответствует нормативной, диск пилы проковывают или вальцуют.

Вальцевание заключается в ослаблении средней части пилы за счет ее удлинения при прокатке между двумя рабочими роликами под давлением (см. рис. 22.1, в). Провальцованная пила приобретает поперечную устойчивость зубчатого венца при работе.

Вальцевать пилу достаточно по одной окружности радиусом 0,8R (где R — радиус пилы без зубьев) в течение трех-четырех оборотов пилы под действием роликов. Сила прижима роликов для новых непрокованных пил при вальцевании по одной окружности с радиусом 0,8 R устанавливается в зависимости от диаметра и толщины пильного диска и составляет 15,5—24 кН для пил диаметром 315—710 мм и толщиной 1,8—3,2 мм.

Правильно провальцованная пила должна приобретать равномерную вогнутость (тарельчатость). Величины вогнутости провальцованности пил, работающих со скоростями резания 40—60 м/с, измеренные с обеих сторон на расстоянии 10—15мм от края центрального отверстия пилы, должны соответствовать величинам, указанным в стандарте на пилы (0,2—0,6 мм для пил диаметром 315—710 мм). После вальцевания проверяют плоскостность и правят полотно пилы.

Оборудование, приборы и инструменты для вальцевания круглых пил: станок ПВ-35 или ПВ-20 с приставкой, обеспечивающей вальцевание пил диаметром до 800 мм; прибор для контроля степени проковки и вальцевания круглой пилы с часовым индикатором (диаметр пил до 710 мм); поверочные линейки для пилоправных работ, набор щупов.

Проковка пил не механизирована и требует высокой квалификации. Она заключается в нанесении ударов проковочным молотком по центральной предварительно размеченной части пилы, лежащей на наковальне. Степень ослабления средней части пилы проверяют так же, как и при вальцевании (нормативы те же). Если средняя часть ослаблена недостаточно, проковку повторяют, нанося удары между местами ударов первой проковки.

Установка и эксплуатация круглых пил.

1. Плоскость пилы 1 должна быть строго перпендикулярна оси вала, а торцовое биение коренного фланца 2 не должно превышать 0,03 мм на радиусе 50 мм (рис. 22.5, а).

2. Ось вращения пилы должна совпадать с осью вала. Для этого диаметр посадочного отверстия пилы не должен превышать диаметр вала более чем на 0,1—0,2 мм. При большем зазоре надо расточить отверстие и вставить в него втулку. Более рационально применение фланцев с центрирующим штифтом или с центрирующим конусом 3 (рис. 22.5, а).

3. Для обеспечения надежного зажима пилы фланцы контактируют с пилой только наружными ободками шириной 20—25 мм. Диаметр зажимных фланцев выбирают в зависимости от диаметра пилы: , где D —диаметр пилы в мм.

Для предотвращения самопроизвольного отворачивания гайки в процессе работы она должна иметь резьбу, обратную направлению вращения вала.

4. При пилении вдоль волокон в плоскости пилы позади нее устанавливают расклинивающий нож на расстоянии 10—15 мм от вершин зубьев (рис. 22.5, б). Для плоских пил толщина ножа равна ширине пропила или на 0,2 мм превышает ее. Для конических пил нож имеет форму клина и его максимальная толщина на 3—4 мм больше толщины центральной части пилы.

5. Для пил диаметром более 400—500 мм устанавливают изготовленные из текстолита, фторопласта или других антифрикционных материалов боковые направляющие 5 и 6 (рис. 22.5, в), ограничивающие отклонения пилы в осевом направлении. Зазор между пилой и направляющей зависит от диаметра пилы:

Диаметр пилы, мм................................................. 125—200 250—300 400—503 560—800 Более 800

Зазор между пилой и направляющими, мм......... 0,22 0,30 0,35 0,42 0,55

6. Выступ зубьев над распиливаемым материалом а₁ не должен превышать 10—20 мм, если конструкция станка обеспечивает возможность его регулирования.

7. Следует работать на такой скорости подачи, чтобы максимальная толщина стружки была меньше расстояния между диском пилы и стенкой пропила.

8. Необходимо обеспечивать чистоту диска пилы.

Подготовка зубьев пил к работе. В подготовку зубьев пил к работе входят насечка зубьев, уширение зубчатого венца, заточка и фуговка зубьев.

Насечка зубьев выполняется, когда необходимо изменить профиль зуба, если на пиле сломаны три (всего) или два зуба подряд. Для насечки применяют ручные (типа ПШ) или механические (типа ПШП-2) пилоштампы. Штампы и ножи изготавливают из стали 9ХС с твердостью после заточки и отпуска НRС_Э55...60. В штампуемом контуре зубьев следует предусматривать припуск 1—1,5 мм относительно требуемого профиля. Окончательная форма зубьев достигается заточкой их на пилоточных станках. При этом стачивается слой металла с дефектами, образовавшимися при штамповке.

Широко применяется нарезка зубьев и посадочных отверстий лазером, имеющая ряд преимуществ: отсутствуют изгибы полотна или диска, исключается образование неравномерного по толщине слоя наклепанного металла и необходимость односторонней правки полотен и дисков, геометрическая точность каждого и копирования всех зубьев повышается, не образуются микротрещины по контуру зубьев, увеличивается срок службы пил, снижается шум при изготовлении и работе пил.

Уширение зубчатого венца. Выше уже были описаны способы уширения зубчатого венца: развод, плющение, напайка литых твердых сплавов, напайка пластин из металлокерамических твердых сплавов или синтетического алмаза. В любом случае уширение зубчатого венца не зависит от толщины пилы, его стремятся сделать как можно меньшим с целью сужения пропила и снижения потерь древесины. Уменьшить пропил позволяют пиление сухой, мерзлой и более твердой древесины; высокая жесткость и устойчивость инструмента; точность его движения и параллельность движения подачи плоскости полотна пилы.

Зубья рамных пил разводят, плющат или напаивают на них литой твердый сплав. Первый способ проще и дешевле, рекомендуется следующая величина развода на сторону зубьев рамных пил:

при распиливании древесины мягких пород (сосна, ель) – при влажности древесины более 30 % зимой и летом соответственно 0,6…0,7 и 0,7…0,8 мм, при влажности древесины менее 30 % летом и зимой 0,6…0,7 мм;

при распиливании древесины твердых пород (дуб, бук) – 0,45…0,6 мм.

Плющение позволяет увеличить шаг зубьев в 1,5…2 раза, что снижает мощность рамного пиления на 10…15 %. Рекомендуемое уширение зубчатого венца на сторону после плющения, формования и первой заточки рамных пил составляет для хвойных пород 0,7…0,8 мм, для твердолиственных – 0,6…0,65 мм. Повторять плющение и формование зубьев рамных пил следует после 2…4 заточек.

Напайка литого твердого сплава (в последнее время чаще используют стеллиты) производится при таком же уширении зубчатого венца рамных пил, как и при плющении.

Напайку пластинок металлокерамических твердых сплавов на зубья рамных пил производят редко, так как это возможно лишь при полном отсутствии контакта зубьев с заготовкой во время холостого хода.

Оптимальные величины уширения зубчатого венца круглых пил зависят от породы и состояния распиливаемой древесины и лежат в диапазоне от 0,3 (твердые породы) до 1,0—1,3 мм (мягкие породы при высокой влажности).

Ниже приводятся величины уширения для различных случаев пиления ленточными пилами.

Пиление узким пилами (с разводом) в направлении:

продольном...................................................................................................... 0,25…0,30 / 0,20…0,25

смешанном прямолинейном........................................................................ 0,30…0,35 / 0,25…0,30

криволинейном............................................................................................... 0,30…0,55 / 0,25…0,55

Пиление делительными пилами (плющеными зубьями).................................. 0,45…0,55 / 0,30…0,40

Примечание. В числителе приведены данные для пилении древесины мягких пород, в знаменателе — при пилении древесины твердых пород и фанеры.

У строгальных пил уширение пропила достигается формой диска, сужающегося от периферии к центру. У твердосплавных пил уширение пропила, как правило, достигается свесом пластинки твердого сплава. Все остальные пилы требуют периодического уширения зубчатого венца, выполняемого разводом или плющением зубьев.

Развод зубьев — наиболее универсальный метод, применяемый для пил продольного и поперечного пиления с прямой и косой заточкой. Развод заключается в отгибании кончиков зубьев поочередно в правую и левую стороны на 1/3—1/2 высоты зуба от его вершины. Разводить зубья пил можно как до заточки, так и после нее.

Оборудование, приспособления и инструменты для развода зубьев пил: станки РПК8 или РАП8 (диаметр пил до 800 мм), ручные разводки ПИ-39, тиски для зажима пилы при разводе, индикаторный разводомер или шаблоны для контроля точности развода.

Для уширения режущего венца ленточных пил разводом зубьев применяют следующее оборудование и приспособления: полуавтомат для заточки и развода зубьев ленточных столярных пил ТчЛ6-2 и приспособление для ручного развода ленточных столярных пил. Для выполнения операции плющения используют полуавтомат для холодного плющения и формования зубьев ленточных пил ПХФЛ-2 или ручные плющилку и формовку.

Точность развода и плющения контролируют индикаторным разводомером или шаблоном. Допускаемые отклонения величины развода или плющения отдельных зубьев пилы — ±0,05 мм.

Достоинства уширения зубчатого венца разводом — относительная простота и универсальность этой операции. Недостаток развода — формирование каждой стенки пропила только половиной зубьев, действие на зубья неуравновешенных сил, снижающих устойчивость пилы в пропиле.

Плющение зубьев применяют для уширения зубчатого венца пил для продольной распиловки с прямой заточкой. Сущность плющения состоит в том, что к кончику грани прижимают упор 2 (наковальню), а со стороны задней грани подводят профильный плющильный валик 3 (рис 49, а). При повороте плющильного валика он внедряется в материал зуба пилы за счет плавного увеличения радиуса его рабочего участка. Внедрение валика вызывает уширение кончика зуба на обе стороны. Затем уширеному кончику зуба придают правильную форму, обжимая его плашками, т. е. формированием (рис. 22.6, б), и наконец, затачивают. В результате плющения, формования и заточки зуб пилы приобретает форму, показанную на рис. 22.6, в. Двустороннее уширение зуба обеспечивает симметричное действие сил при работе пилы, а поверхности пропила создаются каждым зубом. Плющение зубьев имеет следующие преимущества перед разводом: выше качество пропила, большая устойчивость пилы в пропиле. Плющенные зубья сохраняют необходимое уширение в течение 3—4 переточек. Пилы с плющеными зубьями могут быть более тонкими (на 0,2—0,4 мм), допускают большую (на 15—20%) подачу на зуб и меньшее уширение (на 0,1 мм) зубчатого венца, чем пилы с разведенными зубьями. Перечисленные достоинства плющеных зубьев требуют повсеместного перехода на плющение пил для продольной распиловки древесины.

Оборудование и приспособления для плющения и формования зубьев круглых пил: полуавтомат для холодного плющения и формования зубьев ПХФК8 (ПХФД) для диаметров пил до 800 мм; ручная плющилка ПКЦ; ручная формовка ФКЦ; приспособление для установки пилы при установке пилы и формовании.

При наличии большого количества пил для продольной распиловки рационально использовать плющильные станки. Различают станки для плющения и формования зубьев пил в холодном и горячем состоянии. При горячем плющении зубья нагревают в поле ТВЧ до 800—900 °С. Это обеспечивает лучшее качество подготовки зубьев, но усложняет устройство станка.

Заточка зубьев пил абразивным кругом заключается в сошлифовывании с граней зубьев слоя металла, толщина которого достаточна для восстановления их остроты и правильной формы. Так как за один проход абразивный круг сошлифовывает слой толщиной 0,02—0,05 мм, пилы затачивают за 4—5, сильно затупленные за 6—7 проходов круга. Правильная заточка зубьев пил должна удовлетворять следующим требованиям.

1. Все зубья после заточки должны иметь одинаковый профиль, т. е. одинаковый шаг, высоту, углы и прочие параметры.

2. Вершины всех зубьев должны быть расположены на одной прямой (для рамных и ленточных пил) или окружности (для круглых пил).

3. Дно впадины между зубьями должно иметь плавное закругление; наличие острых углов — причина образования трещин в полотне и облома зубьев.

4. Зубья пил не должны иметь заворотов, засинения кончиков и других дефектов.

5. Заточенные зубья не должны иметь блеска на уголках, образованных пересечением кромок. Блеск свидетельствует о том, что при заточке с зуба сошлифован недостаточный слой металла.

В зависимости от места сошлифовывания с зуба металла различают следующие способы заточки: по передней грани, по задней грани, по передней и задней граням. Заточка по передней грани допускает максимальное количество переточек пил, но требует больше времени. Заточка только по задней грани, напротив, неэкономична в отношении расхода пил. Поэтому стальные пилы затачивают по обеим граням. В зубьях с ломаной задней гранью нижнюю часть спинки зуба не шлифуют.

Схема заточки пил на станках-полуавтоматах показана на рис. 22.7, а, б. Пилозаточные станки классифицируют по назначению, специализации, степени механизации и автоматизации, конструктивным признакам. По назначению различают станки для заточки рамных, круглых и ленточных пил. Им присвоены следующие обозначения (в порядке перечисления): ТчПР, ТчПК (или ТчПД), ТчЛ. Кроме того, существуют станки ТчПТ для заточки дисковых пил с пластинками из твердого сплава. По специализации станки делятся на универсальные и специализированные. Универсальные станки, например ТчПА-3, рассчитаны на заточку пил разных видов, специализированные — на заточку пил одного вида. Дальнейшая, более узкая, специализация основана на размерных характеристиках затачиваемых пил. Таковы, например, станки ТчПК4, ТчПК8 (табл. 22.1).

Таблица 22.1

Технические характеристики отечественных станков для заточки пил

Параметры	ТчПР-2Г	ТЧЛ18	ТчПК8	ТчПТ4
Размеры затачивае­мых пил, мм:
длина (диаметр)	1100-1950	6000—9000	200—800	160—630
Ширина	80—200	50—180	—	—
Толщина	1,6—2,5	0,9—1,2	1,0—3,6	1,8—3,2
Размеры затачивае­мых зубьев:
шаг, мм	18—40	30—50	6,5—55	10—55
высота, мм	16—26	—	—	—
передний угол, град	0—20	0—30	(–25)—(+35)*	0—25**
Продолжительность заточки зубьев, мин	35; 56	35—56	35; 54; 75	5—30
Частота вращения шпинделя, мин-1				—
Диаметр шлифоваль­ного круга, мм	250—180	250—180	250—170
Автоматическая по­дача врезания на про­ход пилы (двойной ход), мм	0,03—0,36	ручная	0,03—0,21	0,005—0,1
Потребляемая мощ­ность, кВт	1,27	1,37	1,2	—
Габарит станка, мм:
Длина
Ширина
Высота
Масса станка, кг

* Угол косой заточки 5—45°.

** Углы: задний 10—20°, косой заточки 0—30°.

Фуговка зубьев пил — это процесс сошлифовывания материала с кончиков наиболее выступающих зубьев с целью выравнивания зубчатого венца по высоте и ширине. Это позволяет уменьшить глубину кинематических рисок и обеспечить формирование поверхности пропила всеми зубьями пилы. Фуговка может быть статической вручную или на заточном станке и динамической на валу круглопильного станка.

Фуговочные бруски устанавливают на вилкообразный держатель, связанный с корпусом рычагом. Корпус закрепляют на станке так, чтобы пила находилась между брусками. Перемещая винтом вилку вправо и влево до касания брусков о кончики зубьев вращающейся пилы, производят боковую фуговку зубьев. Надвигая вилку на пилу в радиальном направлении, производят радиальную фуговку. В результате фуговки на кончиках зубьев образуются фуговочные площадки. В пределах этих площадок задний угол режущих кромок равен нулю. Во избежание чрезмерного трения величина площадок не должна превышать 0,3 мм.

Доводка зубьев заключается в подшлифовке передней и задней поверхностей зубьев мелкозернистым оселком, закрепленным в специальной державке. Стойкость пилы с доведенными зубьями увеличивается на 15...20%. Выполняют доводку с помощью ручного приспособления.

Пилы подготавливают к работе на деревообрабатывающих предприятиях. Считается, что пила пригодна к эксплуатации, если выполняются следующие основные технические требования:

Допускаемое отклонение от прямолинейности торцовых поверхностей пилы, мм, не более, для пил диаметром, мм:

до 450 0,1

450...800 0,2

800...1000 0,3

Допускаемая разница шагов зубьев у одной пилы, мм, не более, для шагов зубьев, мм:

до 10 0,2

10...20 0,3

20...40 0,5

Допускаемая разница величин передних углов и углов заострения, град ±2

Допускаемая разница радиусов пилы (радиальное биение), мм, для незаточенных пил диаметром, мм:

360 0,2

360...630 0,3

630...1000 0,6

Шероховатость, мкм:

торцовых поверхностей пил, R_a не более 2,5

передних и задних поверхностей зубьев, R_z 20

Подготовка дисковых пил с пластинками из твердого сплава. Основными операциями подготовки дисковых пил с пластинками из твердого сплава к работе являются припайка твердосплавных пластинок (ремонтная операция), заточка и доводка зубьев.

Для припайки твердосплавных пластинок выбирают марку твердого сплава и подготавливают корпус пилы и пластинки, а затем выполняют припайку.

Подготовка корпуса пилы сводится к фрезерованию пазов (гнезд) под пластинки. Опорные поверхности пазов должны быть плоскими, не иметь заусенцев и перед пайкой тщательно зачищены и обезжирены. Подготовка пластинок заключается в тщательной их проверке на отсутствие коробления и трещин, очистке и промывке.

Для припайки пластинок рекомендуются припои серебряные ПСр40 или медно-цинковые Л-62, ПрМНМЦ 68-42 в виде тонкой проволочки. В качестве флюса применяют прокаленную (обезвоженную) буру в виде мелкого порошка. Способ нагрева при пайке определяется имеющимся оборудованием: электроконтактный — на электросварочных аппаратах с приспособлениями; током высокой частоты — на установках, оборудованных генератором ТВЧ; ацетилено-кислородным пламенем — при помощи газовой горелки и др. Прочность припайки проверяют испытанием пилы вращением при окружной скорости у зубьев не менее 100 м/с. Неуравновешенность, (дисбаланс) пилы не должна превышать 25 г×см для диаметра 250 мм и 60 г×см для диаметра 400 мм.

Заточку и доводку зубьев, оснащенных пластинками, выполняют абразивными (карборундовыми) или алмазными кругами, а также комбинировано: предварительную (грубую) заточку выполняют абразивными кругами, а чистовую заточку и доводку — алмазными. Для экономии твердого сплава и шлифовальных кругов основную заточку следует вести за счет длины пластинки — по задней грани, а вспомогательную — по передней (рис. 22.7, б). Заточка по задней грани 4 состоит из заточки по стальной части 1 зуба под углом a + 6°; чистовой заточки по пластинке 2 твердого сплава под углом a + 2°; доводки части пластинки, прилегающей к лезвию под углом a. Заточка по передней грани 3 (при необходимости) состоит из предварительной заточки по всей грани под углом напайки пластинки на зуб g₁ и окончательной по передней грани под углом g (при чистовой заточке и доводке). Заточку и доводку необходимо вести при непрерывном охлаждении. Для алмазных кругов на бакелитовой связке допускается работа без охлаждения.

Алмазная заточка и доводка в 2—3 раза повышают стойкость инструмента и в 1,5—2 раза снижают расход твердых сплавов. Основные правила: заточку производить только по пластинке твердого сплава (под углом a+2°), максимальный припуск на заточку не более 0,2 мм; доводку выполнять только по фаске (под углом a), припуск — не более 0,05 мм.

На современных заточных станках, использующих комбинированный алмазный абразивный инструмент (две фракции зерен) заточка производится с непрерывным охлаждением за один проход при снятии припуска до 0,25 мм.

Разработаны также твердосплавные пилы, в которых используются неперетачиваемые пластинки с двусторонней заточкой. Путем перестановки их используют с обеих сторон, а затем перерабатывают для изготовления новых острых пластин. Эта технология принципиально упрощает организацию инструментального хозяйства за счет его централизации и укрупнения специальных инструментальных предприятий.

Пилы с твердосплавными пластинами должны отвечать сле­дующим техническим требованиям:

Предельные отклонения толщин корпусов пил, мм, изготовленных из холоднокатаной тонколистовой стали толщиной, мм:

до 2,0 ±0,12

до 2,4 ±0,14

2,6; 2,8; 3,0 ...................... ±0,15

Предельные отклонения углов зубьев, град:

переднего, заднего, косой заточки ±1,5

поднутрения ±0,5

прочих ±2,0

Разность двух любых шагов зубьев, мм (не более), для шага, мм:

10...18 0,6

18...30 0,7

более 30 0,8

Отклонение от прямолинейности на каждой стороне пильного диска, поставленного в вертикальное положение, мм, для пил диаметром, мм:

до 400 0,10

свыше 400 0,15

Торцовое биение вершин зубьев, мм (не более), для пил диаметром, мм:

до 400 0,20

свыше 400 0,25

Радиальное биение вершин зубьев, мм не более 0,15

Шероховатость заточенных поверхностей твердосплавных пластин R_z, мкм не более 1,6

Средний период стойкости (время между переточками), ч, для пил диаметром, мм:

100...250 17

315...355 25

400...450 15

Операции по подготовке к работе дисковых конических пил мало отличаются от соответствующих операций подготовки к работе пил с плоским диском.

Устанавливать в станок неуравновешенные диски не допускается, так как это может вызвать сильное биение вала, потерю устойчивости пильным диском во время работы, неудовлетворительное качество распиливания, быстрый износ подшипников пильного вала. Неуравновешенность дисков вследствие неравномерной их толщины выявляют с помощью специального приспособления для статической балансировки (рис. 22.8). Устраняют неуравновешенность (дисбаланс) диска перешлифовкой конических поверхностей диска. При этом восстанавливают главное достоинство конической пилы (малую ширину пропила), которое утрачивается по мере уменьшения диаметра пилы в результате переточек.

Основные требования к выполнению операций подготовки к работе дисковых конических пил и установленные нормативы следующие. 1. В результате статической балансировки неуравновешенность диска (дисбаланс) для пил малого и среднего диаметра не должна превышать 25...60 г×см. 2. После правки диска отклонения от прямолинейности по плоской стороне диска не должны превышать 0,2 мм, неровности (выпучины, впадины) на конической стороне диска, поставленного в вертикальное положение — 0,15 мм. 3. Пилу следует вальцевать в зоне, ограниченной окружностями с радиусами 0,6R и 0,7 R, где R — радиус пилы (без зубьев). Число следов вальцевания (дорожек) в пределах обрабатываемой зоны должно быть 2...4. 4. Перешлифовывают конические поверхности пилы всякий раз, когда износ диска составит 10 % первоначального диаметра. 5. Зубья односторонних пил должны разводиться с конической стороны диска на 0,1 мм больше, чем с плоской, зубья двусторонних — одинаково.

Для подготовки круглых конических пил используется специальное оборудование: приспособление для статической балансировки (параллельные ножи) и разновесы к нему, специально подготовленные и протарированные, для перешлифовки конических поверхностей диска — шлифовальный станок карусельного типа с шлифовальной головкой, устанавливаемой по углу конусности пилы.

Дисковые строгальные пилы с высокой жесткостью в поперечном направлении не нуждаются в проковке. Зубья их не разводят и не плющат. Основная операция подготовки их к работе — заточка. Ее следует выполнять особенно тщательно.

Глава 23. Подготовка ножей

Основные операции при подготовке ножей к работе — заточка и установка их в станок. Ножи для фрезерования, кроме того, балансируют и уравновешивают, а после установки в ножевой вал или головку фугуют.

Балансирование и уравновешивание ножей. Цель баланрсирования ножей — добиться совпадения центра массы ножа с серединой его длины. Если комплектные ножи одинаковой массы, а центры масс их находятся на разных расстояниях от торца ножевого вала, последний при вращении будет испытывать вибрации и перекосы. Особенно важна сбалансированность и уравновешенность толстых ножей (тип II по ГОСТ 6567–75), имеющих большую массу и прорези.

Уравновешивание ножей, т. е. попарная (комплектация) подгонка их по массе, необходимо для того, чтобы при вращении ножевого вала не возникла неуравновешенная центробежная сила, которая может вызвать вибрацию вала и даже его изгиб.

Балансировку и уравновешивание выполняют с помощью специальных балансировочных весов (рис. 23.1, а) в следующем порядке. Нож комплекта укладывают на площадку коромысла 2 торцевой поверхностью вплотную к упору 4. Перемещая противовесы 5 и регулировочный грузик 3, стрелку-указатель совмещают с нулевым делением шкалы (рис. 23.1, б). Затем кладут нож к упору другим концом и определяют более тяжелый конец ножа. Добиваются совмещения центра массы ножа с его геометрической серединой путем стачивания металла с тяжелого конца по фаске между торцевой и опорной поверхностями ножа.

Отбалансированные ножи уравновешивают попарно. При использовании балансировочных весов нож укладывают режущей кромкой вплотную к упору (рис. 23.1, в). Более тяжелый нож уравновешивают с парным ножом, равномерно снимая с него слой металла в виде фаски по ребру нижней поверхности или по задней грани. Уравновешивание ножей считается законченным, если разность массы парных ножей, устанавливаемых на противоположных концах диаметра ножевого вала, не превышает 0,5 % от массы одного ножа.

Для балансирования и уравновешивания ножей необходимы технические весы (точность взвешивания 0,5 г); балансировочные весы ПИ-6 и ПИ-12 для статического балансирования строгальных ножей (максимальная длина ножей соответственно 619 и 1210 мм). Для тонких коротких ножей (тип I по ГОСТ 6567–75) можно ограничиваться уравновешиванием, не прибегая к балансированию.

Заточка и доводка ножей. Ножи с прямолинейным лезвием затачивают на специализированных станках (рис. 23.2, а, табл. 23.1). В процессе заточки с задней грани затупленного ножа 5 сошлифовывается слой металла, достаточный для восстановления формы лезвия и рабочих граней.

Таблица 23.1

Технические характеристики отечественных станков для заточки ножей

Показатель	Стальных	С пластинками из твердого сплава ТчНТ6
ТчН6-3	ТчН6-4
Наибольшие размеры затачиваемых ножей, мм:
Длина
Ширина			—
Толщина			—
Угол заточки, град	15—90	15—90	до 90
Диаметр шлифовального круга, мм
Частота вращения шлифовального круга, мин-1		2890/1450	1400/2700
Мощность электродвигателей шли­фовального круга, кВт	1,7	2,9/2,3	0,7
Угол поворота шлифовальной головки, град	От —10 до 90	От —10 до 90	От –10 до 90
Скорость перемещения каретки (про­дольной подачи), м/мин	4,5; 7,5; 12,5	4; 7; 12	0,5—8
Поперечная подача на двойной ход, мм	0,005—0,025 через 0,005	0,005—0,04 через 0,005	0,005—0,025 через 0,005
Габарит станка, мм	1705x990x1530	1950x1060x1400	1705x990x1530
Масса станка, кг

Главное движение (v) осуществляется вращением шлифовального круга 6. Каретка 3 несет на себе суппорт 2 и шлифовальную головку 1. Совершая возвратно-поступательное движение по направляющим станины, она выполняет продольную подачу (v_{s пр}) шлифовального круга вдоль ножа, закрепленного на столе 4. Для последовательного сошлифовывания слоев металла шлифовальная головка имеет периодическое перемещение шлифовального круга или ножа в направлении, перпендикулярном задней грани — подача врезания (v_{s поп}).

В зависимости от формы шлифовального круга и его положения относительно ножа различают четыре вида заточки (рис. 23.2, б): 1 — плоскую торцом чашечного круга; 2 — эллиптическую; 3 — плоскую боковой поверхностью круга; 4 — дугообразную. Наибольшее применение имеют первые два вида заточки.

После заточки производят доводку ножей вручную оселками или на заточном станке мелкозернистым кругом. Для ручной доводки используют оселки размером 200х50х20 мм из электрокорунда или карбида кремния зернистостью 6—4, твердостью ВТ или ЧТ на керамической связке.

После заточки и доводки ножи с прямолинейной режущей кромкой должны отвечать следующим требованиям: прямолинейность режущей кромки не ниже 0,25 мм на 100 мм длины фрезерующих ножей и 0,005 мм на 100 мм длины лущильных ножей; шероховатость затачиваемых граней стальных ножей не ниже 7—8-го, твердосплавных 8—9-го классов (ГОСТ 2789–73); острота лезвия (радиус затупления) не ниже 5—6 мкм.

Основные технические требования к плоским ножам с прямолинейной режущей кромкой для фрезерования древесины:

Разнотолщинность, мм, для ножей толщиной, мм, не более:

3 0,05

10 0,1

Неравномерность ширины ножа, мм не более 0,1/100 мм длины ножа

Отклонения от прямолинейности режущей кромки ножа, мм 0,025/100 мм длины ножа

Показатели шероховатости поверхностей ножей, мкм, не более:

передней и задней R_a 1,25

опорной R_a 2,5

остальных R_z 40

Продольная и поперечная непрямолинейность передней поверхности ножей, мм 0,1 на 100 мм длины

Крыловатость ножей не допускается

Разность массы парных ножей, % 0,5 от массы одного ножа (точность взвешивания — 0,5 г)

Порядок установки ножей: ножевой вал фиксируют стопорным устройством; освобождают винты крепления ножей; вынимают затупившиеся ножи и клинья; очищают пазы корпуса и клинья от стружки и смолы; устанавливают заточенные ножи.

При установке ножей в ножевые валы и головки должны соблюдаться следующие требования: лезвие ножа должно выступать за кромку стружколомателя (губку ножевого вала или зажимного клина) не более чем на 0,75—1 мм (оптимальный выступ для получения наиболее гладкой поверхности 0,5 мм); зазор между ножами и губками не допускается; режущие кромки всех ножей, укрепленных в ножевом валу, должны иметь во всех точках (по длине) одинаковые радиусы резания (допускаемое отклонение 0,04—0,06 мм) (рис. 23.1, г). Корпус фрезы 3 надевают на оправку 2 приспособления. В пазы корпуса вставляют заточенные ножи и клинья и слегка закрепляют их распорными болтами. С помощью регулировочных винтов ножевой головки заглубляют первый нож 6 в корпус так, чтобы режущая кромка не выступала над кромкой клина. Затем устанавливают фрезу в положение А (сечение I—I под индикатором 1), фиксируют показание индикатора при касании измерительным наконечником кромки клина и, вращая левый регулировочный винт, добиваются требуемой выставки лезвия над кромкой клина. Переместив фрезы в положение Б (сечение II—II под индикатором), вращением правого регулировочного винта добиваются параллельности режущей кромки ножа 6 оси оправки. При этом показания индикатора при касании режущей кромки в обоих сечениях должны быть одинаковыми. Окончательно закрепляют нож 6 распорными болтами, вывинчивая их из клина. Аналогично регулируют второй нож 5 и последующие ножи.

Для обработки древесины со скоростями подачи свыше 20 м/мин обязательна динамическая (при вращении инструмента с нормальной рабочей скоростью) фуговка ножей с целью выравнивания их радиусов резания.

Фуговать ножи нужно абразивным бруском из белого электрокорунда зернистостью М28 и твердостью С1 на керамической связке: продольная подача бруска 1—2 м/мин, поперечная — 0,005 мм на двойной ход; ширина фугованной фаски не должна превышать 0,15—0,2 мм при заднем угле ножа 15° (риc. 23.1, д).

Ножи насадных сборных фрез затачивают укрепленными на корпусе фрезы (рис. 24.1, г) или отдельно (рис. 23.2). Фасонные профили ножей затачивают на универсальном оборудовании или вручную.

Глава 24. Подготовка фрез, сверлильного, долбежного и токарного инструмента, шлифовальных шкурок

Подготовка к работе фрез всех типов заключается в балансировании, заточке и установке в станок.

Балансирование фрез. Различают два вида балансирования—статическое и динамическое. Насадные фрезы обычно балансируют статически, т. е. без вращения фрезы с рабочей скоростью. Неуравновешенность фрезы, насаженной на оправку, выявляют на призматических параллелях прибора ПБ (максимальный диаметр фрезы 400 мм); более тяжелая часть фрезы оказывается внизу. Проверку делают 3—4 раза. Величину неуравновешенности (дисбаланс) устанавливают, прикрепляя к легкой части фрезы грузики (например, кусочки пластилина). Добившись уравновешенности, грузики взвешивают. Произведение добавочной массы на радиус ее прикрепления дает величину дисбаланса (г×см). Для фрез диаметром 120—180 мм дисбаланс допускается до 3—5 г×см. Фрезу уравновешивают удалением (стачиванием, высверливанием) металла с тяжелой ее части в нерабочей зоне.

Динамическая балансировка осуществляется на специальных станках. Она позволяет с высокой точностью (остаточная неуравновешенность не более 1 г×см) уравновесить не только силы, но и моменты. Это особенно важно для инструментов, имеющих большую длину. Балансирование выполняют на станке ДБ-10.

Заточка фрез. При заточке должны обеспечиваться неизменность профиля обработки, углов резания и равенство радиусов одноименных зубьев. Насадные цельные и составные затылованные фрезы затачивают по передней грани с сохранением величины переднего угла g (рис. 24.1, а). Для этого ось фрезы должна быть смещена относительно рабочей плоскости шлифовального круга на расстояние Н₁ = Rsing, где R — радиус фрезы.

Насадные цельные и составные незатылованные фрезы (с прямым затылком зубьев) затачивают по передней и задней граням. Переднюю грань затачивают так же, как и переднюю грань затылованных фрез. Заточка задней грани должна обеспечить неизменность заднего угла a. Для этого при чашечном шлифовальном круге (рис. 24.1, в) зуб фрезы должен быть установлен вершиной ниже ее оси на величину Н₂ = Rsina. При отсутствии чашечного круга допускается заточка плоским кругом большого диаметра (рис. 24.1, г). Тогда ось круга с радиусом R_к должна быть расположена выше оси фрезы на расстояние H_з = R_кsina.

Боковые режущие кромки концевых фрез затачивают по передней грани (с внутренней стороны) с сохранением величины переднего угла g. Торцевые режущие кромки затачивают по задней грани с неизменной величиной заднего угла a. При формировании торцевой кромки надо учитывать поднутрение торцовой поверхности фрезы к центру на 1—2°.

Таблица 24.1

Технические характеристики отечественных станков для заточки фрез

Показатель	ЗВ642	ТчФА	ТчФТ	ТчФК
Диаметр затачиваемого инструмента, мм		80—180	80—200	До 30
Длина затачиваемого инструмента, мм		До 85	До 200	До 100
Число затачиваемых зубьев фрез	—	2; 3; 4; 6; 8; 12	2; 3; 4; 6; 8	1; 2; 3; 4; 8
Диаметр шлифоваль­ного круга, мм	150—175		125—150
Частота вращения шпин­деля, мин-1	2240; 6300		2100—4200
Мощность электродви­гателя, кВт	1,4	1,1	3,3	0,3
Габариты станка, мм	2330x1680x1550	670x670x1220	1500x1500 x1500	670x570x540
Масса станка, кг

Станки для заточки фрезерного инструмента бывают универсальные или специализированные. Особенность любого универеального станка (ЗА64М, ЗА64Д, ЗБ642, ЗВ642 и др.) — возможность перемещения затачиваемого инструмента относительно шлифовального круга в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Группу специализированных станков составляют: заточной станок ТчФ для цельных насадных фрез, заточной полуавтомат ТчФА для тех же инструментов, полуавтомат ТчФТ для твердосплавных насадных фрез, заточной станок ТчФК для концевых фрез и фрезерных цепочек (табл. 24.1).

Установка фрез. Наиболее простой способ — непосредственная установка фрезы на шпинделе с зажимом ее гайкой. Направление резьбы должно быть противоположно направлению вращения шпинделя.

Для установки концевых фрез на шпиндель используют патроны. Затылованные фрезы закрепляют хвостовиком в цанговом патроне. Однорезцовые незатылованные фрезы закрепляют в специальных патронах винтом.

При непосредственной посадке на шпиндель (рис. 24.2, а) фреза 3 упирается в буртик шпинделя 1 и зажимается гайкой 5. Для изменения положения фрезы по высоте используют простановочные кольца 2, прокладки или шайбы 4.

Если диаметр посадочного отверстия больше диаметра шпинделя, применяют посадку на шпиндель через втулку (рис. 24.2, б). Фрезу сначала закрепляют на втулке 6 гайкой 7, а затем втулку устанавливают на шпиндель и крепят затяжной гайкой.

В случае, когда шпиндель не имеет резьбы для крепления фрезы, используют цанговую оправку (рис. 24.2, в). Оправка имеет внутреннюю конусную разрезную 8 и наружную 9 втулки. Фрезу устанавливают на наружную втулку и крепят гайкой. Затем оправку с инструментом устанавливают на шпиндель и закрепляют, вращая верхнюю затяжную гайку. При этом наружная втулка смещается по внутренней конической, в результате чего разрезная ее часть плотно охватывает шпиндель.

Если шпиндель станка не имеет осевого регулировочного перемещения, фреза может крепиться в установочной головке, снабженной устройством для регулирования положения фрезы относительно рабочей поверхности стола (рис. 24.2, г). Положение головки 11 с фрезой регулируют при ослабленной внутренней втулке вращением винта 10, который упирается в торец шпинделя.

Распространено стандартное крепление (рис. 24.2, д) ножевой головки на горизонтальном шпинделе двумя короткими конусными цангами 13, зажимаемыми гайками 15. Штифты 12 в корпусе головки входят в прорези цанг, предотвращая их поворот. Направляющий винт 14 при ввинчивании входит в шпоночный паз шпинделя и служит для фиксирования головки и увеличения надежности передачи крутящего момента.

В зарубежных моделях станков получили распространение гидропластмассовые устройства для закрепления фрез на шпинделях (рис. 24.2, е). Тонкостенная втулка 2 запрессована в корпус фрезы 3. Внутренняя поверхность втулки одновременно является центрирующей и зажимающей. В полость между втулкой и фрезой под давлением нагнетается гидропластмасса 4. Давление создают вращением винта-плунжера 5. Для открепления фрезы давление в полости уменьшают, вывинчивая винт 6. Крепление обеспечивает повышенную точность центрирования фрезы на шпинделе 1.

Концевые фрезы затылованные крепят в цанговых патронах, незатылованные — в специальных патронах с эксцентриситетом z оси отверстия под инструмент относительно оси хвостовика патрона (рис. 24.2, ж). Фреза 1 удерживается в корпусе патрона 2 винтом 7. Хвостовик 5 патрона устанавливают в конусное отверстие шпинделя 6 и затягивают гайкой 4. В корпусе патрона имеется 6 отверстий для ввинчивания балансировочных винтов.

Точность и качество подготовки фрез определяются соответствием их требованиям, установленным стандартами. Допускаются следующие предельные отклонения параметров фрез (норматив в числителе для фрез насадных, в знаменателе—для концевых):

Радиальное биение зубьев, мм не более 0,05/—

Торцовое биение боковых поверхностей зубьев на сторону, мм 0,04/—

Продольный изгиб, мм —/0,05

Отклонения контурных действительных углов резания от номинальных, град, для лезвий:

торцовых —/0,05

боковых ± 1/± 1

Отклонения углов поднутрения и косой боковой обточки

при затыловании от номинальных, град ±0,5/—

Шероховатость заточенных передних задних и боковых

поверхностей зубьев R_а, мкм не более 1,25/1,25

Подготовка сверлильного и долбежного инструмента. Сверла с направляющим центром и подрезателями затачивают с задней стороны основных лезвий, с внутренней стороны подрезателей и по граням пирамиды центра. Правильно заточенное сверло должно иметь направляющий центр с симметрично расположенными гранями и осью пирамиды, совпадающей с осью сверла, основные лезвия, расположенные на одном уровне, и подрезатели одинаковой формы.

При конической заточке режущей части обе режущие кромки должны иметь одинаковую длину, одинаковый угол наклона к оси сверла и одинаковый задний угол (15—25°). Средняя часть поперечного ребра (перемычки) сверла должна совпадать с осью его вращения, длина перемычки не должна превышать 1,5—2 мм. Отклонения углов сверла от номинальных значений должны быть в пределах 1°.

Оборудование и приспособления для заточки сверл: заточной станок ЗБ633, универсально-заточной станок ЗА64, приспособления для заточки сверл, контрольные шаблоны для проверки правильности заточки сверл.

Зубья фрезерных цепочек затачивают по передней грани с сохранением величины переднего угла g=15...20°. Допускаемое отклонение угловых параметров ±1°. Впадины зубьев должны быть закруглены (r =1,5 мм), зубья остро заточены и доведены. Заусенцы и засинение вершин зубьев не допускаются. Режущие кромки однотипных зубьев должны находиться на одинаковом расстоянии друг от друга и лежать на одном уровне (при прямолинейном расположении цепи). Допускаемые отклонения по шагу звеньев и по высоте зубьев ±0,1 мм. Заточка цепочек от руки без направляющих приспособлений не допускается. Затачивают цепочки на станке ТчФК.

Фрезерная цепочка, устанавливаемая в головке цепно-долбежного станка должна быть правильно натянута. Среднее усиление натяжения (по оси направляющей линейки) 100 Н. Этой силе натяжения соответствует стрела прогиба цепочки 6 мм при оттягивании ее от направляющей линейки в середине длины с силой 20 Н.

Подготовка токарных резцов. Ручные токарные резцы с одной фаской затачивают по задней поверхности, с двумя фасками — по передней и задней поверхностям. Станочные токарные резцы (проходные, отрезные и др.) затачивают со стороны задней и передней поверхностей. Для заточки токарных резцов применяют шлифовальные круги зернистостью 20...40, твердостью СМ1. После заточки резцы доводят на доводочном станке или вручную оселком. Ножи круглопалочных головок затачивают по передней фаске. Обычно используют универсальные заточные станки. Правильность заточки оценивают по форме лезвия (контролируется шаблоном) и остроте режущей кромки.

Подготовка абразивного инструмента для шлифования древесины и отделочных покрытий

Для ленточного шлифования из рулона шкурки вырезают ленту необходимой длины и ширины. Склеивают концы ленты встык под углом 45° к кромке (рис. 24.3, а) или внахлестку под прямым углом к кромке (рис. 24.3, б). В первом случае концы шкурки наклеивают на полотняную ленту шириной 100...200 мм. Во втором случае на одном из склеиваемых концов

горячей водой удаляют абразивные зерна на длине 50...80 мм, на освобожденную основу наносят клей и накладывают другой конец ленты, шов зажимают и высушивают. Надевают ленту на шкивы так, чтобы наружный конец в шве был по ходу движения ленты (рис. 24.3, в). Способ навивки и закрепления ленты на шлифовальных цилиндрах определяется их конструкцией.

Глава 25. Абразивные инструменты

Абразивные инструменты подразделяются по абразивному материалу, зернистости, связке, твердости, структуре, форме и размерам.

По абразивному материалу различают шлифовальные круги и бруски электрокорундовые, карбидкремниевые, эльборовые и алмазные. Для доводки твердосплавных инструментов используют порошки и пасты из карбида бора.

Зернистость инструмента определяется номером абразива, из которого он изготовлен (ГОСТ 3647–80) и алмазных шлифовальных порошков (по ГОСТ 9206–80). От зернистости круга зависит шероховатость получаемых в результате заточки рабочих поверхностей резцов: чем меньше размер зерна, тем чище поверхность.

Шлифовальные круги для заточки дереворежущего инструмента изготовляют на керамической (К), бакелитовой (Б) и вулканитовой (В) связках; шлифовальные бруски — на керамической или бакелитовой; алмазные шлифовальные круги — на органической О (бакелитовой) или металлической М (бронзовой).

Твердость абразивного инструмента характеризует способность связки удерживать абразивные зерна от выкрашивания под действием внешних сил. Если связка прочно удерживает зерна, круг — твердый, если слабо — мягкий.

Таблица 25.1

Типы и основные размеры алмазных шлифовальных кругов* для заточки и доводки твердосплавного дереворежущего инструмента

Тип	Наименование (ГОСТ)	Позиция на рис. 25.1	Основные размеры, мм	Назначение
D	B	S	d
АПП	Плоские прямого профиля (ГОСТ 16167–80)		100;	6—32 6—32	3; 5 3; 5		Круглое наружное шлифование фрез, фрезерных головок, сверл, поднутрение круглых пил, шлифо­вание ножей и пил
АПВ	Плоские с выточкой (ГОСТ 16170–81Е)		100; 150	3—10 5—20	1;3;5 3; 5		Чистовая заточка и доводка фасок, но­жей, боковых поверх­ностей зубьев пил
АЧК	Чашки конические (ГОСТ 16172–80Е)		100; 125	3; 5 3; 5			То же, фасок, ножей, фрезерных головок, сверл, боковых по­верхностей зубьев пил
АТ	Тарелки (ГОСТ 16175–81Е)			3; 5			То же, сверл, перед­них граней

*В обозначении кругов из эльбора буква А заменяется буквой Л.

Структура (строение) абразивного инструмента характеризуется количественным соотношением объема абразивных зерен, связки и воздушных промежутков (пор). Структуру обозначают номерами, причем структуре № 1 соответствует объемное содержание абразивных зерен 60%. С повышением номера структуры на единицу это содержание уменьшается на 2%. Структуры № 1—4 называют закрытыми, или плотными, № 5—8 — средними, № 9—12 — открытыми.

Форма и основные размеры шлифовальных кругов стандартизованы. Основные данные о кругах применяемых для заточки дереворежущего инструмента, приведены в табл. 25.1, 25.2 и на рис. 25.1.

Таблица 25.2

Типы и основные размеры шлифовальных кругов для заточки дереворежущего инструмента

Тип (форма)	Наименование и назначение	Позиции на рис. 25.1	Основные размеры
D	H	d
ПП	Плоские прямого профиля для заточки ножей с прямолинейной режущей кромкой			25—50 25—50	32; 76; 127 76; 127
3П	Плоские 45°-го конического про­филя для заточки пил			6—10 6—13	76; 127
4П	Плоские конического профиля с малым углом для заточки сверл, концевых фрез и мелкого инструмента			6—16	20; 51
Д	Диски для заточки ленточных пил, фрез, цепочек и резки металла			2; 5
ЧЦ	Чашки цилиндрические для за­точки ножей, фрез по задней гра­ни			63; 80 63; 80	32; 51; 65 32; 51; 76
IT	Тарелки для заточки фрез малого диаметра и цепочек

Для доводки и правки дереворежущих инструментов могут применяться шлифовальные бруски плоские (БП), квадратные (БКв) или трехгранные (БТ).

Характеристика круга указывается на его боковой поверхности при заводской маркировке. Например, марка «ЧАЗ ЭБ40СТ1Б5 ЗП 300х10х127 35 м/с» расшифровывается следующим образом: ЧАЗ — Челябинский абразивный завод; ЭБ — электрокорунд белый; 40 — зернистость; СТ1 — твердость среднетвердая первая; Б —бакелитовая связка; 5 — номер структуры; ЗП — форма круга; 300 — наружный диаметр, мм; 10 — толщина, мм; 127 — диаметр внутреннего отверстия, мм; 35 м/с — допустимая окружная скорость при вращении.

Перед установкой на заточный станок все абразивные круги тщательно осматривают. Внутренние трещины выявляют простукиванием круга деревянным молотком: цельный круг издает чистый звук, с трещиной — дребезжащий. Круги диаметром 150 мм и более (высокоскоростные круги диаметром 30 мм и более) обязательно испытывают на прочность при скорости, на 50 % превышающей допустимую (указанную на круге). Это испытание проводят на специальном станке, установленном в изолированном помещении.

Глава 26. Организация инструментального хозяйства деревообрабатывающего предприятия

Задачи и функции инструментального хозяйства. Основными задачами инструментального хозяйства предприятия являются: подготовка инструмента с необходимыми рабочими параметрами; обеспечение им рабочих мест; технический надзор за правильной эксплуатацией инструмента.

Основные функции инструментального хозяйства предприятия: определение потребности предприятия в дереворежущем, абразивном и вспомогательном инструменте, в материалах и оборудовании, используемых при подготовке режущего инструмента; составление заявок на инструмент; изготовление некоторых видов инструмента собственными силами; подготовка инструмента к работе; периодическое наблюдение за правильностью эксплуатации инструмента в основных цехах; учет, хранение и списание инструмента; поддержание оборудования по подготовке инструмента в работоспособном состоянии; совершенствование технологических процессов подготовки режущего инструмента; подбор кадров и повышение их квалификации.

Расчет потребного количества режущего инструмента и оборудования для его подготовки. Годовой расход (расходный фонд) режущего инструмента определяется исходя из формул:

; (26.1)

, (26.2)

где R — расход инструмента данного типоразмера на один станок в год, шт.;

T_год — число часов работы инструмента в год, час;

z — число одинаковых инструментов в комплекте на один станок, шт.;

а — величина допускаемого стачивания рабочей части режущего инструмента, мм;

b — величина уменьшения рабочей части инструмента за одну переточку (а/b — возможное число переточек за срок службы инструмента), мм;

t —продолжительность работы инструмента между двумя переточками, ч;

K — процент на поломку и непредвиденные расходы инструмента;

l — число рабочих дней в году;

m — число смен;

Т_cм —продолжительность смены, ч;

n — коэффициент использования времени (загрузки) станка.

Основные данные для этого расчета приведены в табл. 26.1. Зная расходный фонд инструмента, можно определить количество оборудования для его подготовки. Общее количество станков S одного типа (например, заточных) для подготовки одного вида инструмента (например, круглых пил) n типоразмеров рассчитывается по формуле

, (26.3)

где R — годовой расход инструмента одного типоразмера, шт.;

N_и — количество планируемых подготовок (например, заточек) инструмента одного типоразмера;

t_под — время на подготовку (например, заточку) единицы инструмента, мин;

F — годовой фонд времени работы станка для подготовки инструмента, ч.

Ориентировочные нормы трудозатрат на подготовку режущие инструментов, приведены в табл. 26.2.

Таблица 26.1

Данные для расчета расходного фонда дереворежущего инструмента

Инструмент	Продолжитель­ность работы инструмента без переточки t, ч	Уменьшение рабочей части инструмента за одну пере­точку b, мм	Величина допускаемого стачивания инструмента а, мм	Процент на поломку и непредви­денные расходы К
Пилы круглые стальные		0,6—0,8	20—35
Пилы дисковые с пластинками из твердого сплава		0,20—0,25	6-8
Ленточные пилы столярные		0,3—0,4	5—40
Ленточные пилы делительные		0,5—0,7	25—100
Ножи плоские для фрезерования древесины типов I и II		0,2—0,3	10—25
Ножи сборных фрез с пластинками из твердого сплава		0,15—0,2	8—10
Фрезы цельные (насадные)		0,15—0,3	15—25
Фрезы цельные с пластинками из твердого сплава		0,15—0,2	8—10
Фрезы концевые		0,1—0,15	2—3
Сверла		0,2—0,3	20—40
Фрезерные цепочки		0,15—0,2
Гнездовые фрезы (долбежные)		0,15—0,3

Таблица 26.2

Трудозатраты на подготовку режущих инструментов

Инструмент	Операция	Продолжительность операции, tпод, мин, для инструмента
стального	с пластинками из твердого сплава
Рамные пилы	Приклепка планок к одному концу пилы
Правка и вальцевание полотна
Плющение и формирование зубьев		—
Заточка зубьев
Ленточные пилы делительные	Пайка концов пилы	50—65	—
Правка и вальцевание		—
Плющение зубьев	45—70	—
Формирование зубьев	30—50	—
Заточка зубьев	30—35	—
Ленточные пилы столярные	Правка концов	8—10	—
Заточка зубьев	20—25	—
Правка	10—15	5-8
Круглые пилы	Фуговка по окружности	—	3—5
Развод зубьев на станке	2—5	—
Плющение зубьев (вручную)	30—40	—
Заточка	10—15	40—80
Доводка	—	20—35
Балансирование	—	5—10
Ножи плоские для фрезерования	Заточка	4—12	6-18
Доводка	1—3	2-8
Балансирование	2—4	2—4
Фрезы цельные	Заточка		20—35
Доводка		8—15
Балансирование		3—6
Фрезы концевые	Заточка		—
Доводка		—
Балансирование		—
Сверла	Заточка	6—10	—
Цепочки фрезерные	То же		—
Гнездовые фрезы (долбежные)	То же	5—7	—

 

Общее представление о номенклатуре и основных параметрах заточных станков дано в табл. 26.3.

Другую крупную группу оборудования инструментального цеха составляют станки и установки для подготовки полотен и зубьев пил. Обычно это оборудование устанавливается на специально выделенном участке цеха. Сведения об основных моделях этого оборудования также приведены в табл. 26.3.

Таблица 26.3

Характеристики оборудования для подготовки дереворежущего инструмента

Наименование	Наибольший размер инструмента (длина, ширина, диаметр), мм	Скорость продольной подачи, м/мин	Мощ­ность, кВт	Масса, т
Станки для заточки ножей
Полуавтоматы для заточки плоских ножей с прямолинейной режущей кромкой:
ТчН31-5	длина 3150	0,5...12,0	7,0	2,7
ТчН21-5	» 2120	2,0...12,0	7,0	2,2
ТчН13-5	» 1320	0,5...12,0	4,0	1,5
ТчН6-5	» 670	0,5...12,0	4,5	1,0
Полуавтомат для заточки ножей с пластинами из твердого сплава ВЗ-157	1320 (длина); до 200 (ширина)	4,0...12,0	3,3	1,5
Станки для заточки пил
Полуавтоматы для заточки круглых пил:
ТчПК22-2	2200 (диаметр)	30; 60*	3,0	1,0
ТчПК16-2	1600 »	30; 55	2,0	0,6
ТчПК8-2		20; 40; 80	1,1	0,6
ТчПК4-2	400 »	20; 40; 80
Полуавтомат для заточки твердосплавных круглых пил ТчПТ-4	630 »	5...30	1,55	0,7
Полуавтомат для глубинной заточки твердосплавных круг­лых пил ТчПТ6-Гл	630 »	5...30	1,6	0,7
Полуавтомат для многопроходной и глубокой заточки твердосплавных круглых пил ТчПТ6-2	630 »	5...30	2,4	0,8
Станок для боковой заточки зубьев твердосплавных круглых пил ТчПКБ			1,6	0,4
Полуавтомат для заточки и развода зубьев ленточных сто­лярных пил ТчЛ6-2	7...60 (ширина)		0,5	0,3
Полуавтомат для заточки ленточных пил ТчЛ35-2	50...350	35; 70	1,5	0,7
Станок для заточки круглых, рамных и ленточных пил ТчПА-6	180...1000 (диаметр) 80...200 (ширина)	35; 40; 80	1,1	0,8
Станок для заточки рамных, круглых пил и плоских ножей	200...1250 (диаметр) 80...200 (ширина) до 640 (длина ножа)	35; 54	1,35	0,6
Станки для заточки фрез и сверл
Полуавтомат для заточки стальных и твердосплавных на­садных цельных и сборных фрез ТчФА-2	80...180 (диаметр); до 200 (ширина)	0,5...4,0	3,3; 4,5	1,1
Полуавтомат для заточки стальных и твердосплавных кон­цевых фрез, а также сверл и фрезерных цепочек	до 40 (диаметр)	—	0,3	0,5
Универсальные заточные станки
ЗМ642	до 200 (диаметр фрез);	—	1,5; 1,1	1,6
ЗМ642Е	до 630 (диаметр пил);
	до 200 (длина ножей)
Станки для подготовки зубьев и полотен пил
Полуавтомат для холодного плющения и формования зу­бьев ленточных пил ПФХЛ-2	350 (ширина)	10**	1,1	0,6
То же, круглых пил ПХФК8-2	900 (диаметр)		1,2	0,7
Полуавтомат для развода зубьев круглых пил РПК	800 (диаметр)		0,6	0,45
Станок для обрезки и насечки зубьев пил ПШ6	6,0 (толщина)		3,0	1,1
Станок для вальцевания рамных, круглых и ленточных пил ПВ35-2	350 (ширина)		2,0	0,4
Установка для припайки пластин твердого сплава к зубьям пил НПЭ-05У	100...800 (диаметр)	—	—	—
Установка для электроконтактной закалки зубьев круглых пил ЭКЗК-3	100...800 (диаметр)	—	—	—

* Число двойных ходов в минуту.

** Число подготавливаемых зубьев в минуту.

Раздел IV. Общие сведения о деревообрабатывающем оборудовании.

Глава 27. Основные понятия, схемы и классификация оборудования

Общая схема механической технологии древесины и древесных материалов

В результате механической обработки древесины из первичного древесного сырья получают изделия и детали определенной формы, размеров и качества. На рис. 27.1 показана общая схема механической обработки древесины и древесных материалов на станках- Основой современной малоотходной технологии является рациональный в будущем оптимальный раскрой хлыста. Хлыст имеет форму усеченного конуса со сбегу (в среднем 1...З см на 1 м длины), обычно искаженного продольной кривизной, наплывами и утолщениями в зоне срубленных сучьев. Комлевую часть его обычно раскряжевывают на сырье 1 для производства фанеры и строганного шпона: чураки и брусья (ванчесы). На лущильных станках вращающиеся чураки разрезаются ножом и разворачиваются в лист шпона, как рулон бумаги 2. Лущеный шпон разрезают ножницами на форматные листы, из которых в прессах склеивают фанеру 3 или другие изделия. Брусья, предназначенные для получения строганного шпона, вначале раскраивают по сечению, а затем в результате поперечного 4 или продольного 5 строгания на строгальных станках получают облицовочный шпон или дощечку.

Бревна, полученные из средней части хлыста, служат сырьем для лесопильной промышленности. Вначале их окаривают, а затем подвергают продольному раскрою на лесопильных рамах. кругло- и ленточнопильных станках или линиях агрегатной переработки. Возможны различные схемы раскроя. По развальной схеме 6 бревно распиливают на ряд необрезных досок 9. которые используются в качестве древесного сырья для различных производств или опиливаются с двух сторон на обрезных станках, в результате чего получаются обрезные доски 10. При распиливании с брусовкой 7 получают двухкантные брусья и горбыли 11. Брусья обрезают по двум обзольным кантам 12 и получают четырехкантный брус 13 и горбыль. Горбыли распили­вают вдоль на делительных станках на тонкие дощечки 12.

Агрегатный способ получения пиломатериалов 8 предусматривает фрезерную переработку 8 периферийной части бревна в щепу 14 с одновременным распиливанием центральной части на брусья 17 или обрезные доски. Брусья распиливают на многопильных станках на обрезные доски 15. Обрезные доски распиливают поперек 16 на торцовочных и вдоль 18 на прирезных станках и получают брусковые заготовки требуемого сечения и длины. Брусковые заготовки поступают на станки для фор­мирования необходимого поперечного сечения точных размеров, формы и шероховатости поверхности: продольно-фрезерные 19, шипорезные 20, сверлильные и сверлильно-фрезерные 21, то­карные 22, фрезерные 23 и др. Отдельную группу составляют детали и изделия с криволинейными контурами, полученные ме­тодами гнутья 24 в прессах и ваймах. Последней операцией ме­ханической обработки резанием является придание поверхности деталей требуемой шероховатости, что осуществляется преиму­щественно шлифованием абразивными инструментами.

Вершинную часть ствола, горбыли, рейки, обрезки от тор­цовки и др. измельчают на рубительных машинах в технологи­ческую щепу 14 для изготовления ДСтП, ДВП, целлюлозы 25. Готовые плиты раскраивают на щитовые заготовки, на формат­ных станках 26, которые в дальнейшем фрезеруют, сверлят, шли­фуют и т. д. Детали из плит, кроме того, подвергают операциям просечки-штамповки 27 и фигурной обработке по контуру 28. Кроме того, детали и изделия из древесины и древесных мате­риалов облицовывают, отделывают, собирают и упаковывают.

Многообразие размеров и форм обрабатываемых древесных материалов, а также технологических процессов и видов получае­мой продукции предопределяет большое разнообразие станоч­ного оборудования для механической обработки древесины. Не­возможно в этой книге детально рассмотреть даже большинство известных конструкций. Рассматриваются конструктивные осо­бенности только наиболее распространенных и прогрессивных станков. Этому рассмотрению предшествует изучение общих теоретических вопросов, характерных для любого деревообра­батывающего оборудования.

Определение рабочих машины. Основные органы и движения в машинах.

Движения, направленные на непосредственное выполнение рабочего процесса, называются основными. При резании — это движения формообразования, при… Главным называется движение, определяющее рабочий процесс; например, в… Подачей называется движение, необходимое для повторения главного движения. В дереворежущих станках, например, это…

Классификация и индексация оборудования.

Деревообрабатывающее оборудование классифицируют по производственному, конструктивному и технологическому признакам. По производственному признаку различают станки общего назначения и специальных производств (мебельное, сушильное, спичечное, лесопильное, плитное, фанерное и т. д.), которые применяются только в данном производстве. Станки общего назначения применяются в различных производствах в зависимости от потребности как вспомогательное оборудование.

Рабочие машины подразделяют в зависимости от вида выполняемых ими технологических операций (отделочная, клеильно-сборочная, фрезерная, токарная, шлифовальная, полировальная, сверлильная и др.). По конструктивным признакам машины могут быть: одно- и многошпиндельные, индивидуальной композиции и агрегатные; вертикальной, горизонтальной, рядной или круговой компоновки; полумеханизированные, механизированные, автоматы и полуавтоматы. По технологическим признакам машины подразделяют: на позиционные, проходные и позиционно-проходные; одно- и многопредметные или одно- и многопоточные; одно- и многопозиционные; одно- и многосторонние.

Для отечественных деревообрабатывающих станков принята буквенная индексация станков с цифровой характеристикой одного из основных параметров станка, иногда с указанием модели. Буквы в индексации указывают тип и основной признак.

Буквенная индексация.

Круглопильпые станки для продольной распиловки с конвейерной подачей ЦДК Круглопильные станки для поперечной распиловки, суппортные с… Ленточные столярные станки ЛС

Глава 28. Показатели технического уровня оборудования

Под техническим уровнем оборудования понимается совокупность показателей, характеризующих его соответствие современным достижениям науки и техники и определяющих степень пригодности оборудования по назначению.

В соответствии с ГОСТ 22851–77 и Методическими указаниями РД-50-149–79 для оценки технического уровня оборудования применяют следующие группы показателей: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, унификации, патентно-правовые, экологические, безопасности и экономические.

Показатели назначения. Показатели назначения характеризуют свойства оборудования, определяющие основные функции, для выполнения которых оно предназначено, и обусловливают область его применения. К ним относятся: классификационные показатели; показатели функциональной и технической эффективности; показатели состава и структуры.

Классификационные показатели характеризуют принадлежность оборудования к определенной классификационной группировке и дают представление о его основных параметрах. К ним относятся название машины и назначение, техническая характеристика (размеры обрабатываемых заготовок и получаемых деталей, скорость подачи, установленные мощности, частота вращения и диаметр режущего инструмента, габаритные размеры и т. д.).

Показатели функциональной и технической эффективности характеризуют полезный эффект от эксплуатации оборудования и прогрессивность технических решений, заложенных в него. Наиболее важными показателями являются следующие.

1. Производительность машин, выражающая количество продукта, вырабатываемого на них в единицу времени (шт/ч, м³/ч, м²/ч). При обработке единицы продукции затрачивается время на выполнение основных и вспомогательных операций, которые составляют цикл обработки. Кроме того, имеются внецикловые затраты времени на наладку, уборку, регламентированный отдых рабочего и т. д. Следовательно, калькуляционное время , мин, учитывающее все виды затрат времени на одно изделие,

, (28.1)

где — длительность обработки одного изделия; — внецикловые потери, приходящиеся на одно изделие; — длительность подготовительно-заключительных операций при обработке партии из деталей.

Поскольку внецикловые потери могут совпадать с цикловым временем,

, (28.2)

где — коэффициент совпадения внецикловых потерь с цикловым временем.

Различают технологическую, цикловую и фактическую производительность. Технологической (идеальной, фиктивной) называется производительность машины при непрерывной работе, т. е. без потерь времени на вспомогательные операции. На самом деле каждая машина теряет часть времени на вспомогательные и внецикловые операции, так что этот показатель фиктивный и нужен для оценки или сравнения схем и моделей машины по основному показателю — технологичности обработки на машине:

,(28.3)

где — время на рабочие ходы, т. е. непосредственно на обработку (резание, сборку, отделку и т. д.).

Цикловой (конструктивной) называется производительность без учета внецикловых потерь. Она характеризует конструктивное совершенство станка:

, (28.4)

где — время цикла обработки; — время на холостые ходы при обработке, например на загрузку, закрепление, открепление и съем детали или режущего инструмента и т. д.; — коэффициент степени совмещения времени холостого и рабочего ходов.

Фактической называется производительность с учетом всех видов затрат времени. Она дает представление о производительности станка в реальных условиях производства:

, (28.5)

где — время всех внецикловых операций, приходящихся на одну деталь, включая время технического и организационного обслуживания и время перерывов на обед; — коэффициент степени совмещения вне­цикловых операций с цикловыми.

Отношение цикловой производительности к технологической называется коэффициентом производи­тельности

, (28.6)

Отношение фактической производительности к цикловой называется коэффициентом использования станка

, (28.7)

Значения и берут из справочников или подсчитывают по формулам (28.6) и (28.7) по факти­ческим значениям ,и .

Фактическая производительность машины за рабочую смену выражается формулами:

для проходных машин

, (28.8)

где v_s — скорость подачи, м/мин; Т — длительность рабочей смены, мин; i₀ — число одновременно обраба­тываемых деталей, шт.; i_П — число проходов для полной обработки детали; L —длина детали, м;

для цикловых машин

, (28.9)

где — число деталей, обработанных за цикл, шт.

для роторных машин

, (28.10)

2. Точность и стабильность обработки. Качество обработки деталей характеризуется точностью их изготовления и шероховатостью обработанной поверхности. Шероховатость обработанной поверхности в значительной степени зависит от вида резания, подачи на резец, скорости резания, остроты резцов.

Точность любого параметра детали является результатом действия множества различных факторов, относящихся к станку, инструменту, обрабатываемой заготовке, режиму, средствам измерений и т. д. Размер детали можно рассматривать как случайную величину X, которая зависит от систематических и случайных погрешностей.

Точность, с которой детали обрабатываются на станке в данный фиксированный момент, называется технологической. Она характеризуется величиной фактической погрешности размеров и формы по сравнению с заданными на чертежах. Технологическая точность должна обеспечить установленный уровень взаимоза­меняемости деталей при сборке, заданную точность изделия и экономическую эффективность обработки. На чертежах указывают допустимые погрешности d, называемые допусками (рис. 28.1, а). По системе допусков и посадок (по стандарту СТ СЭВ 145–75) допуском называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами (). Номинальным называется размер, относительно которого опре­деляются предельные размеры. Совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров, называется квалитетом. ГОСТ 6449–82 для деревообработки предусматривает девять квалитетов: 10; 11; ...; 18 (в порядке возрастания допусков и уменьшения точности), допуски на которые обозначаются соответственно 1Т10, 1Т11, ...,1Т18.

Рассеивание размеров при обработке заготовок из древесины носит случайный характер и соответствует нормальному распределению. Кривая нормального распределения характеризуется симметричной формой с асимптотическим приближением обеих ветвей к оси абсцисс (рис. 28.1, б) и описывается формулой

, (28.11)

где — переменная случайная величина; — среднее арифметическое (или центр рассеивания) случайной величины ; - среднее квадратическое отклонение случайной величины ; — основание натуральных логарифмов.

Среднее значение или центр рассеивания выборки определяют по формуле

, (28.12)

где - результат i-го измерения.

Среднее квадратическое отклонение определяют по формуле:

. (28.13)

При оценке точности принято считать предельным отклонением значение ±3S, а поле рассеивания равным w=6S, в котором находится 99,73 % всех вероятных размеров деталей.

Технологическую точность определяют по результатам обработки на станке выборки из случайно отобранных деталей в количестве 10…50 шт. (ГОСТ 1647–70). Выборка такого объема позволяет определить совместное влияние случайных и систематических погрешностей контролируемого параметра точности.

Контролируемый размер детали измеряется с помощью микрометра с ценой деления 0,01 мм. Число замеров каждой детали должно быть не менее трех: посередине и на расстоянии 20...50 мм от торцов. Данные измерений заносят в протокол и для каждой детали определяют среднее значение размера.

Средние замеры контролируемого параметра обработанных деталей составляют вариационный ряд, который подвергается статической обработке. Определяют наименьший X_min и наибольший Х_mах размеры обра­ботки, а весь диапазон Х_mах – X_min разбивают на 6...15 интервалов. Дальнейшую обработку результатов измере­ний проводят в табличной форме (табл. 28.1).

28.1. Пример статистической обработки результатов измерений технологической точности

№ интервала	Границы интервалов, мм	Среднее значение в интервале	Число деталей в интер-вале ni
	10,05…10,10	10,075		20,15	-0,148	0,0219	0,0438
	10,11…10,15	10,13		50,65	-0,093	0,0086	0,0430
	10,16…10,20	10,18		61,08	-0,043	0,0018	0,0108
	10,21…10,25	10,23		81,84	-0,007	0,00005	0,00040
	10,26…10,30	10,28		30,84	0,057	0,0032	0,0096
	10,31…10,35	10,33		41,32	0,107	0,0114	0,0456
	10,36…10,40	10,38		10,38	0,157	0,0246	0,0246
	10,41…10,45	10,43		10,43	0,207	0,0428	0,0428

Среднее значение или центр рассеивания выборки определяют по формуле:

мм.

Среднее квадратическое отклонение

мм.

Расчет и можно вести на ЭВМ или калькуляторе с использованием стандартной программы.

Оценку достоверности полученных значений параметров точности рекомендуется проводить методом доверительных интервалов. Для

, (28.14)

где определяется по формуле

, (28.15)

где t_γ квантиль распределение Стьюдента, определяемы для заданной доверительной вероятности γ в зависимости от уровня значимости (α = 1 - γ) и числа степеней свободы k = n - 1 (значений квантилей приводятся в справочниках по математической статистике).

Доверительным интервалом для величины S (при нормальном распределении параметра х) будет

, (28.16)

где и —значения критерия согласия Пирсона, определяемые в зависимости от числа k = п — 1 и вероятности Р:

(28.17)

Доверительная вероятность у обычно принимается достаточно большой и равной 0,9; 0,95; 0,99 в зависимости от требуемого качества изготавливаемой продукции.

О степени соответствия фактического рассеивания погреш­ностей нормальному закону распределения можно судить по практической кривой рассеивания (полигону рассеивания) и теоретической кривой нормального распределения, показанным на рис. 28.1,б. При стабильном технологическом процессе и хорошем техническом состоянии станка полигон распределения близок к теоретической кривой.,

Значения технологической точности используют для оценки технического уровня и состояния оборудования, а также для его размерной настройки.

Целью размерной настройки является повышение процента полезного выхода деталей, удовлетворяющих задан­ным требованиям по точности. Практически это достигается при совмещении, середины поля допуска х_д = 0,5 (х_в + х_н) с середи­ной поля рассеивания размеров х (см. рис. 28.1,а). Однако может быть достигнуто лишь приближение величины х к величине х_д. Разность, х - х_д = ε является абсолют­ным выражением погрешности размерной настройки и назы­ваетсякритерием абсолютной точности на­стройки станка.В различных настройках одного и того же станка значение ε не является постоянной величиной и может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Существуют три основных метода размерной настройки: ста­тическая; обработка пробных деталей; статическая с контро­лем по пробным деталям .(комбинированный).

Статическая настройка осуществляется с помощью этало­нов, предельных калибров, универсальных измерительных ин­струментов или настроечных механизмов, предусмотренных в системе станка. При настройке методом пробных деталей на станке обрабатывают 3.. .5 деталей.

Настройка считается правильной, если соблюдается соот­ношение:

или . (28.18)

Если условие (28.18) не соблюдено, то необходимо провести поднастройку оборудования и после повторной обработки пробных заготовок определить новое значение .

Оценка точности обработки деталей на станке выполняется по показателю вероятности выполнения задания:

, (28.19)

— значение функции нормального распределения.

Одним из основных показателей точности деревообрабатывающего станка как технологической системы является коэффициент точности (по контрольному параметру):

. (28.20)

Прежде чем приступить к настройке, необходимо по значению номинального размера х_ном и обозначению IT... поле допуска по ГОСТ 6449—82 определить численные значения поля допуска и предельные верхнее и нижнее отклонения поля допуска для интервала номинальных размеров, включающего х_ном .

Рассчитывают верхнее х_в и нижнее х_н предельные значения контролируемого параметра (верхняя и нижняя границы поля допуска) и середину поля допуска х_Д.

 

Пример. Требуется провести настройку рейсмусового станка комбинированным методом на размер, обозначенный на чертеже 65 в 14. Определяем номинальный размер х_ном = 65 мм, квалитет точности IТ=14, интервал номинальных размеров — 50 ... 80 мм, поле допуска = 0,74 мм, верхнее предельное отклонение = — 0,19 мм, нижнее предельное отклонение = —0,93 мм, верхняя граница поля допуска = 64,81 мм, нижняя граница поля допуска = 64,07 мм, середина поля допуска = 64,44 мм.

Выполняется статическая настройка станка органами управления в размер, соответствующий середине поля допуска x_Д. В рассматриваемом примере х_Д = 64,44 мм. После этого на станке обрабатывают пять пробных заготовок, выполняют замеры контролируемого параметра, которые заносятся в табл. 28.2.

Среднее значение размера деталей после обработки первой группы пробных заготовок рассчитывают по формуле (28.12):

мм

Критерий абсолютной точности настройки :

мм

28.2. Протокол результатов замеров х₁,мм, пробных деталей

Номер детали	1-й замер	2-й замер	3-й замер
	64,34	64,50	64,26
	64,32	64,30	64,48
	64,28	64,38	64,40
	64,36	64,54	64,44
	64,52	64,42	64,46

 

По полученному значению можно судить о том, что необходимо вы­полнить поднастройку станка на величину с помощью органов управления (для рейсмусового станка необходимо опустить стол на 0,04 мм) и вновь обработать пробные заготовки с последующим расчетом х₂, ε₂ и проверкой по соотношению (28.18).

Коэффициент точности станка по контролируемому параметру рассчиты­вается по формуле (28.20). Для нашего примера при обработке деталей в размер 65 в 1Т по 14-му квалитету:

К_т = ω/δ = 0,54/0,74 = 0,73 < 1,

т. е. станок удовлетворяет заданной точности обработки.

При обработке деталей, например по 13-му квалитету (δ = 0,46)

К_т = 0,54/0,46 = 1,17 > 1.

Станок не обеспечивает заданную точность обработки.

Вероятность выполнения задания рассчитывают по формуле (28.19). Для рассматриваемого случая (14-й квалитет):

.

Для 13-го квалитета (65 b13, δ_в = - 0,19; δ_н = - 0,65):

.

Следовательно, исследуемый станок обеспечивает приемлемую вероятность выполнения задания начиная с 14-го квалитета.

Технологическая точность характеризует работу оборудова­ния в фиксированные моменты времени. При эксплуатации в результате ряда процессов (износ режущего инструмента, разрегулировка станка, температурные деформации и др.) про­исходит смещение среднего уровня поля рассеивания х относи­тельно середины поля допуска х_д, а также изменение величины самого поля рассеивания ω = 6S (рис. 28.2).

Для прогнозирования работы оборудования и управления технологическим процессом важно знать изменение точности во времени. Свойство технологического процесса сохранять пока­затели точности в заданных пределах в течение некоторого времени называется стабильностью технологического про­цесса. Технологическая стабильность процесса обработки зави­сит от начального уровня, скорости и характера изменения зна­чений х и во времени.

В качестве показателя стабильности принята вероятность выполнения задания по каждому параметру точности изготов­ляемой продукции Р (t):

, (28.21)

где x_o и S_о — соответственно средние значения начального уровня настройки и среднего квадратического отклонения; γ­_x и γ_S — соответственно скорость изменения среднего значения поля рассеивания и среднего квадратического отклонения; t—нара­ботка.

Анализ технологической стабильности станка проводят ме­тодом мгновенных выборок (ГОСТ 15395—77). Объем мгновен­ных выборок n' зависит от величины k' партии обрабатывае­мых заготовок и допустимой предельной вероятности q при­знания годными дефектных деталей в контролируемой партии. Практически в большинстве случаев целесообразно отбирать для контроля n' = 50 в 10 мгновенных выборках по 5 деталей или в 5 выборках по 10 деталей.

Пример. Определить стабильность обработки на рейсмусовом станке, настроенном на размере 40 Is 15. В этом случае номинальный размер хном = 40мм, квалитет точности 11—15, интервал номинальных размеров - 30 ... 50мм, поле допуска δ = 1,0мм, нижнее предельное отклонение δн = - 0,5 мм, верхнее предельное отклонение δв = + 0,5мм,нижняя граница поля допуска xн = 39,5мм, верхняя граница поля допуска xв = 40,5мм, середина поля до­пуска xд = 40,0мм.

28.3. Пример статистической обработки результатов измерений технологической стабильности

	Размер детали, мм, в мгновенных выборках
Измеряемый
параметр	I
x1	39,88	40,10	40,00	40,07	39,99
x2	39,98	39,97	39,98	39,99	40,15
x3	40,00	39,90	40,11	40,16	40,04
x4	40,05	40,12	39,88	40,00	40,07
x5	40,12	39,93	40,05	39,87	39,88
xi	40,01	40,02	40,07	40,09	40,12
xmах	40,12	40,12	40,11	40,16	40,15
xmin	39,88	39,90	39,88	39,87	39,88
Si	0,089	0,102	0,113	0,097	0,108
ωi	0,533	0,610	0,678	0,583	0,646
ti	t1 = 0	t2 = 100	t3 = 200	t4 = 300	t5 = 400

 

За наработку Т на рейсмусовом станке обработана партия заготовок и периодически через равные промежутки времени t₁,…,t₅ сделаны выборки деталей. Средние размеры контролируемого параметра обработки занесены в табл. 28.3 и подвергнуты статистической обработке.

Проверяем однородность полученных средних квадратических отклонений в i выборках по критерию Кохрена:

, (28.22)

где S_imax — наибольшая из оценок дисперсий S_i­.

 

. (28.23)

 

Значение G_табл находят в справочниках по математической статистике при уровне значимости q = 0,05, числе степеней свободы k = m - 1 = 4 и числе мгновенных выборок n. При n = 5 G_табл = 0,59, G_расч < G_табл, следовательно, выборки однородны.

Требуется определить функции смещения центра группирования размеров (t) и изменения мгновенных погрешностей, определяемых через среднее квадратическое отклонение S (t). При этом исходим из того, что эти функции имеют линейный характер. Это предположение можно принять потому, что основной показатель, влияющий на точность обработки в межналадочный период, — износ резцов изменяется линейно в зависимости от пути резания.

. (28.24)

При экспериментальном решении этого уравнения результаты опытов не­обходимо выравнять. Обычно это делается способом наименьших квадратов.

(28.25)

 

28.4. Значения вероятности Р(t) выполнения задания при различных значениях наработки t

t
Р(t)			0,9998	0,9976	0,9861	0,9500	0,8700	0,7346	0,6200	0,3326

 

По аналогии с расчетом х получим

Рассчитывается вероятность выполнения задания Р для заданных t₁, t_2,…,t₅ и больших наработок инструмента по формуле (28.21). Для рассматриваемого примера х_o= 40,004; γ_х = 2,9 · 10^-4; х_н = 39,5;

S_о = 0,0996; γ_S = 4,8 · 10^-5; х_в = 40,5.

 

Результаты расчетов представлены в табл. 28.4.

Предположим, что предельно допустимый процент брака q = 5 %, тогда P(t_пр) > 0,95. По табл. 28.4 для значения Р = 0,95 предельное значение вре­мени t_пр = 900 мин, через которое необходимо выполнить замену (заточку) инструмента и (или) регулировку станка.

 

2. Геометрической точностью называется точность изготовления машины. Существуют стандартные виды испытаний станков на геометрическую точность, при которых проверяется точность изготовления отдельных элементов машины: прямолинейность или плоскостность (рис. 28.3, а) направляющих или поверхностей столов, точность вращения шпинделей — радиальное (рис. 28.3, б) и осевое (рис. 28.3, в) биение, точность ходового винта и др., правильность взаимного положения и движения узлов и элементов машины, параллельность (рис 28.3, г, д) или перпендикулярность (рис. 28.3, е) основных направляюших или поверхностей стола и осей шпинделей, соосность или параллельность (рис. 28.3, ж) шпинделей, смещение валов (рис. 28.3, з) или суппортов в зазорах опор и направляющих.

Проверку геометрической точности машин проводят по нормам ГОСТа, которые приводятся в техническом паспорте на оборудование. Например, плоскостность проверяют следующим образом. На проверяемую поверхность (рис. 28.3, а) в продольном и диагональном направлениях устанавливают калибро­вочные плитки или щупы одинаковой толщины класса точности 2. На них проверочной гранью кладут контрольную линейку класса точности 3. Просвет между поверхностью и гранью линейки проверяют щупом. Сравнение наибольшей погрешности с ее допускаемыми значениями, указанными в техническом паспорте или ГОСТе, позволяет определить класс точности станка.

3. Жесткостью называется способность машины или ее элементов оказывать сопротивление деформи­рующему действию внешних сил. При определении статической жесткости С проводится нагружение нерабо­тающего станка (механизма, узла, детали) статической силой , Н, и измерение перемещения элемента станка в направлении действия вектора силы:

. (28.26)

Технологическая система станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) представляет собой упругую систему, деформации которой под действием сил, возникающих при обработке, вызывают погрешности обработки. Поэтому придание механизмам машины достаточной жесткости и сохранение ее в процессе эксплуатации машины является гарантией обеспечения технологической точности.

На рис. 28.4, а приведена схема измерения статической жесткости шпинделя. Сила нагружения шпинделя создается парой винт-гайка 8, 7, контролируется по индикатору 6 динамометром ДОСМ-3 5 и передается через шарик 4 и призму 3. При использовании шарика можно наиболее точно выдержать координату точки приложе­ния силы и поворачивать призму при нагружении, когда меняется расположение нагружаемых элементов. Перемещение измеряют индикатором часового типа ИЧ-10 2 с ценой деления 0,01 мм. Индикатор устанав­ливают на станине экспериментальной установки на специальной или стандартной стойке. Измерения проводят при ступенчатом нагружении и разгружении. Весь цикл измерений повторяется дважды, а при большом разбросе показаний (более 10 %) – трижды. На каждой ступени для нагрузки и разгрузки вычисляют среднее арифметическое перемещения и по этим данным строят характеристику перемещения узла (рис. 28.4, б).

Нагрузочная и разгрузочная линии образуют петлю гистерезиса, которая определяет работу, затрачи­ваемую на трение в стыках. По кривым нагрузки и разгрузки можно построить усредненную линию, пересе­чение которой с осью 2 показывает величину зазора . Тогда упругое перемещение узла , а жесткость рассчитывается по формуле:

. (28.27)

Жесткость серийно выпускаемых машин должна нормироваться техническими условиями или ГОСТами.

Динамическая жесткость определяется для работающего станка и в значительно большей степени отражает реальную способность механизма (узла, детали) оказывать сопротивление деформирующему действию внешних сил, возникающих в процессе обработки. При этом силы могут иметь как статический, так и динамический характер, обусловленный процессом резания и инерционными нагрузками от неуравновешенных вращающихся масс.

По аналогии с формулой (28.26) динамическая жесткость Сд определяется как отношение действующей нагрузки F_ДИН к упругому перемещению (виброперемещению) Z_ДИН:

, (28.28)

Показатели надежности. Основные понятия и определение теории надежности регламентированы ГОСТ 27.002–83. Надежность — свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки.

Состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации называется работоспособным. Если хотя бы один из этих параметров не соответствует требованиям документации, наступает событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния машины, которое называется отказом.

Оборудование может потерять работоспособность в двух случаях: когда его узлы перестают функционировать или когда оно в процессе работы не обеспечивает требуемые параметры в заданных пределах (технологическую и геометрическую точность, равномерность перемещений и т. д.). В связи с этим различаются отказы элементов и параметрические отказы.

Отказы элементов. Отказы элементов являются явными и обнаруживаются обычным наблюдением. Это поломки, пластические деформации и разрушение контактирующих поверхностей, которые сопровождаются остановкой машины. Они легко обнаруживаются в общем потоке отказов. Различают внезапные и постепенные отказы элементов. Внезапные отказы возникают как следствие перегрузок, связанных с неизбежными случайными колебаниями внешних условий и флуктуациями взаимодействия элементов. Если в случайном стационарном процессе наблюдается колебание нагрузки около среднего уровня , возможен момент , когда она достигнет значения, превосходящего допустимый предельный уровень и тогда произойдет отказ. Этот процесс носит название схемы мгновенных повреждений.

Постепенные отказы элементов машины происходят в результате накапливания износных, или усталостных повреждений. В результате потери начальной прочности происходит поломка или пластическое деформирование детали.

Наиболее типичная для реальных машин схема возникновения отказа — в результате действия нескольких причин, например нагрузки стационарного случайного процесса при уменьшающемся вследствие износа предельно допустимом уровне нагружения .

Параметрические отказы приводят к такому состоянию машины, при котором она не обеспечивает сохранение в допустимых пределах своих выходных характеристик. При этом машина продолжает функционировать. Такой отказ простым наблюдением за работой машины выявить практически невозможно. Для его обнаружения требуется провести специальные работы по определению численных значений выходных параметров станка. Если момент появления отказа не был зафиксирован, дальнейшая эксплуатация неисправного станка может навести значительный экономический урон вследствие выпуска некачественной продукции. Поэтому большое значение имеет информация о границах работоспособности машины и динамике изменения выходных параметров, которые и являются определяющими при анализе параметрического отказа. Параметрические отказы носят обычно постепенный характер и подразделяются на отказы по технологическим и функциональным параметрам.

К технологическим относятся отказы по критериям точности обработки, шероховатости поверхности, качеству отделки и т.д. Отказ наступает в тот момент, когда численное значение критерия превышает его регламентированную ГОСТом величину.

Появлению технологического отказа предшествует процесс ухудшения параметров технического состояния станка и при выходе какого-либо одного или нескольких из них за предельные значения, регламентируемые ГОСТом и ТУ, наступает отказ по функциональному параметру.

Надежность — сложное свойство, которое в зависимости от назначения машины и условий ее применения представляет собой сочетание свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность — свойство машины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки (продолжительности или объема работы машины).

Долговечность — свойство машины сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность — свойство, характеризующее приспособленность машины к предупреждению и обнаружению отказов и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — способность объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, осуществляется с помощью единичных или комплексных показателей надежности. Их оценку приводят статистическими методами.

Для оценки безотказности чаще всего служит наработка на отказ. Средняя наработка на отказ T_O — среднее арифметическое значение наработок между отказами для совокупности (выборки) машин:

, (28.29)

Другим показателем безотказности является вероятность безотказной работы Р(t), или, как его часто называют, коэффициент надежности. Он характеризует вероятность того, что в заданном интервале времени t = T не возникает отказа машины. Например, если вероятность безотказной работы машины в течение Т = 1000 ч составляет 0,95, то это означает, что из большого числа машин данной модели в среднем около 5% машин потеряют свою работоспособность раньше, чем через 1000 ч работы. Применительно к выпуску одного изделия вероятность безотказной работы определяет шансы изделия проработать без отказов заданный период времени.

, (28.30)

где ; n и n_o — число отказов на момент времени t₁ и t₂ соответственно.

Долговечность оценивают по следующим показателям. Средний ресурс T_P — математическое ожидание ресурса или средняя наработка от начала эксплуатации до предельного состояния. Для большенства деревообрабатывающего оборудования такое состояние определяется выходом за пределы норм точности, регламентированных ТУ по основным проверкам, определяющим технологическую точность.

. (28.31)

где T_{P j}— ресурс j–го станка с начала эксплуатации до выхода за пределы норм точности; N — число станков, поставленных на испытания.

Средний срок службы Т_c — математическое ожидание срока службы, т. е. наработка от ввода совокупности машин данного типа в эксплуатацию до окончательного снятия с эксплуатации (капитального ремонта).

, (28.32)

где T_{c j} — срок службы j-го станка с начала эксплуатации до первоначального капитального ремонта; N — число станков, поставленных на испытания.

Ремонтопригодность оценивается по следующим показателям.

Среднее время восстановления работоспособного состояния Т_в - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния машины после отказа:

, (28.33)

где Т_{в i} — длительность восстановления работоспособного состояния при i-м отказе, — общее число отказов за время испытаний.

Сохраняемость характеризуется средним сроком сохраняемости Т_сх — математическим ожиданием срока сохраняемости совокупности машин данного типа:

, (28.34)

где Т_{сх i} — срок сохраняемости i–й машины; L — число машин, поставленных на испытания.

Комплексные показатели надежности. Показателем, определяющим долговечность машины с учетом затрат времени, идущих на восстановление ее работоспособности, служит коэффициент использования К_т.и.

, (28.35)

где T_раб - математическое ожидание суммарного времени работы машины за некоторый период эксплуатации;

— математическое ожидание суммарной продолжительности обслуживания и ремонтов машины за этот же период эксплуатации.

Коэффициент K_т.и — безразмерная величина (0£K_т.и£1). Он численно определяет вероятность того, что в данный произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется.

Для оценки надежности с учетом непредусмотренных простоев оборудования служит коэффициент готовности К_Г, который численно равен вероятности того, что машина окажется работоспособной в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование машины по назначению не предусматривается.

. (28.36)

Показатели технологичности. Эти показатели характеризуют свойства продукции, обусловливающие оптимальное распределение затрат материалов, средств, труда и времени при технологической подготовке производства, изготовлении и эксплуатации продукции. К числу основных показателей этой группы относят показатели трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

Показатели унификации. Эти показатели характеризуют насыщенность машины стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации с другими машинами. К ним относят: коэффициент повторяемости, коэффициент изменяемости и коэффициент унификации.

Патентно-правовые показатели. Группа патентно-правовых показателей подразделяется на подгруппы показателей патентной защиты и патентной чистоты. Первые показатели выражают степень защиты машины авторскими свидетельствами в РФ и патентами в странах предполагаемого экспорта или продажи лицензий на отечественные изобретения.

Показатель патентной чистоты выражает степень воплощения в машине, предназначенной для реализации только внутри страны, технических решений, не попадающих под действие выданных в РФ патентов исключительного права, а для машины, предназначенной для реализации и за рубежом, технических решений, не попадающих также под действие патентов, выданных в странах предполагаемого экспорта. Он позволяет судить о возможности беспрепятственной реализации машин в РФ и за рубежом.

Экологические показателихарактеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении машин. Для обоснования необходимости учета этих показателей проводится анализ процессов эксплуатации машины с целью выявления возможных химических, механических, звуковых, биологических и других воздействий на окружающую природную среду. К экологическим показателям относятся: содержание вредных примесей или пыли, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность вредного излучения в окружающую атмосферу и т. д.

При выборе экологических показателей надо исходить из стандартов, рекомендаций, правил международных организаций, занимающихся вопросами охраны природы, системой государственных стандартов в области охраны природы и др.

Показатели безопасности характеризуют особенности машины, обусловливающие при ее эксплуатации или потреблении безопасность обслуживающего персонала. Помимо этого показатели безопасности должны отражать требования, обусловливающие меры и средства защиты человека в условиях аварийной ситуации, не санкционированной и не предусмотренной правилами эксплуатации в зоне возможной опасности. Примерами показателей безопасности могут служить: вероятность безопасной работы человека в течение определенного времени; время срабатывания защитных устройств; сопротивление изоляции токоведущих частей, с которыми возможно соприкосновение человека; наличие блокирующих устройств или аварийной сигнализации и т. д.

При выборе показателей безопасности необходимо руководствоваться системой государственных стандартов по безопасности труда; правилами и нормами по технике безопасности, пожарной безопасности, производственной санитарии; стандартами, рекомендациями, правилами СЭВ, ИСО и др.

Экономические показатели представляют собой особую группу показателей, характеризующих затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию машины.

Себестоимость изготовления продукции. Этот показатель используется для оценки эффективности внедрения нового оборудования.

Когда при применении новой машины меняется стоимость материалов, составляют расчет общей стоимости изделия, т. е. суммируют затраты (р.) по следующим элементам: материал основной и вспомогательный, заработная плата с начислениями, электроэнергия и сжатый воздух, эксплуатация режущего инструмента и приспособлений и т. д.

Если общезаводские затраты до и после внедрения машины не меняются, то достаточно рассчитать цеховую себестоимость изделия. Когда применение новой машины не влияет на стоимость материалов, можно ограничиться сопоставлением себестоимости ее обработки. Себестоимость обработки может быть определена через ее трудоемкость q и стоимость единицы трудоемкости С_q, в которую включены все виды эксплуатационных затрат:

. (28.37)

Стоимость 1 чел.–мин обработки для индивидуально обслуживаемых станков может быть принята р., для автоматических линий р.

Эффективность окупаемости капитальных затрат. Этот показатель определяется временем , лет, по истечении которого дополнительные капитальные затраты К_доп на новую машину окупаются уменьшением эксплуатационных расходов С_э на каждое изделие:

, (28.38)

где С_э — разница себестоимости С₂ нового и С₁ старого изделия, ; — годовой действительный фонд времени работы машины, ч; — часовая фактическая производительность машины.

Этот показатель должен быть не более 3...4 лет эксплуатации нового оборудования.

При выборе новой машины часто приходится сравнивать экономическую эффективность нескольких вариантов машин. В этих случаях удобно пользоваться формулами, по которым лучший вариант будет определяться наименьшей суммой приведенных затрат, определяемой по следующим формулам:

; (28.39)

, (28.40)

где К_i — капитальные вложения по каждому варианту; С_i — себестоимость продукции за год по тому же варианту; Т₀ — отраслевой нормативный срок окупаемости.

Рентабельность. Рентабельностью называют показатель, определяющий степень прибыльности предприятия.

Рентабельность производства, %, определяется по формуле:

,(28.41)

где П_в — прибыль по валовому выпуску; С_в — себестоимость по валовому выпуску.

Прибыль на единицу изделия, р.:

, (28.42)

где Ц — отпускная цена; С — себестоимость одного изделия.

Контрольные вопросы. 1. Дайте определение понятий технического уровеня и технического состояния. 2. Перечислите показатели технического уровня оборудования. 3. Как определяется технологическая точность станка? 4. Какие параметры характеризуют поле рассеивания размеров обработанной партии деталей? 5. В чем заключается сущность размерной настройки? 6. Как определить процент брака и оценить, правильно ли настроен станок? 7. Что такое технологическая стабильность, от чего она зависит и на что влияет? 8. Как определяют технологическую стабильность? 9. Что такое геометрическая точность и каким способом она определяется? 10. Что такое статическая жесткость, от чего она зависит и на что влияет? 11. Что такое динамическая жесткость и в чем ее отличие от статической жесткости? 12. Дайте определение производительности машины. 13. Дайте определение понятия надежность. 14. Перечислите свойства надежности и их показатели. 15. Что такое отказ оборудования и чем он отличается от повреждения или неисправности? 16. Приведите классификацию отказов параметрического и элементов. 17. Как определить себестоимость обработки?

Глава 29. Функциональные сборочные единицы и механизмы деревообрабатывающего оборудования

Для осуществления движений в рабочих машинах существует три вида механизмов: двигательные, передаточные и исполнительные. Двигательный механизм в виде электро-, гидро-, пневмо- или другого привода снабжает двигательной энергией рабочую машину. Передаточный механизм служит для передачи энергии от двигательного механизма к исполнительному с помощью механических, гидравлических, пневматических или других передач.

Исполнительный механизм осуществляет перемещение тех элементов машины, которые выполняют основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения рабочего процесса.

Кроме того, современная машина имеет еще ряд механизмов потока информации, осуществляющих управление, контроль или регулирование процесса. Они либо управляются че­ловеком, либо работают без его участия (автоматические машины).

В машину входят также самостоятельные элементы: станина, устройства безопасности, опорные элементы и т. д. Совместно с рассмотренными выше механизмами они образуют так называемые функциональные механизмы и сборочные единицы машин, основными из которых являются: механизмы резания, подачи, базирования, вспомогательных движений, двигательные, передаточные, регулирующие и безопасности.

Двигательные механизмы

Нерегулируемый электропривод. Основной его частью являются асинхронные электродвигатели трехфазного тока. В деревообрабатывающем оборудовании… При установке быстроходных рабочих органов непосредственно на валы двигателей… Регулируемый электропривод применяется в деревообрабатывающем оборудовании преимущественно в механизмах подачи. По…

Техническая характеристика гидромоторов

	МНШ	Г 15–2
Расход масла, кг/мин	12…64	11…153
Частота вращения, мин-1	300…1600	1300…2400
Крутящий момент, Н×м	50…70	10…140
Эффективная мощьность, кВт	9,5…14	0,8…14
Объемный КПД	20,9…0,98	20,9…0,98

Потребляемая мощность, кВт, насосов всех типов может быть определена по формуле

, (29.1)

где р — давление в системе, МПа; Q — расход жидкости, л/мин.

Эффективная (отдаваемая) мощность, кВт:

, (29.2)

где h₀ — объемный КПД гидромотора.

Необходимая производительность насоса, подающего масло к гидронасосу, определяется по формуле

, (29.3)

где q — удельный расход масла гидромотора, см³/об.

В отечественных станках и автоматических линиях широко применяются нерегулируемые аксиально-поршневые гидромоторы Г15–2 (рис. 29.2). Масло насосом подается в одну из полостей 7 и через окна 6 крышки 8 поступает в цилиндры 9, расположенные в блоке 5, под поршни 10. Давление от поршней через толкатели 12 передается на наклонный радиально-упорный шарикоподшипник 2, на котором возникает тангенциальная составляющая силы, под действием которой начинает вращаться барабан 11, придавая вращательное движение выходному валу 1. Блок цилиндров 5 получает вращение от барабана 11 через поводок 4 и прижимается к крышке-распределителю 8 пружиной 3. Изменение направления вращения вала осуществляется изменением направления подачи масла в полости 7 крышки-распределителя.

Для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения выходного звена применяют силовые гидроцилиндры в качестве двигателей ограниченного хода.

Гидроцилиндры (рис. 29.3) могут быть одно- и двустороннего действия с высоким объемным КПД (h₀ = 0,98...0,99). При подборе гидроцилиндра задаются усилием на штоке и по рабочему давлению в трубопроводе на основании уравнения F = рS определяют размеры поперечного сечения цилиндра, пренебрегая давлением в сливной части. В этой формуле S —величина активной площади поршня. У гидроцилиндров двустороннего действия с односторонним штоком или различными по площади поперечного сечения штоками движения в противоположных направлениях будут осуществляться с различными скоростями. Отношение диаметра штока к диаметру цилиндра выбирается конструктивно и изменяется в широких пределах: d_шт/D = 0,2...0,7.

При небольших перемещениях, но с большими усилиями, применяют мембранные (диафрагменные) гидроцилиндры. Активная площадь в таких конструкциях приближенно определяется по формуле

, (29.4)

где D — диаметр заделки мембраны; d — диаметр жесткого диска.

Силовые гидроцилиндры характеризуются рядом показателей, которые рассчитываются по следующим формулам.

Расход жидкости Q, л/мин, при заданной скорости поступательного движения v_s, м/мин, и рабочей площади поршня S, см²:

. (29.5)

Рабочая площадь поршня S, см², при диаметрах, мм, цилиндра, D, штока d_шт, плунжера D_пл:

для противоштоковой полости

; (29.6)

для штоковой полости

; (29.7)

для плунжерного цилиндра

. (29.8)

Развиваемое усилие F, Н, при разности давлений в полостях нагнетания и слива Dр, МПа:

. (29.9)

Мощность Р, кВт

. (29.10)

В гидросистемах деревообрабатывающих станков гидронасосы создают давление до 6,5 МПа, а в системах гидравлических прессов до 40 МПа. Для обеспечения равномерности хода поршня в штоковой полости цилиндра создают давление 0,3...0,5 МПа дросселированием или установкой подпорного клапана на сливной части.

Пневматический приводполучил в деревообрабатывающем оборудовании широкое распространение благодаря простоте конструкций, быстродействию, высокой надежности и долговечности, пожаро- и взрывобезопасности. Пневмопривод обычно состоит из следующих элементов: источника сжатого воздуха, узла подготовки воздуха, воздухопроводов, распределительных и исполнительных (пневмодвигателей) устройств.

Источник сжатого воздуха преобразует механическую работу в потенциальную энергию сжатого воздуха до давления 0,4…1,0 МПа. В деревообработке в качестве источника сжатого воздуха используютсф поршневые компрессорные установки.

Для нормальной работы элементов пневмомеханизмов сжатый воздух должен быть очищен от механических частиц и влаги. Это осуществляется в узле подготовки воздуха, состоящем из фильтра-влагоотделителя, редукционного клапана и маслораспылитетя. Воздухопроводы осуществляют подвод сжатого воздуха от компрессорной установки к пневмодвигателям. В качестве воздухопроводов применяют резиновые и пластмассовые гибкие шланги, стальные и латунные трубы. Распределительные устройства предназначены для переключения потоков воздуха из магистрали к пневмодвигателям и от них в атмосферу. Управляющие устройства через распределительные устройства обеспечивают нужную последовательность срабатывания пневмоприводов в соответствии с заданными условиями работы.

В конструкциях деревообрабатывающих станков и автоматических линий наиболее широко применяются поршневые и диафрагменные пневматические двигатели. Поршневые пневмодвигатели имеют цилиндр, шток и поршень, но конструкция несколько проще, чем гидравлических двигателей, так как меньше рабочее давление в системе.

Типовой пневмопрнвод изображен на рис. 29.4. Поршень 1 перемещается в рабочем цилиндре 2 под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно в обе полости цилиндра из магистрали через распределитель 6. В конце хода заданной величины, что определяется положением выключателей, кулачок 3 штока нажимает на рычаг одного из выключателей 4 или 5 системы управления распределителя. В положении, изображенном на рис. 29.4, а, поршень перемещается вправо, приводя в рабочее положение выключатель 5. Когда он займет крайнее правое положение, переключится выключатель 4. Сигнал в виде давления сжатого воздуха поступит на вход распределителя 6, и золотник переместится в правое положение. Сжатый воздух из магистрали через распределитель поступит в правую полость цилиндра 2, и поршень 1 переместится влево. В конце обратного хода кулачок на штоке нажмет на конечный выключатель 5, золотник переключится, и цикл повторится.

Поршневые пневматические двигатели (пневмоцилиндры) наиболее распространены. По конструкции они аналогичны гидравлическим рабочим цилиндрам, но в связи с меньшим давлением воздуха имеют более простые уплотнительные устройства.

В типовых конструкциях рабочих пневматических цилинд­ров сравнительно большого диаметра (100 мм и более) принято крепление на лапах и с помощью фланца. В первом случае (рис. 29.4, б) торцевые крышки 5 и 11 с отверстиями 2 под кре­пежные винты 3 и каналами 4 и 10 для подвода воздуха кре­пятся к цилиндру 1, снабженному лапами. Во втором случае (рис. 29.4, в) одна из крышек 5 имеет фланец для крепления.

На рисунке изображен цилиндр одностороннего действия с под­водом воздуха через штуцер 3 крышки 2 в поршневую полость цилиндра /. Обратный ход штока совершается под действием пружины 4.

Поршень обычно состоит из чугунного диска 7 (см. рис. 29.4, б), кожаных или резинотканевых манжет 5 и 8 и сталь­ного кольца 6. Для уплотнения штока 9 применяют специаль­ные уплотнительные резинотканевые кольца 12.

Для передачи движений с небольшим ходом (10...30 мм) в пневматических системах вместо двигателей-цилиндров при­меняют пневматические диафрагменные двигатели, отличающиеся от цилиндров простотой устройства и отсут­ствием утечки воздуха. Диафрагменный двигатель (рис. 29.4, г) имеет разъемный корпус, состоящий из двух частей 1 и 5. Вну­три корпуса расположена эластичная (обычно резиновая) диа­фрагма 4 с пружинами 3, расположенными соосно со штоком 2 и зажимаемыми между частью 1 корпуса и шайбой 7 штока. В нештоковой полости корпуса имеется патрубок 6 для под­вода и отвода сжатого воздуха. При подаче в полость сжатого воздуха диафрагма выпрямляется и перемещает шток на ве­личину S. Обратный ход штока при снятии давления соверша­ется под действием пружин 3.

Усилие F, на штоке в конце его хода можно определить по формуле

, (29.11)

где D и d — диаметры соответственно мембраны и диска, мм; р — давление сжатого воздуха в магистрали, МПа; F_пр — сила пружины в конце хода штока, Н.

Роторные двигатели применяются в качестве привода легких шпинделей, в том числе особо быстроходных (напри­мер, сверлильных малого диаметра). На рис. 29.4, д приведена схема наиболее распространенного лопастного роторного двига­теля. Ротор 3 с лопастями 6 расположен эксцентрично в ста­торе 2. Сжатый воздух, подводимый через отверстие 5 в кор­пусе 1 и отверстие 4 в статоре, поступает в рабочую камеру 7 и давит на выдвинутую лопасть, приводя ротор во вращение. Отработанный воздух удаляется через отверстия 8 в статоре и отверстия 9 в корпусе двигателя.

Камерные пневматические двигатели представляют со­бой эластичную удлиненную камеру 1 (рис. 29.4, е), часто из­готовляемую из прорезиненного шланга, в которую подводится сжатый воздух через патрубок 2. При повышении давления размеры камеры увеличиваются, в результате чего перемеща­ется брусок 3 на величину S. Камерные двигатели, как и диа­фрагменные, одностороннего действия. После снятия давления подвижная деталь возвращается в исходное положение под действием пружин 4.

В тех случаях, когда необходима стабилизация скорости перемещения рабочего органа машины, применяют комбиниро­ванные пневмогидравлические механизмы, в которых энергоно­сителем служит сжатый воздух, а гидравлическое устройство применяется для стабилизации и регулирования скорости дви­жения.

 

Механизмы главного движения

Механизмы главного движения разделяются на три группы: вращательного, поступательного и возвратно-поступательного движения. Механизмы вращательного движения. Различают следующие основные механизмы:… Рабочими называются валы, между опорами которых монтируют режущий инструмент. Они могут быть цельными и составными. На…

Механизмы подачи

Механизмы подачи с жесткой связью. Связь между подающими органами и объектом перемещения обеспечивает строго определенное (без проскальзывания)… Перемещение осуществляется с помощью цепной, зубчато-реечной, винтовой и… По характеру движения различают три вида механизмов подачи: с непрерывным или возвратно-поступательным движением и…

Базирующие устройства.

Технологической базой называют совокупность поверхностей, линий или точек заготовки, по отношению к которым ориентируются поверхности детали при… Базирующими элементами машины называют её устройства, предназначенные для… Установочными поверхностями базирующих элементов машины называют поверхности для базирования заготовки,…

Загрузочно-разгрузочные устройства.

Устройства без накопителей предназначены только для загрузки или укладки заготовок и работают с другими устройствами, имеющими накопители. Загрузочно-разгрузочные устройства могут быть встроены в станок, являясь одним… На рис. 29.25 приведены схемы штабельных питателей. Питатель с вертикальным лифтом (рис. 29.25, а) применяют при…

Глава 30. Общие вопросы числового программного управления

 

Схема управления и классификация станков с ЧПУ.

Применение станков с ЧПУ взамен универсального оборудования имеет существенные особенности и создает определенные преимущества: значительное сокращение сроков подготовки производства и общей продолжительности цикла изготовления продукции, экономия средств на проектирование и изготовление технологической оснастки, а также повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки на станке.

Основная особенность станков с ЧПУ состоит в том, что программа, т.е. данные о величине, скорости и направлении перемещения рабочих органов, задается в виде набора символов, занесенных в специальный программоноситель. Процесс подготовки программ для станков с ЧПУ может быть отделен от процесса обработки детали во времени и пространстве, может быть интегрирован с ним в процессе пошаговой отладки создаваемой программы вхолостую на станке. На станке с ЧПУ для того, чтобы обработать деталь новой конфигурации, часто достаточно создать в устройстве числового программного управления УЧПУ (рис.30.1) новую управляющую программу (УП), которая содержит определенную задающую информацию (ЗИ). Устройством ввода программы (УВП) программа считывается, т.е преобразуется в электрические сигналы и направляется в устройство обработки программы (УОП), которое через устройство управления приводом (УУП) воздействует на обьект регулирования - привод подач (ПП) станка. Заданное перемещение (например по осям {X, Y и Z) подвижных узлов станка, связанных с приводом подач, контролирует датчики обратной связи (ДОС). Информация обратной связи (ИОС) с датчика через устройства обратной связи (УОС) поступает в УОП, где происходит сравнение фактического перемещения узла подачи с заданным по программе для внесения корректив ( ) в произведенные перемещения. Для исполнения дополнительных функций, электрические сигналы поступают с УВП в устройство технологических команд (УТК), которое воздействует на исполнительные элементы технологических компнд (ИЭТК). Происходит включение (выключение) различных двигателей электромагнитных муфт, электромагнитов и др.

Управляющая программа содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделия. Главное в этом описании то, что не допускает двусмысленных трактований.

В УЧПУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка. Конструктивно УЧПУ выполнено как автономный электронный агрегат, имеющий канал связи с автоматическими механизмами станка. В настоящий момент, в сложных деревообрабатывающих центрах это стандартный IВМ или МАС РС, подключенный устройствам усиления сигнала и передачи его к приводам.

Внешний вид УЧПУ во многом определен панелью управления, с которой осуществляется выбор режима управления станком (ручной, наладка, полуавтоматический, автоматический); производится исправление программы в период ее отладки, вводится коррекция, ведется контроль за выполнением команд и наблюдение за правильной работой станка и самого устройства ЧПУ и др. Панель управления (пульт) УЧПУ, в свою очередь, определяется системой программирования, принятой для данного устройства, характерными признаками принятой системы программного управления, классом системы ЧПУ.

В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы: NC(Numerical Control), SNC (Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voice Numerikal Control).

Несмотря на классификацию, реальный вариант системы управления часто представляет собой синтез отдельных признаков систем разных классов. Особенно это относится к УЧПУ с признаками класса DNC . Станки, оснащенные УЧПУ классов NC и SNC , в настоящее время еще достаточно распространены . УЧПУ этих классов наиболее простые системы управления с ограниченным числом информационных каналов. Особенности этих систем – отсутствие ЭВМ и собственной оперативной памяти и последовательное выполнение команд, считывающихся последовательно с программоносителя (чаще с перфоленты).

Переход вычислительной техники к большим интегральным схемам (БИС), микропроцессорным БИС и построенным на их основе микроЭВМ позволил создать УЧПУ, совмещающие функции управления станком и решения отдельных задач подготовки УП, что обеспечило большие возможности УЧПУ. Типовая структура системы CNC представляет собой микроЭВМ, запрограммированную на выполнение функций числового программного управления; блоки связи с координатными приводами; блоки выдачи технологических команд в требуемой логической последовательности; системные органы управления и индикации; каналы обмена данными с центральной ЭВМ верхнего уровня. Особенность систем класса CNC заключается в возможности изменять и корректировать в период эксплуатации (а не только в период проектирования и изготовления системы) как УП обработки детали, так и программы функционирования самой системы в целях максимального учета особенностей данного станка. Каждая из выполняемых функций обеспечивается своим комплексом подпрограмм. Подпрограммы увязываются общей координирующей программой-диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы.

Системы класса СNC позволяют достаточно просто выполнять в режиме диалога доработку и отладку программ и их редактирование, используя ручной ввод информации и вывод ее на дисплей, а также получать отредактированную и отработанную программу на программоносителе (например, на жестком диске РС стойки, дискете и т.д.).

Системы класса DNC отличаются от CNC возможностью включения станков в общую компьютерную сеть и управления ими с основного компьютера, что обеспечивает их встраиваемость в автоматическую линию, даже при мелкосерийном типе производства. Однако, все функции CNC у данных систем сохраняются и при необходимости полностью управлять станком может оператор. В настоящее время большинство деревообрабатывающих центров выпускаются с УЧПУ класса CNC и DNC.

УЧПУ класса HNC позволяют ручной ввод программ в стойку компьютера, а не только ввод с программоносителя. В настоящий момент функции HNC имеют практически все системы ЧПУ.

Системы класса VNC позволяют вводить информацию об настройки станка и управляющей программе непосредственно голосом оператора. Такого рода системы в настоящий момент по целому ряду причин еще не получили достаточного распространения.

В деревообрабатывающей промышленности, наряду со станками, рассмотренными выше, имеется большая группа станков с ЧПУ, управляющая программа которых формируются по информации, получаемой от изменения обрабатываемого обьекта. Это многочисленные станки по обработке бревен, пиломатериалов, заготовок и пр. В них сигнал на управление станком поступает от УПЧУ только после того, как получена и проанализирована информация о состоянии обьекта (размер, форма, качество, состояние и др.) Схема непосредственного цифрового управления приведена на рис. 30.2. Заготовка 1 на входе подвергается измерениям. Сигнал через подающее устройство 3 поступает в преобразователь 4 и компьютер управления 5. После его анализа и сопоставления с программой, заложенной в компьютер, выходной сигнал через преобразователь 2 поступает на конечные элементы станка 9, управляющие рабочими перемещениями. В результате скорректированного рабочего процесса 10 получается деталь 11. Оператор 7 с помощью дисплея и устройства вывода на печать 8 контролирует процесс.

Устройства ввода информации об объекте обработки

Устройства ввода предназначены для сбора информации об обьекте и процессе обработки и данных об оборудовании. В станках с ЧПУ нашли применение датчики самых разных конструкций: магнитные, фотоэлектрические, индукционные, электрические, оптические, ультразвуковые, лазерные и др.

Фотоэлектрические измерители лучше всего представить как оптический переключатель или улавливатель пучка высокочастотных вспышек невидимого, близкого к инфракрасному излучению. Он реагирует только на строго модулированный источник света, игнорируя другие источники, как, например, солнечный свет или освещение заводских помещений. Генерированный луч безвреден, но имеет мощность достаточную для проникновения через значительное загрязнение.

Фотоэлектрические системы используют три вида детектирования. Все три типа устройств реагируют только на наличие или отсутствие обьекта, а не на его размеры, выдавая сигнал «да» или «нет». Для определения длины или ширины их соединяют с другими датчиками.

Метод прямого луча предполагает, что источник посылает луч через распознаваемый объект к детектору. Это наилучший из трех способов. Луч может проникать в запыленном воздухе или при загрязнении линз, при этом приемная способность наивысшая. Установка прямых лучей стоит дороже, так как должны быть связаны два участка и спрямлены два направления. В чистом воздухе системы прямого луча работают на расстоянии 210 м; в пыльном на лесопильных заводах это значение уменьшается до 70 м и менее.

В системах отражения источник и детектор располагаются по одну сторону распознаваемого объекта, в одном корпусе. Луч источника посылается на объект и отражается прямо в детектор при помощи ретрорефлектора, установленного позади объекта измерения. Эти системы проще в эксплуатации , кроме того, требуется связь только по одну сторону конвейера. Как источник – детектор, так и рефлектор (три поверхности) загрязняются , что делает систему в целом наиболее уязвимой из трех типов. Недостатки систем отражения - ограниченная точность (они не способны распознавать очень маленькие обьекты) и диапазон действия, который достигает 23м в чистом воздухе и значительно меньше в условиях деревообрабатывающего предприятия.

Системы близкого расположения отличаются от систем отражения отсутствием ретрорефлектора, роль которого играет распознаваемый обьект. Эти системы проще монтируются и менее чувствительны к загрязнению, чем системы отражения. Они наименее точные из рассматриваемых трех типов, расстояние их действия кратчайшее - 10 футов (3 м ) в чистом воздухе. Даже эта величина сильно зависит от свойств поверхностей обьектов, в основном от их цвета и отражательной способности.

Большинство промышленных фотоэлектрических регуляторов с импульсным светодиодом реагируют на лучевые «паузы» (отсечки) или «воздействия» (распознавание) за время от 1 до 10 микросекунд.

Лазарные устройства используют уникальные свойства лазерного луча: он монохроматический - один чистый цвет с длиной волны 632,8 нанометра; абсолютная оптическая когерентность луча допускает его прецизионную регулировку, позволяет использовать его в качестве линии разметки; прямолинейность для типичного гелиево-неонового лазера мощностью 5 мВт с диаметром луча 0,8 мм оценивается величиной дивергенции, максимальное значение которой составляет 1 миллирадиан.

Общий метод генерирования линии лазерного луча состоит в рефракции при помощи цилиндрической линзы. Это расширяет лазерный луч по одной оси, в то время как высота линии (по другой, по поперечной оси) практически не затрагивается . В то же время цилиндрическая линза не препятствует распределению интенсивности луча в перпендикулярном направлении, и максимум интенсивности достигается в его центре.

Лазеры используются в лесопилении, производстве фанеры, мебельной промышленности. Наиболее известные примеры использования лазеров в процессах производства пиломатериалов: разметка длин бревен для поперечного раскроя или раскряжевки; разметка длин пиломатериалов для сортировки, поперечного раскроя и подтаскивания; разметка положений пропила или границы измельчения на головных станках, делительных пил на кромкообрезных станках. В этих и других процессах лазеры генерируют линию разметки. Они показывают оператору станка, по какой линии должна пройти его пила, дробительный или фрезерный инструмент, до начала процесса резания. Лазеры обычно не используются там, где операция автоматическая, кроме тех ситуаций, когда оператору необходимо часто вмешиваться в ее управление. Они используются там, где оператор имеет возможность визуально оценивать решение машины и заменить указание, чтобы избежать ошибок, которые могут увеличивать отходы древесины, привести к потере стоимости или к аварии.

Другие области применения лазеров включает сканирование бревен для измерения, автоматической раскряжевки, описание формы бревна для развала на головном станке, обнаружение обзола для оптимизации систем управления обрезкой кромок и поперечным раскроем, для достижения наивысшей точности станка при заводской сборке и установке, измерение размеров пиломатериалов и шероховатости поверхности, для оптимизации раскроя плитных материалов и т.д. Главные преимущества лазерной разметки по сравнению с теневой заключается в лучшей видимости и большей точности. Лазеры потребляют всего 5 миллиВатт энергии по сравнению с 300 Ватт для устройств теневой разметки.

Имеютсяи другие оптические устройства измерения. Ротационные преобразователи преобразуют механическое движение в цифровые сигналы, отправляемые на компьютер процесса. Для различных целей используются 2 основных вида. Увеличительные кодеры, называемые импульсными генераторами, применяют для измерения скорости и расстояния. Использующие сигнал от оптического преобразователя эти устройства могут также применяться для определения абсолютного положения. Чистые кодеры измеряют абсолютное положение без помощи оптического преобразователя. Эти устройства применяют только для грубых или кратковременных измерений.

Как в увеличительных, так и в чистых кодерах используется принцип оптических преобразователей, благодаря которому достигается высокая долговечность. Ось кодера соединяется двумя или более каналами с диском. Каждый канал состоит из противоположных прозрачного и непрозрачного участков, предназначенных для включения луча света и выключения при вращении оси. С каждым каналом используется детектор для преобразования оптических сигналов включения и отключения в соответствующие электрические сигналы (включено-выключено).

Помимо фотоэлектрических элементов и ротационных преобразователей, упомянутых выше, существуют другие механические и оптические счетчики и системы измерения скорости, размеров, формы и т.п. Некоторые их них будут рассмотрены в дальнейшем при изучении конструкции станков.

Преобразователи вывода

Станок является основным потребителем управляющей информации, исполнительной частью, обьектом управления, а в конструктивном отношении несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему оперативных команд от УЧПУ. К числу подобных механизмов относятся прежде всего те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании изделия. Это механизмы координатных подач, направления которых различны. В зависимости от числа координат движения, задаваемых механизмами подачи, складывается та или иная система координат обработки: плоская, пространственная трехмерная, пространственная многомерная. Механизмы подачи требуют в процессе управления наибольшего обьема переработки информации и вычисления, поэтому от числа управляемых координат, от сложности геометрической координатной задачи формообразования во многом зависит сложность УЧПУ в целом и используемая методика программирования.

Типы приводов подач, используемых в станках с ЧПУ.

В станках с ЧПУ применяются:

привод от асинхронного двигателя через коробку подач (механический) с переключением от электромагнитных муфт;

привод от электродвигателя постоянного тока с преобразователями для регулирования частоты вращения в широких пределах, например , с тиристорным регулированием;

электрический привод с использованием низкооборотного двигателя постоянного тока (1000 об/мин) на высокоэнергетических магнитах;

гидропривод от гидроцилиндров или гидродвигателей, при этом гидродвигатель обычно устанавливают на конечное звено привода (чаще всего это пара винт – гайка качения).

В настоящее время все станки с ЧПУ являются замкнутыми системами управления (с обратной связью) и имеют датчики обратной связи. В станках с ЧПУ нашли применение датчики самых разных конструкций: магнитные, фотоэлектрические, индукционные, электрические, оптические, ультразвуковые, лазерные и др.

Типичный для деревообрабатывающих станков с ЧПУ привод постоянного тока состоит из шагового двигателя постоянного тока, установленного на машине и подсоединенного к нагрузке, чтобы управлять последней, однооперационно-триодно-тиристорного (ОТТ) усилителя управления двигателем и трансформатора, отделяющего привод от сети напряжения. Для обеспечения прецизионного контроля ускорения, скорости и положения в сервоприводе используется принцип обратной связи. Двигатель постоянного тока снабжен генератором сигналов, который посылает обратный сигнал усилителю ОТТ. Обратная связь основана на сравнении действий двигателя с действиями, предписываемыми котроллером. Разность между величинами действительного и командного сигналов используется для контроля ОТТ-усилителем, доводящим фактический уровень сигнала до желаемого.

Для контроля действия сервопривода при позиционировании, управлении скоростью и крутящим моментом используются обратные связи; цепь позиционирования вырабатывает команду управления скоростью путем сравнения команды позиционирования от компьютера с обратным сигналом датчика позиционирования двигателя. Цепь скорости вырабатывает команду крутящим моментом (погрешности скорости) путем сравнения команды скорости от цепи позиционирования с обратным сигналом датчика скорости двигателя. Крутящий момент, развиваемый двигателем, ограничивается максимальным пусковым. Наконец, цепь крутящего момента вырабатывает команду усилителя ОТТ (погрешность крутящего момента), сравнивая команды крутящего момента от цепи скорости с величиной крутящего момента, передаваемого обратно от пункта, который измеряет напряжение двигателя.

Электрический шаговый двигатель представляет собой синхронную машину с сосредоточенными обмотками и реактивным ротором.

Отечественные шаговые двигатели строят по трехфазной схеме. Принцип работы такого двигателя следующий. Статор 1 (рис. 30.3 ,а) имеет три пары полюсов и обмоток (1 – III). Ротор 2 также разделен на три секции, но каждая из них смещена по окружности относительно смежной на 1/3 межполюсного расстояния. Таким образом, когда полюса первой секции ротора совмещены с полюсами статора, полюса второй секции смещены относительно полюсов статора на 1/3, а полюса третьей секции - на 2/3 межполюсного расстояния.

Если в обмотки первой фразы (1) статора подан постоянный ток, а в других обмотках тока нет, то ротор двигателя установится в такое положение, что его полюс будет находиться напротив полюса статора. Если затем выключить ток в первой фазе и одновременно включить ток во второй фазе, ротор повернется на 1/3 шага (рис. 30.3.,б). При последовательной подаче тока в обмотки I, II, III ротор будет вращаться по часовой стрелке (рис. 30.3., в). Если включить фазы в обратном порядке ( I, III, II), ротор будет вращаться в обратную сторону.

Шаговые двигатели (ШД) изготовляют двух видов: маломощные, используемые в качестве серводвигателей, и силовые для непосредственного привода механизма подачи или позиционирования рабочего органа машины без усилителя крутящего момента.

Шаговые серводвигатели, используемые в качестве приводных двигателей, гидроусилителей момента и электрогидравлических следящих механизмов поступательного действия, пристраиваются к соответствующим гидравлическим механизмам. Шаг этих ШД составляет 1,5^о, максимальная частота, определяющая быстродействие механизма при заданной точности, достигает 16 кГц. На максимальную частоту ШД выводят плавным разгоном. На рис. 30.4 показана схема комплектного электрогидравлического шагового привода с гидроусилителем крутящего момента и маломощным шаговым серводвигателем на входе.

Величина перемещения определяется числом поданных импульсов на ШД, а скорость - частотой их следования.. При повороте ротора шагового двигателя 1 поворачивается плунжер 2 четырехкромочного дросселирующего гидрораспределителя, снабженный резьбовым концом 3. Резьбовой конец плунжера взаимодействует с гайкой 4, которой заканчивается вал 5 гидромотора 6. В результате осевого смещения плунжера из нейтрального положения вправо или влево при его повороте открываются выходные окна и подводится масло к плунжерам гидромотора. Вал гидромотора начинает вращаться в соответствующую сторону. Одновременно вращается и гайка 4 винтового механизма обратной связи. По мере отработки угла поворота, заданного ШД, плунжер четырехкромочного гидрораспределителя возвращается в исходное положение. В исходном положении перепад давления во внешних магистралях гидроусилителя равен нулю, а выходной вал гидромотора неподвижен.

Основные характеристики сервопривода постоянного тока приведены ниже. приведены ниже.

Диапазон мощности, кВт …………………………….1…5000

Максимальное число оборотов, мин ^-1………………550, 850, 1750, 2350

Шаговый диапазон, шагов/с …………………………до 100000

Выборочная ступенчатая разрешающая

способность, шагов/оборот…………………………….500…10000

Передача движения от сервопривода на исполнительный орган станка чаще всего осуществляется передачей винт гайка качения. В приводах подач станков с ЧПУ она нашла широкое применение благодаря тому, что по сравнению с винтовыми парами скольжения у них более высокий КПД, хотя коэффициенты трения покоя и движения почти одинаковы, а силы трения не зависят от скорости движения. При выборе зазора в паре образуется беззазорная передача с достаточно высокой осевой жесткостью. У передач с винтами класса 0 накопленная ошибка составляет 3 мкм на 300 мм и 7 мкм на 1000 мм, а класса 1- 10 мкм на 300 мм и 20 мкм на 1000 мм.

В станках с ЧПУ звеном привода подачи могут быть также передачи с автоматическим регулированием натяга. Это позволяет при быстрых перемещениях (до 20 м/мин ) избежать нагрев за счет уменьшения натяга, а при рабочих перемещениях обеспечить высокую жесткость путем увеличения натяга. Используется также конструкции передач с самоустанавливающейся гайкой.

Гидравлические сервопозиционеры

Принципиальная схема гидравлического сервопривода 1 приведена на рис. 30.5,а. Электрический сигнал 2 от управляющего устройства 3 поступает к электромагниту 4 , состоящему из двух индукционных катушек и якоря. Якорь остается в центре, когда по двум индуктивным катушкам протекает ток одинаковой величины, и перемещается от центра при увеличении тока в одной из катушек. Перемещение от центра пропорционально изменению тока. Эта система представляет собой разомкнутую цепь. Неконтролируемые изменения тока и нагрузки, изменения температуры (и вязкости) масла, попадание воздуха и подтекание могут нарушить управление, а следовательно, и точность.

Схема может быть замкнута путем присоединения ротационного устройства обратной связи 2 к силовому приводу 1 для определения и сообщения о положении цилиндра. Сигнал электрическим методом сравнивается со входным 3. Если фактическое положение не соответствует желаемому, поступает сигнал об ошибке, который усиливается 6 и возвращается к электромагниту для исправления ошибки 8 . (рис.30.5,б ).

В современных станках применяются электрогидравлические системы числового управления на базе многопоршневых гидропозиционеров. Преимуществом гидропозиционеров является меньший износ, плавность и меньшая трудоемкость монтажа работы по сравнению с винтовыми парами. К недостаткам можно отнести проблемы с загрязнением масла, необходимость периода разогрева и контроля за вязкостью масла. Скорость перемещения в зависимости от диаметра цилиндра - 100…500 мм/сек, наивысшая точность 0,1 мм.

 

Раздел V. Дереворежущие станки общего назначения

Глава 31. Ленточнопильные станки

Дереворежущими станками общего назначения называются станки, устройство которых позволяет использовать их для определенных операций в различных производствах. По технологическому назначению, а также в зависимости от вида режущего инструмента и характера выполняемых операций эти станки подразделяются на ряд групп (рис 31.1 ).

В ленточнопильных станках в качестве режущего инструмента используется бесконечная пильная лента. Они предназначены для распиливания бревен на пиломатериалы (бревнопильные), толстых пиломатериалов на более тонкие (делительные), а также для криволинейного и прямолинейного продольного и поперечного распиливания мелких сортиментов (столярные).

Кинематическая схема столярного ленточнопильного станка приведена на рис. 31.2, а. Ленточная пила 3 шириной 10...50 мм и толщиной 0,4...0,8 мм монтируется на двух вертикально расположенных шкивах 4 и 11 диаметром 800 мм. Шкивы имеют плоский обод с мягким (резиновым или кожаным) бандажом 13, предназначенным для того, чтобы увеличить сцепление между пилой и шкивом, а при работе узкими пилами для того, чтобы разведенные зубья, обращенные к шкиву, при натяжении не теряли развода. Нижний приводной пильный шкив 11 закреплен на валу, вращающемся в стакане 22 и имеет небольшую осевую регулировку. Вращение шкиву передается от электродвигателя 2, установленного на качающейся плите 1, через клиноременную передачу. Частота вращения шкива выбирается в зависимости от его диаметра такая, чтобы скорость резания составляла 40...50 м/с. Верхний пильный шкив 4 смонтирован на консоли оси, закрепленной на ползуне 14. Ползун, в свою очередь, закреплен на качающемся относительно оси 15 кронштейне 16. Кронштейн смонтирован на верхней съемной части станины и имеет возможность бокового перемещения. Натяжение пильного полотна регулируется винтом от маховичка 19, а поддерживается пружиной 21.

Для устойчивой работы пилы удельная сила натяжения должна составлять s = 1,5 МПа.

В правильно настроенном станке сила натяжения должна быть единственной силой, удерживающей пилу на шкивах. Для предотвращения сбега пилы со шкивов верхний шкив снабжается устройством, с помощью которого шкив наклоняется в обе стороны с помощью винтов от маховичков 17 и 18.

Резание осуществляется ветвью пилы, которая движется вниз и проходит через рабочий стол 20. Криволинейное распиливание выполняется по разметке или с помощью специальных приспособлений, прямолинейное — по направляющей линейке. На легких ленточнопильных станках подача осуществляется вручную. При прямолинейном распиливании на станке можно установить приспособление для механизированной подачи — автоподатчик. Для распиливания материала под углом стол может быть наклонен до 45°.

Над и под рабочим столом расположены верхнее и нижнее направляющие устройства, предназначенные для обеспечения устойчивости пилы во время работы. Верхнее устройство перемещается по высоте с помощью зубчато-реечной передачи 8 и маховичка 9. Во время работы оно фиксируется над деталью.

В качестве направляющих элементов в описываемой модели служат два боковых 10 и один упорный 12 ролики. В других моделях используют неподвижные бобышки 23 (рис. 85, б) из антифрикционного материала. Недостатком последней конструкции является быстрый износ бобышек и, как следствие, образование зазора между ними и полотном пилы, а также нагревание пилы в результате скользящего контакта.

Позади пильной ленты имеется упорный ролик 12, который предохраняет пилу от аварийного сбега со шкива. При нормальной настройке лента во время работы не должна его касаться.

Станок оборудован ловителем пильного полотна при его обрыве для обеспечения безопасности работы. В контакте с пильным полотном находится ролик 5. При разрыве полотна ролик смещается, под действием пружины зуб храповика 6 срывается c курка и тормозные колодки 7 схватывают полотно.

Техническая характеристика столярных ленточнопильных станков

Диаметр пильного шкива, мм................................................................................................. 400…1000

Высота пропила, мм.................................................................................................................. 200…450

Частота вращения шкива, мин^-1............................................................................................ 1450…720

Толщина пилы, мм...................................................................................................................... 0,7…0,92

Мощность электродвигателя привода механизма резания, кВт.................................... 2,2…7,6

Глава 32. Круглопильные станки для продольного распиливания

Круглопильные станки применяются во всех деревообрабатывающих производствах и характеризуются большим числом типов и широким диапазоном технических показателей. В качестве режущего инструмента в них используется круглая пила. По технологическому назначению круглопильные станки можно разделить на три основные группы: для продольного, поперечного и форматного распиливания.

Универсальные станки с ручной подачейнаиболее просты по конструкции и эксплуатации, на них можно производить продольное и поперечное распиливание, а с помощью каретки и подрезной пилы также и форматный раскрой плит (рис. 32.1). В тоже время на них используются современные электронные и механические устройства.

В центре сварной станины 6 расположен пильный суппорт 10, в котором смонтирован шпиндель с основной пилой 4. Крутящий момент от электродвигателя к пиле передается через клиноременную передачу (рис 32.2). Число оборотов можно ступенчато изменять в диапазоне от 3000 до 6000 в минуту. Для возможности распиловки материала различной толщины суппорт имеет вертикальное настроечное перемещение, он также может быть наклонен на угол до 45^o.

Для предотвращения сколов на выходе пилы из материала перед основной пилой устанавливается подрезная пила, шпиндель которой смонтирован на одном суппорте с основной пилой. Она имеет попутное с направлением подачи вращение и прорезает паз в месте выхода зубьев основной пилы из пропила. Регулировка по вертикале и угол наклона обеих пил производится механическим или электромеханическим путем с помощью цифровой индикации с пульта управления. Быстрое перемещение, например, пил от угла 0 на угол 45 занимает всего 12 с. Над пилами смонтирован защитный кожух 2.

Для предотвращения скобления пропиленных поверхностей зубьями холостой части пилы и предотвращения выброса заготовки устанавливается расклинивающий (направляющий) нож 1.

Заготовка укладывается на легкий подвижный алюминиевый стол 11, который перемещается вдоль пилы по направляющим, закрепленным на балке из многокамерных профилей. Конструкция с двумя направляющими 15 и 13 и роликами большого диаметра 14 позволяет увеличить ход стола до 1500 мм. Нижние ролики 16 исключают вертикальные колебания каретки.

Поперечное распиливание производится с помощью упора 17, перемещаемого в пазу стола. Его можно устанавливать на заданный угол. Для форматного раскроя используется каретка с консольным телескопическим упором 8, имеющая настроечное перемещение по направляющей 12 стола. Щит укладывается на каретку. Перемещением направляющей линейки 7 устанавливается нужный размер и производится раскрой заготовки.

Управление работой станка осуществляется с поворотного пульта, куда выведены цифровые указатели величины выступа пил над столом, угла их поворота и частоты вращения пил. В более совершенных станках этого типа все наладочные перемещения производятся автоматически с помощью цифрового набора или по программе.

 

Технологическая характеристика круглопильных станков с ручной подачей

Максимальные размеры обработки, мм................................................................ 1500х2950…3700х3350

Основная пила:

мощность, кВт.................................................................................................................. 3,7…5,5

частота вращения, мин^-1............................................................................................ 3000…6000

диаметр, мм...................................................................................................................... 300…450

высота пропила, мм......................................................................................................... 0…150

Подрезная пила:

мощность, кВт................................................................................................................. 0,75…1,5

частота вращения, мин^-1............................................................................................ 8000…8000

диаметр, мм...................................................................................................................... 120…120

Станки с механизированой подачейпредназначены для продольного распиливания досок и брусков на заготовки заданной ширины или толщины. Подающий механизм может быть конвейерно-гусеничного или вальцового типа. По числу установленных пил и их расположению относительно механизма подачи станки бывают одно- и многопильные, с верхним и нижним расположением пил (рис 32.3 ). Лучшую прямолинейность распиливания обеспечивает конвейерная подача, однако вальцовые станки конструктивно проще.

На рис. 32.4 показан однопильный прирезной станок с верхним расположением пилы, предназначенный для прямолинейного продольного распиливания досок и брусков на заданный размер по ширине. Он применяется в мебельном, столярном и других деревообрабатывающих производствах. На станине 5 смонтирован стол 11, в продольном окне которого проходит ветвь конвейера 13. Рифленая поверхность пластин конвейера выступает над поверхностью стола на 1...2 мм. Конвейер приводится в движение от электродвигателя 12 через передаточный механизм. Он перемещается по направляющим 14, что обеспечивает прямолинейность и соответствующую точность распила. Для обеспечения сквозного пропила заготовки 10 на конвейере предусмотрен продольный паз, в который входят на 2...3 мм нижние зубья пилы. Скорость подачи распиливаемого материала регулируется бесступенчатым вариатором без остановки конвейерной цепи. По вертикальным направляющим станины при вращении маховичка 3 перемещается суппорт 9, на котором смонтированы прижимные ролики 8 и когтевая защита 2. Положение прижимных роликов по высоте регулируется вертикальным перемещением суппорта.

Распиливание материала производится дисковой пилой 6, установленной на пильном валу, который приводится во вращение от электродвигателя 12 через упругую муфту. Вертикальное перемещение пильного вала в зависимости от диаметра пилы производится поворотом маховичка 4. Позади пилы установлен расклинивающий нож 7. Направляющая линейка 1 перемещается по поперечной балке и фиксируется эксцентриковым зажимом.

У многопильных станков конвейер в зоне пил направляющими отводится вниз на 3...5 мм или устанавливаются два конвейера (рис. 32.3,г,д).

Многопильный прирезной станок с ныряющим конвейером ЦМР-2 (рис. 32.5) состоит из пильного вала, прижимных и подающих вальцов и подающего конвейера, расположенного под пильным валом.

Пильный консольный вал 4 монтируется в подшипниках качения в корпусе 24, который может поворачиваться вокруг оси 5. Поворот осуществляется от маховичка 36 через коническую пару 40, 44, ходовой винт 43 и гайку 42, шарнирно соединенную с корпусом 24. Перемещение пильного вала позволяет использовать пилы диаметром 250.. .360 мм. Пильный вал приводится во вращение от электродвигателя 22 через клиноременную передачу 20, 21, 22, 23 с частотой вращения 3000 мин^-1. Натяжение ремней осуществляется с помощью маховичка 17 через ходовой винт 18 и гайку 19. Торможение пильного вала производится тормозом 21, установленным на втором конце электродвигателя привода.

Десять пил собраны на оправке. Расстояние между ними устанавливается с помощью калиброванных по толщине колец. Комплект смонтированных на оправке пил зажимается в осевом направлении гайками. Установка пил на оправку и подготовка их к работе производятся в заточной мастерской, за счет чего обеспечивается качество распиловки и сокращается длительность смены инструмента. На шпинделе станка оправка фиксируется специальными гайками.

Базирующим элементом механизма подачи служит конвейерная цепь 10 шириной 300 мм. Она состоит из звеньев, собранных на осях с роликами на концах. До пил и после них цепь движется по прямолинейным направляющим, в зоне распиливания — под верхними изогнутыми по радиусу направляющими. Ролики заходят под направляющие и гусеница «ныряет» под пилы. Благодаря такому устройству гусеницы на пильном валу можно устанавливать набор пил с любыми промежутками между ними.

Обрабатываемый материал прижимается к гусенице подпружиненными вальцами, первый из которых 34 — приводной, последующие 46, 45 и 39 — не приводные. Перед первым и вторым вальцами установлена в два ряда когтевая завеса 11, предотвращающая обратный выброс заготовок.

Подъем и опускание вальцов и когтевой завесы при изменении толщины материала осуществляется от электродвигателя 28 через шестерни 29, 30 редуктора и цепную передачу 31, 32. На валу 47 имеются участки с резьбой 14, 25, по которым при его вращении перемещаются упорные стаканы 15, соединенные шарнирно через систему рычагов 1, 6 и 9 с вальцами и когтевой завесой. На валу 47 надеты пружины 2 прижима вальцов. Величина прижима регулируется гайками 3. На входной стороне станка установлен индикатор 33, который, поворачиваясь с помощью зубчатой передачи 49, 50, показывает высоту подъема (до 100 мм) вальцов. Для предотвращения поломки механизма подъема в крайних положениях установлены блокирующие конечные выключатели 7, которые срабатывают от упоров 8. Ручная настройка вальцов по высоте производится с помощью маховичка.

Привод механизма подачи осуществляется от электродвигателя постоянного тока 41, при этом обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости подачи в диапазоне 6.. .60, м/мин. Вращение от двигателя через червячный редуктор 16 и цепные передачи (звездочки 37, 12 и 12, 35) передается на два приводных туера 13 и 48 конвейерной цепи. Привод переднего прижимного вальца 34 осуществляется через блок шестерен 27, 26 и карданные валы. Два приводных туера и верхние приводные вальцы обеспечивают устойчивую подачу заготовок. Станок имеет принудительную смазку.

В некоторых моделях многопильных станков пилы располагают по ходу подачи снизу и сверху (рис. 32.3 е, ж). Нижние пилы захватывают одну часть пропила, верхние — другую половину, заканчивая распиливание. В таких станках применяют пилы меньшего диаметра и меньшей толщины,, что позволяет уменьшить отходы древесины в опилки. Это особенно существенно при большой высоте пропила и малой толщине выпиливаемых заготовок. Станки с двумя рядами пил должны иметь высокую точность регулировки пил на шпинделе, чтобы обе пилы работали строго в одной плоскости.

Совершенствование прирезных станков идет в направлении повышения точности распиловки уменьшения толщины пропила. Стремление к оптимизации технологических процессов коснулась и многопильных станков. Для этого применяются устройства позволяющие перемещать вдоль пильного вала от 1 до 3 пильных дисков по команде от сканера, установленного перед станком.

Технические характеристики круглопильных станков для продольного распиливания

Наибольшая толщина обрабатываемого материала, мм................................................. до 100

Частота вращения пил, мин^-1................................................................................................ 3000…4500

Диаметр пил, мм.......................................................................................................................... 250…400

Число пил, шт.................................................................................................................................. 1…10

Скорость подачи, м/мин............................................................................................................... 6…60

Потребляемая мощность, кВт.................................................................................................... 13…45

Глава 33. Круглопильные станки для поперечного распиливания

Станки этой группы предназначены для распиливания поперек волокон (торцевания) досок и брусков на чистовые и черновые заготовки определенной длины или удаления из них дефектных мест.

По конструктивному признаку торцовочные станки можно разделить на два основных типа: с подвижным и неподвижным суппортом. В станках с подвижным суппортом, предназначенных для точного и предварительного торцевания, подача суппорта осуществляется на неподвижную заготовку. Результирующая сил резания направлена так, что прижимает заготовку к столу и линейке, поэтому, как правило, не требуется прижимных устройств. Чтобы повторить рез, суппорт должен быть отведен в исходное положение, а заготовка перемещена вдоль своей оси на заданный размер.

Различают станки с перемещением суппорта по дуге окружности и с прямолинейным перемещением.

Торцовочный шарнирно-маятниковый однопильный станок с прямолинейным перемещением пилы (рис. 33.1) состоит из станины 12, на которой монтируется нижняя часть 10 колонки. На верхней поворотной части 9 колонки установлена шарнирно-рычажная система 7 с моторизованным шпинделем 6 и пильным диском 4. Электродвигатель привода имеет электродинамическое торможение при его выключении. Пила ограждена кожухом с шарнирно подвешенным сектором 5, который закрывает ее переднюю часть. На нижней части колонки закреплен стол 3. Станок оснащен кнопочным 2 и педальным 1 управлением. Горизонтальное перемещение пильного суппорта обеспечивается пневмоприводном, пневмоцилиндр которого установлен на кронштейне 8.

Воздух из магистрали поступает через влагоотделитель 18, регулятор давления 19 и маслораспылитель 20 к рабочему распределителю 16 с пневматическим управлением от распределителей 14 и 17. При нажатии на педаль воздух через распределитель 17 поступает в рабочий распределитель 16 и переключает его. Поршневая полость цилиндра заполняется сжатым воздухом, а штоковая полость соединяется с атмосферой. Поршень 15 перемещается влево, и происходит рабочий ход пилы. В конце хода регулируемый по положению упор 13 воздействует на ролик распределителя 14, что приводит к переключению рабочего распределителя 16, и напорная магистраль соединяется со штоковой полостью. Происходит обратный ход суппорта. Скорость подачи регулируется гидравлическим устройством. Бесступенчатое изменение скорости рабочего хода позволяет использовать станок и в автоматических линиях. Верхняя часть колонки настраивается по высоте поворотом маховика 11.

Менее распространены суппортные торцовочные станки, в которых электродвигатель с пилой закреплен на конце удлиненного суппорта. Суппорт перемещается в роликоподшипниках направляющих станины с помощью гидроцилиндра. Большая масса перемещаемых элементов является недостатком данной конструкции.

Преимуществом станков с прямолинейным перемещением пилы является небольшой диаметр пилы (до 400-450 мм), который определяется только толщиной распиливаемого материала и не зависит от его ширины. В то же время требуется регулирование суппорта по высоте при изменении диаметра пилы.

Станки с перемещением суппорта по дуге окружности могут быть с верхним (маятниковые) или с нижним (балансирные) расположением пилы. В маятниковом станке (рис. 33.2, а) пильный суппорт смонтирован на рычаге 1 с верхним шарниром. Пила надвигается вручную или через пневмоцилиндр 2. В станке балансирного типа (рис. 33.2, б) пильный суппорт смонтирован на рычажной системе 3 под столом. Рабочее движение осуществляется снизу вверх гидроцилиндром 4 через систему рычагов. Над прорезью для выхода пилы в столе устанавливается ограждение, работающее в автоматическом режиме с пильным диском. При подъеме пилы ограждение опускается и закрывает прорезь.

Эти станки обладают рядом преимуществ. Это быстродействие, отсутствие регулировки суппорта по высоте, удобство встраивания в автоматические линии. Основной недостаток – большой по сравнению со станками с прямолинейным движением суппорта, диаметр пилы при одной и той же ширине распиливаемой заготовки рис 33.3, а.

Имеются балансирные станки, конструкция которых реализует преимущества обеих рассматриваемых выше типов станков. На рис 33.3, б приведена схема станка, где пила вначале перемещается по дуге окружности, а затем движется прямолинейно. Это позволяет торцевать заготовки шириной до 1000–1300 мм.

Технические характеристики круглопильных станков для поперечного распиливания

	Балансирные	Шарнирнорычажные	Суппортные
Наибольший размер обрабатываемого материала, мм:
ширина
толщина
Число ходов, мин-1	до 45	до 25	до 30
Частота вращения пилы, мин-1
Диаметр пилы, мм
Мощьность электро­двигателя, кВт		4,0	2,1

Применительно к современной деревообработке явно недостаточно, говоря о поперечном раскрое пиломатериалов ограничить только рассмотрением торцовочных станков. Большую роль играет вспомогательное оборудование этих участков.

Для торцовки вручную доска или брусок укладываются на рольганг и подаются к оператору. Он определяет дефектные места и вырезает их одновременно, задавая длину заготовок с помощью выдвижных пневмоупоров. Производительность и полезный выход в этом случае зависит только от способности оператора распозновать пороки древесины и выбирать нужную часть доски.

При большой производительности участка поперечного раскроя , например, при сращивании заготовок по длине, изготовлении клееных щитов

и, особенно, при выработке заготовок определенной длины, число задач раскроя увеличивается. На рис.33.4 показаны некоторые варианты раскроя доски в зависимости от предъявляемых требований. Оператор просто физически не может обеспечить нужную производительность, высокий полезный выход продукции и запомнить число уже отрезанных деталей. В этом случае используются станки и линии, оснащенные устройствами оптимизации.

Наиболее простая система оптимизации показана на рис. 33.5. Заготовки укладываются на стол и оператор вручную, с помощью флуоресцентного мела, отмечает расположение дефектов (места последующих резов пилой). Затем заготовка перемещается подающим ленточным транспортером к пиле. Основные места реза распознаются фотоэлементом. Одновременно компьютер станка производит определение расстояния между двумя соседними местами резов и сравнивает его с длиной заготовок, спецификация которых заранее введена в программу. Компьютер самостоятельно вычисляет , сколько различных деталей наибольшей суммарной длины может быть размещено между этими соседними метками, отдавая предпочтение самым длинным деталям. После этого автоматически производятся поперечные резы, а заложенное в спецификации количество деталей уменьшается на число полученных заготовок. Последовательность раскроя запоминается компьютером, и выходящие из станка заготовки автоматически сбрасываются с транспортера в соответствующие карманы-накопители.

Применение такого оборудования обеспечивает снижение отходов древесины до 15%, позволяет существенно экономить рабочее время (до 50%) и уменьшить количество операторов, занятых на операции раскроя пиломатериалов, а также обеспечивает полную безопасность работы на станке, так как все его рабочие органы полностью закрыты шумопоглощением кожухами.

Еще больший эффект на заводах с высокой производительностью делают линии оптимизации с автоматическим сканированием. Центральной частью этого оборудования является сканирующее устройство (рис. 33.6,а), которое определяет особенности и дефекты заготовок на клеточном уровне. Пульсирующий лазер направляет на заготовку 24 различные сигналы, которые возвращаясь на его рецепторы дают информацию о состоянии древесины. Каждый сигнал (или комбинация сигналов) идентифицирует свои особенности древесины (рис. 33.6,б). Это стало возможным потому что клетки различных частей древесины имеют свои отличия. Устройство идентифицирует около 100 различных пороков: все разновидности сучков, синеву, свилеватость, смоляные карманы и др., причем независимо от шероховатости и чистоты поверхности заготовок. Перед началом работы оператор вводит информацию о породе древесины и происходит переориентация сканера на клеточное строение именно этой породы, что недоступно, например, видеокамере или человеческому глазу. Дополнительно может быть установлена рентгеновская головка для обнаружения внутренних дефектов древесины. Заготовки транспортируются через сканирующее устройство, оснащенное четырьмя лазерными сканирующими головками 1 и двумя сканерами 2, определяющими длину, ширину и толщину заготовки. Полученные данные обрабатываются компьютерным устройством и поступают в компьютер торцовочного станка, который выдает программу раскроя, исходя из заложенной в него спецификации. После торцовки заготовки сортируются по размерам и качеству и распределяются по карманам.

Поскольку торцовка происходит на высоких скоростях подачи и обычно применяются балансирные схемы станков с высоким быстродействием и вальцовые механизмы подачи. Техническая характеристика таких станков:

Размеры заготовок, мм:

максимальная толщина 50 и более

максимальная ширина 300

минимальная длина 600

число резов в мин 150 и более

скорость подачи, м/мин до 30

диаметр пилы 500…550

частота вращения пилы, мин-1 3000…4000

мощность электродвигателя пилы, кВт до 8

Преимущества систем автоматического сканирования: лучшая оценка качества древесины и высокая производительность; увеличение полезного выхода, поскольку раскрой происходит максимально близко к дефекту и оценка качества идет по критерию стоимости, а не объема; гибкость, так как программа раскроя может быть изменена за минуты.

В станках с неподвижным суппортом, предназначенных в основном для точного торцевания, движение подачи передается заготовке с помощью конвейера, каретки или барабана (рис. 33.7). Два последних типа станка встречаются редко. Наиболее распространены станки с подачей с помощью конвейера. Так называемые концеравнители. В них реализуется проходной метод обработки.

Одна из схем двухпильных концеравнителей с конвейерной подачей приведена на рис. 33.7,а. Станок оснащен двухцепным подающим конвейером 1 с упорами 2, проходящим под двумя прордольными балками 5, на которых базируются заготовки. Заготовки скользят по балкам, подталкиваемые упорами. Слева и справа по ходу подачи имеются два пильных суппорта 5 с двухкоординатными (по вертикали и горизонтали) и угловыми настроечными перемещениями. Заготовки при подходе к зоне резания прижимаются к направляющим балкам 3 холостыми гусеницами 4, приводя их в движение за счет сил трения. Привод подающего конвейера осуществляется от электродвигателя через вариатор-редуктор.

В некоторых станках за пильными установлены фрезерные суппорты. Они обеспечивают высокое качество обработки.

Для обработки заготовок различной длины левая часть станка (пильный суппорт, цепь подающего конвейера, гусеничный прижим) смонтированы на одном блоке, перемещается по направляющим в поперечном направлении. Блок имеет ручное и механизированное (винтовое) наладочные перемещения.

Техническая характеристика концеравнительных станков:

Наибольшие размеры обрабатываемого материала, мм:

ширина 250

толщина 40…80

скорость подачи, м/мин 5…16

частота вращения пилы, мин ^-1 3000

диаметр пилы, мм 300

мощность электродвигателей, кВт 12,3

.

 

Глава 34. Круглопильные станки для форматного распиливания

Станки этой группы предназначены для раскроя или обрезки на заданный размер различных плитных материалов: фанеры, ДВП, ДСтП и др.

Обрезка на заданный формат, как правило, производится в процессе изготовления материалов на оборудовании, встроенном в технологические линии производства плитных материалов. Кроме того, оборудование для обрезки используется самостоятельно. В обоих случаях применяются преимущественно станки, рабтающие по Г-образной схеме.

Раскрой плит — это операция получения из плит заготовок нужных размеров и числа. Раскрой оценивается полезным выходом заготовок.

На щитовые заготовки плиты распиливают по картам раскроя. Различают индивидуальный, комбинированный и совмещенный способы раскроя. В первом случае из плиты получают заготовки только одного типоразмера. При комбинированном способе получают несколько типоразмеров, но с условием комплектности деталей в соответствии с объемом производства. При совмещенном способе карта раскроя предусматривает различные типоразмеры без учета комплектности по каждой карте раскроя, но с максимальным выходом деталей и с минимальным повторением одинаковых деталей в разных картах раскроя.

Различают сквозной и смешанный способы раскроя плитных материалов. При сквозном способе осуществляется продольное или поперечное распиливание плиты (листа) на полосы с последующим делением этих полос на щитовые элементы заданных размеров. Полезный выход по этому способу около 88 %.

Смешанный способ раскроя предусматривает сочетание продольного и поперечного распиливания с индивидуальным раскроем нескольких предварительно отрезанных полос на заготовки различной длины. Полезный выход повышается до 94%.

Важным требованием к станкам является возможность производить продольный и поперечный раскрой без снятия отрезанных полос и перенастройки станка, т. е. осуществлять так называемую смешанную схему раскроя.

До недавнего времени совершенствование форматных станков шло за счет увеличения числа пил, что позволяло реализовывать любой план раскроя. Однако эти станки имеют существенные недостатки: большое число пил требует значительных расходов на их приобретение и подготовку к работе, усложняется размерная настройка станка и снижается технологическая точность, значительно увеличивается уровень шума; станок занимает большую площадь и сложен в эксплуатации.

Перечисленные недостатки в сочетании с излишне большой производительностью делают применение этих станков нерентабельным на средних и небольших предприятиях. Поэтому наметилась тенденция к резкому сокращению числа пил. Многие ведущие в этой области фирмы перешли практически к компоновке линий раскроя из станков с одной пильной балкой или с одним суппортом, имеющим пилу и для поперечного, и для продольного раскроя. В таких станках можно реализовать любую схему раскроя. При этом снижение производительности компенсируется значительным увеличением высоты раскраиваемого пакета до 160 мм и более.

Однопильные станки характеризуются значительно меньшим уровнем шума при работе, уход за единственной пилой не представляет сложности, упрощается настройка станка. Обеспечивается высокая степень автоматизации и программное управление. Станки компактны, удобны в эксплуатации, имеют невысокую стоимость.

Существует большое разнообразие типов и моделей форматных станков. Выбор конкретного станка зависит от различных условий, в которых он будет работать, поэтому дать однозначные рекомендации по выбору затруднительно. Ниже дается описание форматных станков, получивших наибольшее признание в настоящее время.

Для раскроя плитных материалов широко применяются круглопильные станки с ручной подачей (рис 32.1), рассмотренные выше, которые весьма эффективны при малых и средних объемах производства. Так же часто применяется простой однопильный вертикальный станок (рис. 34.1). Раскраиваемая плита укладывается на вертикальную сварную раму 1, вдоль которой по верхней и нижней горизонтальным направляющим перемещается узкая каретка 2. На ней смонтирована круглая вертикальная направляющая для суппорта 3 с пилой. Оператор за рукоятку на пильном суппорте перемещает его на нужный размер, а затем производит вертикальный рез. В некоторых станках имеется привод подачи пилы и подрезная пила. Чаще вместо подрезной пилы устанавливается нож с овальной режущей кромкой, который перед основной пилой прорезает в поверхности плиты две бороздки, предотвращающие появление сколов.

Схема позиционно-проходного трехпильного станка, приведена на рис. 34.2, а.Пачка раскраиваемых плит укладывается на каретку 8, которая при включении гидроподачи перемещается по направляющим станины 11. Движение каретки осуществляется от гидродвигателя 9 через червячный редуктор 10 и тросовую передачу. На станине сварной конструкции имеются две стойки, соединенные траверсой с направляющими 5 и 6 соответственно для суппорта 2 поперечного распиливания и двух суппортов 1 и 4 продольного распиливания. Имеется модификация этого станка с третьей продольной пилой, что расширяет его технологические возможности.

Суппорт 2 поперечного распиливания перемещается вдоль траверсы на роликах от приводной станции 7, размещаемой в правой стойке, через систему блоков и трос 3. К корпусу суппорта снизу крепится электродвигатель, на валу которого устанавливается дисковая пила. Каретка с выровненной и закрепленной плитой по команде оператора перемещается на величину, соответствующую месту формирования пилой поперечного резания передней кромки отпиливаемого щита. Боковые кромки щита формируются пилами продольного резания при перемещении каретки на заданную величину. После остановки каретки начинает перемещаться вдоль траверсы поперечный суппорт. По окончании поперечного распиливания суппорт останавливается, а каретка продолжает двигаться вперед и происходит дальнейший продольный распил согласно выбранного плана раскроя.

Во время поперечного распила продольные пилы продолжают вращаться в пропилах. Электрогидравли­ческая система привода и управления этим станком дает возможность перевести его работу на полуавтомати­ческий цикл по заданной программе, а присоединение загрузочно-разгрузочного манипулятора — на автоматический цикл. Место остановки каретки задается с помощью конечных выключателей, взаимодействующих с упорами, закрепленными на каретке.

В качестве программоносителей в этих системах могут использоваться штекерные линейки и барабаны с передвижными упорами. Программирование цикла состоит в расстановке штекеров в гнездах штеккерной панели и размерной настройке упоров.

Если каретка станка цельная, то можно вести только сквозной раскрой с низким полезным выходом (рис. 34.2, б). Повысить полезный выход и расширить возможности станка можно, выполняя смешанный раскрой (рис. 34.2, в). Для этого каретка делается состоящей из двух-трех секций, совершающих продольное перемещение относительно друг друга. Поперечный раскрой происходит следующим образом. Одна секция каретки останавливается по достижении размера первой заготовки, вторая продолжает двигаться до тех пор, пока не пройдет длину второй заготовки. Затем пила 2 разрезает поперек сразу обе заготовки.

Основным недостатком рассмотреного станка является ограничение возможностей участка продольного раскроя, поскольку здесь можно получить заготовки только двух ширин. Для получения другой ширины необходимо перенастроить станок. В прежних моделях станков этот недостаток устраняли увеличением числа пил, что нежелательно по причинам, изложенным выше. В современных станках тот вопрос решается введением программного управления. Данная схема (рис 34.3) отличается от предыдущей тем что здесь на каретке находится не плита, а пильные суппорты.

Пакет плит 3 укладывается на комбинированный стол 2, базируется на упорах 8 и фиксируется пневмоприжимами 1. Каретка 6 начинает движение по направляющим 4 над плитами и в работу вступают два пильных суппорта 5, которые осуществляют рез, выравнивающий продольные кромки плит. После его окончания каретка уходит в исходное положение, в процессе ее движения пилы поднимаются и перемещаются к центру станка на величину, равную ширине а₁ отпиливаемой заготовки. Затем совершается второй рез, отход каретки, новое перемещение суппортов на величину а₂ и рабочий ход каретки и т.д. согласно плану раскроя. Перемещение суппортов происходит по направляющим от специального привода, обеспечивающего высокую точность их позиционирования.

После окончания продольного раскроя каретка перемещается назад только на небольшую величину и суппорт 7 производит рез, выравнивающий поперечную кромку плит. Затем каретка отходит на величину, равную длине b₁ первой заготовки, производится второй рез и т. д.

При продольном пилении обе секции комбинированного стола составляют одно целое. При поперечном пилении каждая секция может двигаться отдельно до позиции, определяемой длиной располагающейся на ней заготовки. Таким образом достигается совмещение поперечных резов отдельных полос и производится смешанный раскрой.

Числовое программное управление осуществляется совместным заданием размерной и логической информации в цифровом коде на программоносителе. Современные системы ЧПУ строят с использованием микропроцессоров, что значительно повышает полезный выход и производительность станка. Увеличивается объем памяти, обеспечиваются возможность хранения в блоках памяти нескольких программ, использование любой из них по мере необходимости и др.

Схема станка с совмещением операций продольного и поперечного раскроя представлена на рис. 34.4. Ее достоинствами являются малое (всего две) число пил и возможность смешанного чистового раскроя.

Пакет плит 7 подается на стол 8, где он базируется в продольном и поперечном направлениях. Затем роликовым конвейером он передается на стол 10. Каретка подающего устройства 9 перемещает зажатый захватами пакет по стрелке на размер отпиливаемой полосы и осуществляет точное позиционирование. После останова каретки опускается прижимная балка 11 и суппорт 4 производит продольный рез.

Суппорт перемещается по направляющим качения. На нем на подъемной площадке смонтированы две пилы: подрезающая 6 и основная 5. Подрезающая прорезает паз на лицевой поверхности нижней плиты в месте выхода из нее зубьев основной пилы, тем самым предотвращая сколы на кромках заготовок. Во время рабочего хода площадка с пилами поднимается, а после окончания реза опускается. Затем отрезанные полосы пере­даются на базирующий стол 2, где происходит выравнивание полос и захват упорами подающего механизма 3, а затем последовательно поперечный раскрой всего пакета. Конструкция пильного суппорта 1 аналогична рассмотренной выше. Толкатели 9 и 3 отходят в исходное положение и цикл повторяется.

Заслуживает внимания современный однопильный форматный станок с развитой системой компьютерного управления станком, оптимизации раскроя, самодиагностики и некоторых других функций (рис. 34.5). Его отличают высокое качество распила, точность позиционирования, надежность, мощное и в то же время простое в использовании цифровое управление, широкие технологические возможности.

Станок состоит (рис 34.5,а) из станины 6, подающей каретки 1, приемных столов 3, прижимной балки 2, пильного суппорта 5, роликового стола 7 и пульта компьютерного управления 4.

Сварная станина несет упрочненные направляющие качения – верхнюю 1 и нижнюю 8, которые обеспечивают высокую точность перемещения суппорта и, следовательно, прямолинейность распила. Верхняя направляющая смонтирована непосредственно возле пильного вала для снижения вибрации пилы. Перемещение пильного суппорта со скоростью до 100 м/мин обеспечивается сервомотором 10, смонтированным непосредственно на самом суппорте, по технологии цифровой обработки. Тем самым гарантируется точное перемещение суппорта без помощи датчика или микровыключателей. Сервомотор через редуктор 11 приводит во вращение шестерню 12, перемещающуюся по рейке 13.

Основная 14 и подрезная 15 пилы 9 (см. также рис 34.5,в) приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей 16 и 17 через клиноременные передачи 18 и 19 и имеют независимые устройства подъема и опускания с помощью линейных шарикоподшипников, скользящих по круглым упрочненным стальным направляющим 20. Выступ основной пилы регулируется автоматически, в зависимости от толщины разрезаемой пачки, обеспечивая тем самым оптимальные условия резания. Подъем и опускание пил производят пневмоцилиндры Ц3 и Ц;. Выравнивание подрезной пилы по отношению к основной в вертикальной плоскости осуществляется снаружи станка без остановки пил. Быстрая и безопасная замена пил осуществляется с помощью одного поворота ключа.

Загружаемая в станок пачка плит ложится на роликовый стол, смонтированный внутри станины, и базируется с помощью бокового упора 22 и пневмоцилиндра Ц13. Достаточно большое количество опорных роликов стола и материал, из которого они изготовлены предотвращают появление следов и царапин даже на облицованных плитах. Задняя часть пачки плит зажимается семью захватами 23 подающей каретки 1при срабатывании пневмоцилиндров Ц5-Ц11.

После этого начинается подача каретки с зажатой пачкой плит к пильному суппорту на величину, определяемую планом раскроя. Перемещение каретки от сервомотора 26 и редуктора 25 происходит по направляющим качения 24 со скоростью до 60 м/мин. Точное позиционирование каретки обеспечивается прецизионными зубчато-реечным приводом 27 по технологии цифровой обработки.. Электронный декодер и двойное пружинное зубчатое колесо для автоматического выбора зазора производят считывание размера позиционирования и передают его непосредственно на зубчатую рейку толкателя.

Перед распилом пачка плит фиксируется на столе массивной прижимной балкой2, приводимой в движение пневмоцилиндрами Ц1 и Ц2. Торсионныйвал 28 во взаимодействии сзубчатыми колесами 29 и зубчатыми рейками 30, гарантируют параллельную по отношению к поверхности стола подачу, даже в случае раскроя пачки плит размерами меньше ширины стола.

Когда пачка плит зафиксирована на столе включается подача пильного суппорта 5 и производится первый рез, выравнивающий кромки плит Перед началом движения суппорта зона распила закрывается автоматически опускаемой пластиковой завесой для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. После окончания реза пилы на суппорте опускаются и он совершает холостой ход в исходное положение. Прижим поднимается, а каретка перемещает плиты на размер щита согласно плану раскроя. Отрезаемая часть плит поступает на приемный стол 14. Затем цикл повторяется.

Возможен вариант совместного продольного и поперечного распиливания плит. В этом случае отрезанная часть плиты вручную поворачивается и укладывается вдоль боковой напавляющей линейки. Нужный размер определяется положением упоров. Прижим опускается и суппорт производит одновременно поперечный и продольный резы.

Для облегчения перемещения плиты на поверхности приемных столов 3 имеются отверстия, через которые вентилятором продувается воздух. Отверстия перекрыты шариками, выступающими над поверхностью стола. Когда на стол укладывается плита, то шарики под ее массой утапливаются и поступающий в отверстия воздух создает воздушную подушку. Теперь для перемещения плиты требуется незначительное усилие рабочего.

Программное обеспечение станка включает полный набор инструментов управления. Все они обеспечивают полностью автоматическое управление раскроем любого плана через оптимизацию движений толкателя, суппорта пил, бокового выравнивателя и подъемного стола. Обеспечивается оптимальная скорость подачи в зависимости от высоты пачки, материала и ширины обрезков. Программа диагностики и поиска неисправностей сообщает о возможных неисправностях с указанием их места в станке.

Технические характеристики круглопильных форматных станков

Число пил, шт.......................................................................................................................................................... 1 – 4(8)

Диаметр пил, мм................................................................................................................................................... 300 – 450

Частота вращения пил, мин^-1.......................................................................................................................... 3000 – 4500

Скорость подачи, м/мин................................................................................................................................... 4 – 25(100)

Мощность электродвигателя, кВт..................................................................................................................... 15 – 25

Глава 35. Фуговальные станки

На продольно-фрезерных станках с помощью вращающихся ножевых (фрезерующих) головок и валов обрабатывают заготовки для создания базовых поверхностей и в размер с двух или четырех сторон. Начальной операцией является создание базовой поверхности на одной или двух смежных сторонах заготовки (рис. 35.1, а).Она выполняется на фуговальных станках. Затем следует обработка в размер по толщине или ширине (рис. 35.1, б) на рейсмусовых станках снятием слоя древесины с противоположной от базовой стороны заготовки. Если заготовки не имеют коробления или отклонения от формы, возможно совмещение этих операций на одном станке — четырехстороннем — продольно-фрезерном (рис. 35.1, в). На нем заготовка за один проход об рабатывается со всех четырех сторон по толщине Н и ширине В, причем можно получать также и профильное сечение. Все продольно-фрезерные станки имеют проходной способ обработки и подвижное базирование.

Схема обработки на фуговальных станках приведена на рис. 35.2, а. Неточности распиливания и коробления во время сушки приводят к тому, что заготовки имеют неровную черновую базу. Если при обработке такую заготовку прижать к столу, то она выпрямится, но после окончания обработки вновь примет прежнюю форму и получается гладкая, но неплоская базовая поверхность. Надо вести обработку так, чтобы деталь при этом сохраняла начальную форму. При значительных неровностях черновой базы может потребоваться несколько проходов, что дает точную геометрическую плоскость обработки.

Для выполнения этих условий процесс базирования заготовки осуществляется следующим образом. Вначале (положение I) заготовка базируется на переднем столе 3, а затем по мере обработки ножевым валом 2 переходит на задний стол 1. Когда длина обработанной части заготовки окажется достаточной, нажимом на передний конец детали базирование полностью переносится на заднюю плиту (положение II).

Наиболее распространены фуговальные станки с ручной подачей. При этом снимается небольшой слой древесины, поэтому сила резания невелика. Следовательно, усилие прижима, создаваемое руками рабочего и необходимое для преодоления вертикальной составляющей сил резания, невелико. Кроме того, рабочий контролирует усилие прижима, не давая выпрямиться изогнутой заготовке. Этим объясняется, почему при ручной фуговке даже длинных деталей получается плоская базовая поверхность.

Станки с ручной подачей малопроизводительны, условия работы неблагоприятные. Поэтому их целисообразно заменять фуговальными станками с механизированной подачей.

На станках с вальцовой подачей (рис. 35.2, б) в отличие от станков с ручной подачей усилие прижима заготовок вальцами постоянное, поэтому покоробленные и изогнутые заготовки могут быть выпрямлены вальцами. Чтобы предотвратить это, над передним столом монтируется один валец, а остальные над задним. Примером такой подачи служит приставной роликовый автоподатчик 3 ( рис. 35.3).

Станок с вальцовой подачей имеет два стола: передний 5 и задний 1, между которыми смонтирован в двух подшипниковых опорах горизонтальный ножевой вал 4 диаметром 128 мм, приводимый во вращение от электродвигателя с частотой вращения 5000 мин^-1 через ременную передачу 8. Столы прикреплены с помощью кронштейнов к эксцентриковым валикам. Цилиндрические шейки этих валиков поворачиваются в подшипниках, установленных на станине. Концы шеек связаны системой рычагов и снабжены настроечной рукояткой 7 и винтом 10. При повороте рукоятки или маховичка, связанного с винтом, эксцентриковые валики поворачиваются, вызывая подъем или опускание столов. Плоскость заднего стола 1 располагается строго параллельно плоскости переднего стола 5 по касательной к окружности резания.

Передний стол опущен относительно верхней базирующей поверхности переднего стола на толщину снимаемого слоя древесины. Направляющая линейка 6 может перемещаться поперек стола для использования всей длины ножей при обработке заготовок небольшой ширины. Базирующая поверхность линейки может наклоняться под углом до 45° к вертикальной плоскости для обработки деталей непрямоугольного сечения.

Для формирования двух взаимно перпендикулярных поверхностей на смежных сторонах заготовки на некоторых станках устанавливается вертикальная ножевая головка 2, которая приводится во вращение от электродвигателя через ременную передачу 9.

Чтобы уменьшить усилие прижима, сосредоточенную силу вальцов заменяют распределенной силой прижима конвейера, применяя станки с конвейерной подачей (рис. 35.2, в). Конвейеры таких станков снабжены различного рода подпружиненными пальцами, подача заготовок осуществляется за счет сил трения на поверхности заготовки. Так как конвейер транспортирует заготовку многими пальцами одновременно, он работает надежнее вальцового механизма и обеспечивает незначительный прогиб заготовки.

Схема конвейерного механизма подачиприведена на рис 35.4. На колоне в сварной раме, расположенной над ножевым валом, смонтированы две подающие цепи 8 с подпружиненными прижимами. Нижние ветви цепей скользят в направляющих 12. Прижим представляет собой рычаг 9, подпружиненный плоской пружиной 11 и смонтированный на осях 16 между цепями конвейера .На конце рычага имеется резиновый толкатель 10.Цепи приводятся от электродвигателя 5 через клиноременный вариатор со шкивами 4 и 6 и широким клиновым ремнем 7 и червячный редуктор 3. Между редуктором и приводным туером 1 установлена муфта 2. Скорость редуктора в диапазоне 7…30 м/мин регулируется с помощью маховика 17, червячной передачи 13 и винтовой передачи 18, винт которой раздвигает шкив 4 вариатора. Цепи натягиваются с помощью винтов 14, перемещающих холостые туера конвейера подачи 15. Для того, чтобы обеспечить тяговое усилие, требуется точная установка конвейера по высоте в зависимости от толщины обрабатываемых деталей. Для этого имеется механизм подъема и опускания конвейера подачи.

Полностью прогиб обрабатываемых заготовок можно устранить, применяя толкающий конвейер или вакуумный прижим. На рис. 35.2, г приведена схема станка, оборудованного двумя конвейерами с прижимными и толкающими упорами. Верхний конвейер — прижимной. Упоры действуют на торец заготовки, преодолевая все горизонтальные составляющие сил сопротивления подаче, а подпружиненные упоры, расположенные над пла стью заготовки, прижимают ее к столу силой, лишь слегка превышающей вертикальную составляющую сил резания. По схеме на рис. 35.2, д прижим заготовки осуществлен за счет вакуума, создаваемого насосом, который отсасывает воздух через щели в столе.

Глава 36. Рейсмусовые станки

На рейсмусовых станках производится плоскостное фрезерование одной или двух противоположных сторон заготовки с целью обработки ее в размер. В зависимости от числа одновременно обрабатываемых сторон заготовки различают одно- и двусторонние рейсмусовые станки.

Односторонние рейсмусовые станки. На односторонних рейсмусовых станках обрабатывают заготовки в размер по толщине путем снятия слоя древесины с одной, противоположной базовой, стороны детали.

На рис. 36.1, а изображена функциональная схема одностороннего станка. Подача заготовок 7 осуществляется подающими вальцами со скоростью 5...30 м/мин. Для надежной подачи передний валец 6 изготавливается рифленым, задний 2, контактирующий с обработанной поверхностью, - гладким.

Для одновременной обработки двух заготовок с разным припуском на обработку передний валец делают самоустанавливающимся по высоте в зависимости от толщины обрабатываемого материала (рис. 36.1, б). Для одновременной обработки нескольких заготовок передний валец должен быть секционным (рис. 36.1, в). Перед ножевым валом располагается передний прижим 5 (рис 36.1, а), который выполняет ряд функций: противодействует вертикальной составляющей сил резания, стремящейся оторвать от стола обрабатываемую деталь, является подпором, ограничивающим распространение опережающей трещины и, следовательно, образованию глубоких выколов, направляет поток срезаемой стружки в отсасывающий патрубок.

Передний прижим состоит из подпружиненных секций, каждая из которых закрепляется так, что позволяет ему находиться вблизи зоны резания не только при обработке различных по толщине деталей, но и при огибании продольных неровностей заготовки.

Длина ножевого вала 4 зависит от ширины обрабатываемые деталей и меняется в диапазоне 250...2000 мм. Вращение от электродвигателя на вал передается через ременную передачу.

Позади ножевого вала расположен цельный задний прижим 3. Его нижняя опорная поверхность расположена параллельно столу станка и чуть ниже (примерно на 0,5...1 мм) окружности резания. С его помощью деталь прижимается к столу во время прохода через станок для предотвращения вибраций, снижающих качество обработки. Кроме того, он направляет в отсасывающий патрубок поток срезаемой стружки, не давая ей попасть под задний валец. Задний подпружиненный гладкий подающий валец 2 расположен также на 0,5...1 мм ниже окружности резания. Защитный щиток 1 предохраняет поверхность заготовки между задним прижимом и вальцом от попадания стружки.

Настройка станка на толщину Н обработки осуществляется перемещением стола 11. Для этого чаще всего используются ходовые винты, приводимые от маховичка 9 или электропривода (для тяжелых станков). Нижние вальцы 10 стола иногда также делают приводными. Для уменьшения трения заготовки по столу нижние вальцы 10 должны немного выступать над столом. Величина выступа а, регулируемая рукояткой 8, зависит от размера заготовки и породы древесины и составляет 0,1...2,0 мм.

На рис. 36.2 изображена кинематическая схема одностороннего рейсмусового станка СР6-9. Ножевой вал 35 приводится во вращение от электродвигателя 1 через клиноременную передачу со шкивами 2 и 3. Торможение вала осуществляется тормозом 36.

Механизм подачи — с тремя вальцами. Привод верхних подающих вальцов 37 и 39 и заднего нижнего вальца 38 осуществляется от двухскоростного электродвигателя 4, соединительной муфты и редуктора, смонтированных на одной плите. В редукторе расположены две электромагнитные муфты 40 и 41, с помощью которых включаются ступени редуктора с разным передаточным отношением.

При включении муфты 40 вращение на вальцы поступает через зубчатые передачи 5—7, 9—10, 11—12, 13—14, 15—16 и цепную передачу со звездочками 17...21. При включении муфты 40 вращение передается через шестерни 6—8, а далее по той же кинематической цепи.

Установка необходимой скорости подачи производится двумя переключателями (для муфт и двигателя) по таблице настройки, где для каждой скорости указано соответствующее положение переключателей. Четыре значения скорости подачи в диапазоне 8...24 м/мин вполне удовлетворяют потребителей, а упрощение кинематической цепи привода подачи повышает надежность станка.

Стол 42 станка имеет настроечное вертикальное перемещение по направляющим. Вращение от электродвигателя 34 через ременную передачу 28—29, червячный редуктор 30, цепную передачу 31—32, конические зубчатые передачи 23—24 и 26—27 поступает на две винтовые пары 22 и 25. Стол движется вверх и вниз только при непрерывном нажиме на кнопку. Для предотвращения поломки механизма подъема служит предохранительная муфта 33. Ручное перемещение стола осуществляется маховичком 43 через зубчатую муфту 44.

Фиксация стола в заданном положении производится вручную поворотом рукоятки, которая через эксцентрик и шток зажимает направляющую стола.

Двусторонние рейсмусовые станки. На двусторонних рейсмусовых станках деталь обрабатывается в размер по толщине путем снятия слоев древесины последовательно с обеих сторон. Они строятся по фуговально-рейсмусовой и двухрейсмусовой схемам.

На рис. 36.3, а показана функциональная схема двустороннего рейсмусового станка, работающего по наиболее распространенной фуговально-рейсмусовой схеме Вначале фуговальным ножевым валом 12 обрабатывается базовая нижняя плоскость заготовки, а затем верхним рейсмусовым ножевым валом 3 придается заготовке требуемая толщина. Подача осуществляется вальцовым механизмом. Передняя часть стола 10 перед фуговальным валом смонтирована в боковых стенках основного стола на двух эксцентриковых осях, поворотом которых стол быстро устанавливается на требуемую толщину снимаемого слоя древесины.

Над фуговальным валом 12 на осях крепится передний блок 6, в котором находятся подающий валец 7, блок прижимов 5, когтевая завеса 8 и механизм подъема блока. Блок можно поднимать, поворачивая его вокруг оси механически или вручную, обеспечивая свободный доступ к ножевому валу. Передний подающий валец и двухрядный блок прижимов выполнены секционными. Прижимы установлены наклонно, что создает дополнительную защиту от обратного выброса заготовки.

За передним располагается задний блок, в котором смонтированы верхний рейсмусовый вал 3, прижимы передний 4 и задний 2 и подающие вальцы. Средний рифленый подающий валец 14 и передний прижим выполнены секционными, задний прижим — в виде цельной балки, задний подающий валец 1 — гладким. Нижние вальцы 9, 11, 13, 15, 16 также гладкие, из нижних приводной только валец 16. Если заготовка не имеет достаточного припуска на обработку с двух сторон, она может выйти после рейсмусового вала необработанной с верхней стороны.

По двухрейсмусовой схеме (рис 36.3,б) первым по направлению подачи расположен верхний рейсмусовый ножевой вал 2. Заготовка при этом базируется нижней необработанной поверхностью на переднем столе 5. При дальнейшем перемещении заготовка базируется верхней обработанной базовой поверхностью на базирующую балку 1 и обрабатывается в размер нижним рейсмусовым валом 7. Перебазирование не вносит ощутимой дополнительной неточности обработки, но уменьшает опасность схватывания концов заготовки.

Механизм подачи состоит из четырех пар вальцов. Передние верхние 3 и нижние 4 сделаны секционными. Нижнюю пару подающих вальцов 4 иногда заменяют гусеничным кон­вейером. Перед ножевыми валами располагаются секционные прижимы 6, а после них — цельные прижимные устройства.

Двухрейсмусовая схема рекомендуется при обработке жестких деталей, которые не деформируются (не прогибаются) под давлением прижимных элементов в станке, и, наоборот, тонких (до 5 мм) гибких деталей. В остальных случаях обе схемы равноценны. Однако станки, спроектированные по фуговально-рейсмусовой схеме, проще конструктивно и в эксплуатации.

Техническая характеристика рейсмусовых станков

Размеры ножевого вала, мм:

длина................................................................................................................................................... 250…2000

диаметр................................................................................................................................................. 80…255

Число ножей......................................................................................................................................................... 2…6

Наибольшая частота вращения ножевого вала, мин^-1............................................................................ 6000

Мощность электродвигателя, кВт................................................................................................................ 5…22

Скорость подачи, м/мин.................................................................................................................................. 8…24

Глава 37. Четырехсторонние продольно-фрезерные станки

На четырехсторонних продольно-фрезерных станках осуществляют плоскую и профильную обработку прямолинейных заготовок с четырех сторон в размер за один проход. Станки этой группы в зависимости от ширины фрезерования подразделяют на легкие (калевочные) для обработки профильных мебельных и столярных деталей шириной до 160 мм, средние для обработки столярных плоских и профильных деталей шириной до 250 мм и тяжелые для обработки погонажных изделий и пиломатериалов массового выпуска шириной до 650 мм.

В четырехсторонних станках, работающих по наиболее распространенной фуговально-рейсмусовой схеме (рис. 37.1, а), нижний горизонтальный шпиндель 5 создает базовую поверхность на нижней пласти заготовки, поэтому заготовка должна проходить над этим шпинделем, не деформируясь. В некоторых станках и автоматических линиях для предотвращения деформации заготовки применяют различные приспособления, например для создания промежуточной базы, замены подвижного базирования по пласти жестким базированием по кромкам и др.

При использовании промежуточной базы (рис. 37.1, б) станок оборудован дополнительной ножевой головкой 5, обрабатывающей заготовку не по всей пласти, а фрезерующей два неглубоких (2...3 мм) паза на кромках. Значительное уменьшение сил резания, а следовательно, и сил сопротивления подаче позволяет снизить тяговое усилие. Поэтому при обработке таких пазов можно значительно снизить давление подающих органов на древесину. По выработанной таким образом промежуточной базе заготовки осуществляется базирование по специальной установочной поверхности станка 13 при обработке всей пласти нижней фрезерующей головкой 6. Далее базирование происходит, как обычно, по всей нижней поверхности.

Правый вертикальный шпиндель 8 создает базовую поверхность на боковой стороне детали. Левый вертикальный 12 и верхний горизонтальный 1 шпиндели четырехсторонних станков обрабатывают деталь в размер, как рейсмусовые валы.

Если требуется, можно выполнить также профильную обработку. Вертикальные шпиндели могут располагаться друг против друга (рис. 37.1, а) или последовательно (рис. 37.1, б).

В средних и тяжелых станках имеются дополнительные горизонтальные и вертикальные шпиндели для выработки профиля с любой стороны детали или разделения ее с помощью круглых пил на несколько деталей по ширине. Число рабочих шпинделей зависит от характера рабочих опера­ций и может достигать восьми, десяти и больше.

Шпиндель четырехстороннего станка представляет собой вал, вращающийся в двух подшипниковых опорах с частотой 6000...9000 мин^-1. Приводится во вращение от электродвигателя через плоскую или плоскозубчатую ременную передачу. В некоторых станках режущий инструмент установлен непосредственно на валу электродвигателя, питаемого током повышенной частоты. Шпиндели имеют вертикальное и горизонтальное настроечные перемещения с помощью винтовых пар.

В новых моделях легких станков горизонтальные и вертикальные ножевые головки имеют консольное закрепление на унифицированном суппорте. В средних и тяжелых станках для придания большей жесткости ножевые головки располагаются между опорами, одна из которых делается съемной для быстрой замены инструмента.

Механизмы подачи четырехсторонних продольно-фрезерных станков разделяются на две основные группы: сосредоточенные и распределенные. По сосредоточенной схеме (рис 37.1, а) подащий механизм располагается перед ножевыми головками и заготовки проходят через станок, проталкивая друг друга. Привод подающих верхних 3 и нижних 4 вальцов осуществляется от электродвигателя через клиноременный вариатор, червячный редуктор, цепную и зубчатую передачи. Боковой прижим заготовки к направляющей линейке 7 вначале осуществляют плоские пружины 10, роликовые прижимы 11, верхний прижим — подпружиненные ролики 2.

Поскольку по сосредоточенной схеме подачи тяговое усилие развивается только двумя парами вальцов, требуется большая величина их прижима, что приводит к смятию и пробуксовке детали. Поэтому при сосредоточенной схеме более надежны вальцово-конвейерная и двухконвейерная подачи. Так как заготовки по этой схеме проходят через станок, проталкивая друг друга, необходима достаточная точность предварительной торцовки их концов.

По распределенной схеме (см. рис. 37.1, б) подающих вальцов 3 значительно больше (8...14), и они распределены по всему станку. В этих условиях усилие подачи, развиваемое каждым вальцом, достаточно, чтобы преодолеть силы сопротивления подаче только одной ножевой головки. Конструкция вальцов позволяет обрабатывать заготовки небольшой длины (от 200 мм). Особенно надежна распределенная подача при обработке деталей с косыми торцами. Привод подающих вальцов осуществляется от электродвигателя через клиноременный вариатор, червячные редукторы и сдвоенные цепные передачи.

Наиболее распространенные конструкции подающих вальцов приведены на рис 29.18. Рабочая поверх­ность вальцов выполняется рифленой, гладкой металлической или обрезиненной.

Для четырехсторонних станков, оснащенных большим числом шпинделей, прижимных и подающих устройств, важно обеспечение быстрой переналадки и регулирования станка. В современных станках все органы настройки и управления вынесены на фронтальную сторону (сторону обслуживания), все верхние ножевые головки и прижимные элементы выполнены в одном блоке. В зависимости от толщины изделия настройка блока по высоте производится одновременно с помощью серводвигателя через червячные передачи и винтовые пары. Для контроля положения блока применяются отсчетные устройства с точностью до 0,1 мм. Кроме того, осуществляется независимая точная настройка верхних ножевых головок. Ширина обработки устанавливается также отсчетным устройством, учитывающим диаметр используемого инструмента.

Скорость подачи для легких и средних четырехсторонних станков колеблется в диапазоне 5...45 м/мин, для тяжелых станков — 100…200 м/мин. Ручная загрузка деталей в станок при скорости выше 30 м/мин невозможна, поэтому четырехсторонние станки оснащают автоматическими загрузочными устройствами. На рис 37.2 показан общий вид четырехстороннего продольно-фрезерного станка.

Техническая характеристика четырехсторонних станков

 

Наибольшие размеры обработки, мм:

ширина………………………………………………………..100…250

толщина………………………………………………………..50…125

Число ножевых головок, шт………………………………………….4….8

Диаметр ножевых головок, мм……………………………………..125…460

Частота вращения ножевых головок, мин ^-1 ……………………..5000…8000

Суммарная мощность электродвигателей, кВт………………………18…75

 

Отдельно следует остановиться на «сверх тяжелых» четырехсторонних станках со скоростью до 600 м/мин, которые способны обработать до 200 тыс погонных метров древесины или плит в 8 часовую смену. Станок имеет тяжелую станину, направляющие высокой жесткости и семь сменных ножевых головок разного диаметра: 300 мм с 20 и 26 ножами, 360 мм с 30 ножами. Вертикальные головки иногда делают цельными (без сменных ножей). Имеются прифуговочные устройства с контролируемым размером снимаемого материала на головках с прямыми и продольными ножами. Привод всех ножевых головок соосный без ременных передач, что обеспечивает снижение шума. Число оборотов 5100 в минуту обеспечивает скорость резания 80 м/с. Столы и направляющие изготовлены из керамических материалов и смачиваются водой, чтобы предотвратить чрезмерное нагревание от трения обрабатываемых заготовок при таких высоких скоростях подачи. Верхние и нижние подающие ролики (рефленные и обрезиненные) в прочных подшипниках с масляной ванной и приводятся во вращение от электродвигателя через карданные валы. Несколько цифр, характеризующих эти уникальные станки. Размеры обрабатывемых заготовок, мм:

максимальная ширина 310

максимальная толщина 120

минимальная длина 1800

Общая установленная мощность , кВт до 735

Вес, т до 59

Габаритные размеры максимальные

(длина, ширина, высота) , м 8,3 х 3,75 х 2,4

 

Глава 38.Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя

 

Фрезерными называются станки для плоской, профильной и обьемной обработки прямолинейных и криволинейных деталей. По конструктивному признаку они делятся на станки с нижним и верхним расположением шпинделя и обьемнокопировальные.

На рис. 38.1 изображен широко распространенный в различных отраслях деревообработки фрезерный станок с нижним расположением шпинделя.

Кроме плоского и профильного фрезерования кромок и торцов деталей эти станки можно использовать для зарезки шипов и ряда других операций, выполняемых с ручной и механической подачей. В зависимости от высоты обработки они подразделяются на легкие (до 80 мм), средние (до 100 мм) и тяжелые (до 125 мм).

Основой станка является станина 1 рис.38.1,а коробчатого сечения повышенной жесткости, на которой монтируются узлы и механизмы станка.

Механизм резания представляет собой высокоточный шпиндель с закрепленным не нем режущим инструментом 7 , смонтированный в цилиндрической пильзе 6 на подшипниках качения и приводимый в вращение от вала 1 электродвигателя 4 через шкивы 5 и 8 пятиступенчатой клиноременной передачи.

Перемещение шпинделя по высоте для настройки на размер обрабатываемой детали осуществляется маховиком 9, закрепленным на валу III , через червячную 10 и 11 и винтовую передачу IY. Контроль перемещения шпинделя осуществляется по шкале счетчика 13, отслеживающего вращение винта III через звездочки 12 цепной передачи.

Фиксация шпинделя от поворота при закреплении режущего инструмента осуществляется поворотом рукоятки 21 против часовой стрелки. При этом ослабляется натяжение тросовой передачи и пружина вводит фиксатор в радиальное отверстие в шпинделе II. Разблокируют шпиндель поворотом рукоятки по часовой стрелке: тросик вытягивает фиксатор из шпинделя и стопорит его.

Натяжение ременной передачи осуществляется разворотом электродвигателя 4 относительно плиты 14 с помощью системы рычагов 15, 16, 17. Фиксация рычага 15 с двигателем 4 обеспечивается двумя пружинами 20, расположенными на рычаге 17 по обеим сторонам относительно оси А поворота рычага 16. При этом рукояткой рычага 17 ось А вводится внутрь треугольника, образованного шарнирами В, С и Д. Усилие натяжения ремня регулируется перемещением гаек 18 и 19 на рычаге 17.

На станке можно обрабатывать прямолинейные и криволинейные кромки детали. В первом случае обработка осуществляется по направляющей линейке, во втором – по копирному кольцу 1, смонтированному в столе концентрично с фрезой 8 (рис. 38.1, б). Деталь устанавливается на шаблоне, рабочая кромка 2 которого выполнена криволинейной по форме детали, и вместе с шаблоном перемещается относительно фрезы. На плите 3 шаблона установлены регулируемые 4 и торцевые 5 упоры для базирования заготовки. Заготовку закрепляют эксцентриковыми прижимами 6, смонтированными на стойках 7 шаблона. Обработанная деталь принимает ту же форму, что и копирная кромка шаблона.

Присоединение шипорезной каретки расширяет технологические возможности фрезерных станков. Шипорезная каретка 22 перемещается вручную по круглой направляющей 24 и ориентируется по плоской направляющей 25. Параллельность стола каретки столу 2 станка обеспечивается с помощью эксцентриковых роликов 26.

Подьем стола каретки относительно стола станка осуществляется за счет подьема оси 23 эксцентриком 27. В вертикальном положении стол каретки может разворачиваться на угол - 45 град. Вокруг оси 23 вручную и фиксируется рукояткой 28. В станках с механической подачей движение каретки осуществляется от пневмогидросистемы со скоростью до 20 м/мин. При фрезеровании шипов детали крепятся на каретке с помощью зажимных устройств. Для выполнения других операций каретку фиксируют в одном положении с помощью винтов. При сквозном прямолинейном фрезеровании с целью увеличения производительности и облегчения условий труда на столе станка устанавливается вальцовый автоподатчик.

Для обработки щитовых деталей или рамочных конструкций станок снабжен фронтальным расширителем стола 3, выдвигаемым по круглым скалкам из стола 2 на 360 мм..

Тенденция компьютеризации деревообрабатывающего оборудования коснулась и таких простых станков, как фрезерные с нижним расположением шпинделя. На рис 38.2 показан станок с регулировкой шпинделя по 5 осям. На пульте управления осуществляется весь набор настроечных перемещений: вертикальное, горизонтальное и угол наклона шпинделя, число оборотов, скорость подачи и др. Станок оснащен быстросменной системой шпиндельной оправки и электропневматическим ее зажимом и целым рядом других усовершенствований. Имеются фрезерные станки с ЧПУ.

 

Технические характеристики станков

 

Вертикальное перемещение шпинделя, мм 70 – 220

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 3000 – 12000

Диаметр режущего инструмента, мм 305 – 72

Установленная мощность, кВт 4,5 - 9,5

Максимальная скорость подачи, м/мин 24

 

 

Фрезерные станки с верхним расположением шпинделя, предназначенные для плоскостного и фигурного фрезерования брусковых и щитовых деталей по копирам и с ЧПУ.

В настоящее время наиболее распространен станок этой группы ВФК-2 (рис. 38.3, а). В верхней и нижней части станины 1 выполнены направляющие, по которым перемещаетется фрезерная головка 12 и корпус 2 со столом 13. Конструкция стола предполагает возможность настроечных перемещений по высоте до 200 мм по нижним направляющим станины с по мощью маховика 6 через червячную 5 и 12 и винтовую (3 и 4) пары. Стол в заданном положении фиксируется рукояткой. Перемещение по высоте копирного пальца 9, смонтированного в держателе 10, выполняется рукояткой 7 через шестерню 8 и зубчатую рейку. На столе установлен угольник 11 для ориентации деталей при прямолинейной обработке. Фрезерная головка служит для крепления режущего инструмента и обеспечения ему требуемой частоты вращения (18000 мин^-1) при заданном положении относительно других элементов станка. Главный узел фрезерной головки — электрошпиндель ЭВ-18/1,5М, представляющий собой высокоскоростной электродвигатель специального исполнения, который питается током повышенной частоты 300 Гц от синхронного генератора, поставляемого со станком.

Режущий инструмент (фреза, сверло) в патроне устанавливают непосредственно на выходном валу электрошпинделя 12, имеющем внутреннюю расточку под конус Морзе № 2а. Режущий инструмент крепится с помощью дифференциальной гайки. Фрезерная головка может поворачиваться относительно вертикальной оси на угол до 45° вправо.

Револьверная головка 15 служит для ограничения опускания фрезерной головки и оснащена шестью регулируемыми по высоте винтами-упорами. Положение каждого упора фиксируется шариковой защелкой.

Пневмопривод служит для механического перемещения фрезерной головки по высоте. В станине установлен пневмоцилиндр Ц2, корпус которого закреплен на оси 19, а шток связан с рычагом 18, качающимся на оси 17. Второй конец рычага через серьгу 16 связан с корпусом фрезерной головки.

Из цеховой пневмосистемы сжатый воздух через кран ВН поступает в фильтр-влагоотделитель ФВД, где очищается от твердых частиц, воды и компрессорного масла, далее — в регулятор давления РД и маслораспределитель МР. Давление контролируется манометром МН.

При нажатии на педаль управления станком срабатывает электромагнит ЭМ распределителя Р1, переключая распределитель Р4 во второе положение, что вызывает переключение распределителя Р2 и обеспечивает подачу воздуха в поршневую полость цилиндра Ц2 через дроссель ДР1 и обратный клапан КО2 и тем самым опускание фрезерной головки. Скорость перемещения головки при движении вниз (рабочем ходе) реггулируется дросселем ДР1, при движении вверх (холостом ходе) — дросселем ДР2. При рабочем ходе головки инструмент обдувается сжатым воздухом. Воздух на пневмоприжим и в штоковую полость подается постоянно, обеспечивая блокировку фрезерной головки: при отключении напряжения питающей электросети магнит воздухораспределителя Р отключается, головка под действием усилия в штоковой полости поднимается в крайнее верхнее положение; при падении давления в пневмосистеме станка происходит фиксация фрезерной головки с помощью пружины пневмоприжима и системы рычагов.

При работе станка осуществляется ручная подача. Для механизации подачи при фрезерно-копировальных работах созданы фрезерные станки с карусельным столом или кареткой.

Во фрезерных станках с карусельным столом (рис. 38.4, а) используется проходная схема обработки, они исполняются с одной или двумя ножевыми головками. На станках можно обрабатывать удлиненные щиты и детали. На столе 4 по окружности закрепляется несколько шаблонов 1, на которые укладываются детали 2, зажимаемые пневмоцилиндрами 3. При вращении стола детали поочередно подходят к фрезерным суппортам 6. Копирный ролик, расположенный соосно с фрезой, входит в контакт с кромкой шаблона и обеспечивает обработку заданного контура. Прижим копирного ролика к шаблону осуществляется пневмоцилиндром 7. Сила прижима может быть отрегулирована в соответствии с профилем обработки. Шаблоны делают легкосъемными, что позволяет получать детали различного контура. Пневмоприжимы 3 поочередно автоматически освобождают обработанные детали при подходе к зоне разгрузки с помощью пневмораспределителя 5. Шпиндели фрезерных суппортов могут вращаться в любом наравлении, обеспечивая встречное и попутное фрезерование. скорость вращения стола может изменяться и автоматически регулируется с помощью кулачков, закрепленных на столе и взаимодействующих с механизмом регулирования скорости.

На фрезерных станках с кареткой (рис. 38.4,б) обрабатывают детали по циклопроходной схеме также с помощью шаблонов, но движение подачи в них прямолинейное возвратно-поступательное. Заготовка 5 закрепляется пневмо прижимами 6 в шаблоне 8 на подающей каретке 7 и вместе с ней перемещается мимо фрезерных головок 3. Суппорты 2 с фрезерными головками перемещаются по направляющим 9перпендикулярно движению заготовки (поперечная подача). Надвигание и отвод ножевой головки осуществляются копирным роликом 4, скользящим по фигурной кромке шаблона, а прижим ролика к шаблону — пневмоцилиндрами 10. Привод подающей каретки по направляющим 11 — от гидроцилиндра 1. Скорость продольной подачи во время рабочего хода может автоматически регулироваться в зависимости от глубины фрезерования и сложности профиля. Фрезерование ведется с попутной подачей, что обеспечивает высокую точность обработки.

Техническая характеристика фрезерных станков с нижним

расположением шпинделя

Наибольшая высота (диаметр) заготовки, мм 150 (2500)

Скорость подачи, м/мин до 5

Частота вращения шпинделя, мин 6000-18000

Наибольший диаметр фрезы, мм 125

Вертикальное перемещение шпинделя, мм 50-150

Мощность электродвигателя, кВт 1,5-13,5

Объемно-копировальные станки. В этих станках вращающаяся фреза обрабатывает заготовку со всех сторон (объемное фрезерование), копируя заданную формы модели или по программе в станках с ЧПУ. В результате получают несимметричные изделия в продольном и поперечном направлениях. Станки могут быть одно- и многошпиндельные.

В зависимости от направления вращения фрезы относительно волокон древесины различают копирование поперечное, продольное и в плоскости волокон. В зависимости от вида и размеров режущего инструмента объемное копирование бывает с продольной подачей и без продольной подачи. Схема без продольной подачи используются при копировании деталей инструментом по всей длине одновременно. Схема такого копирования при поперечном фрезеровании приведена на рис. 38.5, а.

Ножевая головка 2 обрабатывает медленно поворачивающуюся деталь 3 сразу по всей длине. Необходимый размер и форма детали обеспечиваются профилем ножевой головки и формой копиров 1 и 4. Заготовка на головку надвигается в поперечном направлении. Фрезерно-копировальные станки, работающие по этому принципу, служат для получения прямых, конусных или профильных изделий, имеющих в поперечном сечении форму овала или многоугольника.

На рис. 38.5, б приведена схема поперечного копировального станка с продольной подачей. Модель 10 вращается, зажатая в центрах. Синхронно с ней в центрах вращается заготовка 2, кинематически связанная с моделью шестернями 1. Копирный ролик 9, обкатываясь по модели, через штангу отодвигает или приближает рабочий суппорт 4. В верхней части суппорта смонтирована ножевая головка 3. В результате перемещений суппорта осуществляется поперечная подача фрезы на заготовку, позволяющая обрабатывать ее при вращении в соответствии с профилем модели. Суппорт имеет регулировочное приспособление и пневмоприжим 7, обеспечивающий надежный контакт копирного ролика с моделью. Продольная подача суппорта 4 выполняется ходовым винтом 8 (или рейкой), перемещающим блок 6 на направляющих 5. Заготовка может вращаться в любом направлении, что дает возможность осуществлять встречное и попутное фрезерование. Введение в кинематику станка масштабных механизмов позволяет при одних и тех же размерах модели получать детали различной величины.

Копирный ролик через зубчатый сектор и шестерню связан с дросселем регулирования частоты вращения гидродвигателя. При поперечном движении ролика сектор поворачивается и закрывает или открывает дроссель, изменяя тем самым частоту вращения гидродвигателя, а следовательно, частоту вращения модели, заготовок и скорость продольной подачи каретки. Это позволяет изменять подачу на резец фрез в диапазоне 0,8 — 15 мм в зависимости от конфигурации модели, обеспечивая оптимальные режимы обработки. Частота вращения фрезы 6000 мин^-1.

Схема продольного копирования приведена на рис. 38.5, в. Обозначения те же, что на рис. 38.5, б. Станки этого типа в отличие от предыдущего имеют узкую ножевую головку меньшего диаметра, выполняющую продольное фрезерование.

Глава 39. Шипорезные станки

Шипорезные станки предназначены для формирования шипов и проушин на концах деталей при сборке из них рамочных конструкций или склеивания по длине. По виду шипов (рис. 39.1) и выполняемых при этом операций шипорезные станки разделяются на три типа: для формирования рамных, ящичных и зубчатых шипов.

Шипорезные станки для формирования рамного шипа. При формировании рамного шипа выполняется ряд операций: торцовка бруска дисковой пилой; формирование щечек и плечиков, вырезка проушин. Формирование щечек и плечиков производится цилиндрическими фрезами по схемам поперечного или торцевого фрезерования. При использовании схемы с поперечным фрезерованием (рис. 109, б) для выработки шипа требуется пять шпинделей, а при необходимости выбора проушины устанавливается шестой шпиндель с проушечным диском 1. Заготовка 5 торцуется пилой 4 на заданную длину. Две цилиндрические шипорезные головки 3 формируют шип по толщине и его щечки, а подсечные головки 2 — плечики шипа. При использовании схемы с торцевым фрезерованием (рис. 109, в) для формирования шипа достаточно четырех шпинделей. Щечки и плечики шипа формируются двумя цилиндрическими дисковыми фрезами 6. Для выборки проушины необходимо установить дополнительный шпиндель с проушечным диском. Нарезание рамных шипов может производиться коническими фрезами и пилами.

Шипорезные станки могут быть одно- и двусторонние. На двусторонних станках за один проход шип нарезается с обоих концов заготовки. Число шпинделей на таких станках в 2 раза больше, чем на односторонних того же вида.

На станине 1 одностороннего шипорезного станка (рис. 39.2, а) Ш016-4, выполненной в виде колонны, смонтированы 4 суппорта и опорная балка 15 с направляющими 13 и 16 и приводом механизма подачи 6. На суппортах установлены электродвигатели с удлиненными роторами, на валах которых консольно установлены пильный диск 9, две шипорезные цилиндрические дисковые фрезы 10 и прорезная дисковая фреза 12. Суппорты перемещаются ходовыми винтами 11 и имеют двухкоординатную систему настройки. Обрабатываемая заготовка базируется на столе 8 с помощью направляющей линейки 5 и упора 2, расположен­ных на каретке 4. Заготовка фиксируется гидрозажимами 7. Для предотвращения сколов на выходе режущего инструмента между направляющей линейкой и заготовкой установлен подпорный брусок 3. Станок работает по циклопроходной схеме. Возвратно-поступательное перемещение каретки обеспечивается гидроприводом с бесступенчатым регулированием скорости в диапазоне 2,5... 15 м/мин. Каретка с заготовкой перемещается по двум направляющим вдоль режущих инструментов, совершая рабочий ход с заданной скоростью, останов каретки в крайнем левом положении для съема и загрузки детали. Каретка приводится в движение втулочно-роликовой цепью 14 от гидроцилиндра через гидроусилитель.

Гидропривод (рис. 39.2, б) работает следующим образом. В исходном положении каретки кулачок 2 воздействует на конечный выключатель ВК2, который включает распределитель Р2. Масло от насоса через обратный клапан КО2 и распределитель Р2 сливается в бак. Предохранительный клапан КП работает в переливном режиме. Давление в системе отсутствует, и штоки гидроцилнндров Ц2 зажима детали отведены.

При включении кнопки «Подача» распределитель Р2 отключается, а разгрузочный клапан КП перекры­вается. Давление в гидросистеме возрастает, срабатывают гидроцилиндры Ц2 зажима и одновременно напорная линия через регулятор РП и распределитель Р1 соединяется с поршневой полостью гидроцилиндра Ц1. За счет разности эффективных площадей поршневой и штоковой полостей происходит рабочий ход каретки. При перемещении штока-рейки Z1 через систему зубчатых передач Z2, Z3, Z4 приводится во вращение звездочка 6, на которую надета втулочно-роликовая цепь с закрепленными на каретке концами.

В конце рабочего хода каретки кулачок 1 нажимает на конечный выключатель ВК1, который включает распределитель Р1, и масло из поршневой полости гидроцилиндра Ц1 сливается в бак. Происходит холостой ход, и каретка возвращается в исходное положение. В конце холостого хода кулачок 2 включает ВК2, который, в свою очередь, включает распределитель Р2. Масло из напорной магистрали через КО2 и Р2 идет на слив. Давление в системе снижается, зажимы освобождают деталь. Рабочий цикл заканчивается, и для его повторения требуется повторное нажатие кнопки «Пуск».

В двусторонних шипорезно-рамных станках, предназначенных для обработки шипов и проушин одновременно с обеих концов деталей, используется проходной метод обработки (рис. 39.3). Они имеют конвейерный механизм подачи, размещенный между левой и правой суппортными колонками, на которых последовательно смонтированы следующие суппорты: пильный 13, проушечный 3 и по два шипорезных 11. Каждый из суппортов имеет трехкоординатную систему настройки. Конвейерный механизм подачи состоит из двух параллельных цепей 23 оригинальной конструкции, которые скользят по горизонтальным направляющим 16. На внешней стороне цепи закреплены упоры 15 с деревянными вкладышами 14 для предотвращения сколов в деталях со стороны выхода инструментов. Привод конвейера осуществляется от тиристорного электро­привода, состоящего из электродвигателя постоянного тока, блока регулирования, блока дросселя и задатчика скорости, который позволяет бесступенчато регулировать скорость подачи в диапазоне 1,5...16 м/мин. От электродвигателя 4 вращение через муфту 5, червячный редуктор 6 и цепную передачу 7 поступает на приводной вал подающего конвейера.

Прижим материала по пути подачи осуществляется двумя приводными клиновыми ремнями 24, на которые воздействуют подпружиненные ролики 12. Вращение на приводные шкивы передается с приводного туера подающего конвейера через шестерни 8 и телескопическую карданную передачу 9. Левая по направлению подачи колонна 2 с суппортами — неподвижная, правая 19 имеет настроечное поперечное перемещение по направляющим 18, что позволяет обрабатывать детали различной длины (обычно 200...2800 мм). Колонна приводится в движение от электродвигателя 20, через муфту 21, червячную передачу 22 и винтовые пары 17. Заготовки в станок загружаются вручную или с помощью магазинов.

Существуют модели двусторонних шипорезных станков предусматривающие возможность обработки на них щитовых деталей из ДСтП, МДФ и клееных заготовок. В связи с этим они оснащены дополнительными узлами и механизмами.

В узел форматной обрезки добавляются подрезные пилы, которые прорезают предварительный паз в месте выхода зубьев основной пилы из материала, предотвращая появление сколов на пласти заготовки. К основной пиле добавляются пильные диски измельчающие отрезанную кромку. Устанавливаются вертикальные и горизонтальные шпиндели с инструментом для прорезания продольных пазов на кромке и пласти, ленточно-шлифовальные и профильные абразивные диски для обработки кромок.

Для мебельных производств выпускаются шипорезные станки с электронными копирующими устройствами, что позволяет обрабатывать криволинейные детали из массивной древесины и плит. Станок оборудуется тремя расположенными по направлению подачи копировальными группами. Каждая группа оснащена двигателем постоянного тока, который устанавливается на суппорте, перемещаемом шаговым двигателем. Каждая группа перемещается перпендикулярно направлению движения подачи по линейным направляющим винтом с регулируемыми шарикоподшипниками, которые гарантируют точное копирование. Такая схема позволяет реализовать возможности програмного управления. Станки имеют электронный контроль и систему самодиагностики.

Техническая характеристика рамных шипорезных станков.

Размеры заготовки, мм:

ширина...................................................................................................................................................... 200…2500

толщина........................................................................................................................................................ 8…160

Скорость подачи, м/мин........................................................................................................................................ 6…60

Частота вращения инструмента, мин^-1........................................................................................................ 3000…6000

Потребляемая мощность, кВт............................................................................................................................. 12…30

Шипорезные станки для нарезания прямого ящичного и клинового (зубчатого) шипов. Ящичные и клиновые шипы вырабатываются на одной (односторонние станки) или одновременно на двух (двусторонние станки) сторонах заготовки. В качестве режущего инструмента в обоих случаях используются прорезные цельные фрезы, собранные на оправке.

Шипорезный односторонний станок ШПК-40 (рис. 39.4) предназначен для фрезерования прямых и зубчатых (клиновых) шипов. На жесткой литой станине 9 расположен горизонтальный шпиндель 11, вращающийся в подшипниковых опорах 2. Режущая головка шпинделя для удобства монтажа имеет две пиноли: на одной из них монтируются 12 фрез с проставочными кольцами, на другой — 13 фрез. Пиноли соединены зубчатыми муфтами и зажимаются гайками. Шпиндель приводится во вращение через клиноременную передачу от электродвигателя 12, установленного на станине. На станине имеется передний упор 7 для регулировки высоты шипа или глубины проушины до 50 мм.

Стол станка 8 литой конструкции перемещается по направляющим станины гидроцилиндром 10. На столе установлены два боковых упора 3 для настройки размера крайней проушины. Для безопасности работы режущая головка в исходном положении полностью перекрывается поверхностью стола. Заготовка прижимается к рабочему столу станка прижимными башмаками 6, смонтированными на столе на двух стойках 4. Прижимы управляются гидроцилиндрами Ц2. Цилиндры Ц2 и Ц1 прижима и подъема стола работают от гидроагрегата 1, расположенного на левой стороне станины. Кнопочное управление станка размещено на пульте 5. С помощью электроблокировки исключается случайный пуск при смене инструмента. Цикл работы станка полуавтоматический. Установка и съем заготовок производятся вручную, остальные операции цикла выполняются автоматически по команде с пульта.

На станке можно обрабатывать детали шириной до 400 мм при прямом шипе и до 110 мм при клиновом (зубчатом) шипе. Толщина обрабатываемого изделия 8...100 мм. Можно нарезать прямой шип длиной 50 мм и клиновой — 10 мм. Наибольшая скорость рабочего хода стола регулируется — 6 м/мин.

Для обработки ящичных шипов ласточкин хвост в мебельном производстве применяют шипорезные станки типа ШЛХ. Обработка шипов осуществляется 25 концевыми коническими фрезами за один цикл.

Глава 40. Сверлильные станки

Станки этой группы предназначены для высверливания отверстий в брусковых и щитовых деталях деревообрабатывающих производств по позиционной схеме.

Одношпиндельные сверлильные станки бывают вертикальные и горизонтальные. Наибольшее распространение получили вертикальные с ручной или механизированной подачей.

Простейший станок с ручной подачей СВП–2 (рис. 40.1) оборудован расположенным сверху шпиндельным узлом 5 и кронштейном 2 со столом. Стол можно устанавливать по высоте посредством реечного механизма 13 станины 1, а под углом к горизонтальному положению — поворотом части кронштейна 15. Обрабатываемая заготовка закрепляется на столе эксцентриковым прижимом.

В узел шпинделя входит электродвигатель 6, который через ременную передачу 7 приводит во вращение рабочий вал 10 с закрепленным в патроне 11 сверлом. Движение подачи осуществляется через рычажную систему 4 педалью 16 или рукояткой 9. Вверх, в исходное положение шпиндель возвращается пружиной 3. Шпиндель останавливается тормозом 8 при повороте рукоятки 9 вверх.

Шпиндель станка 20 смонтирован на двух радиальных 21 и одном упорном 23 подшипнике в гильзе 22 и вместе с ней может перемещаться вдоль своей оси. Верхняя удлиненная часть шпинделя проходит через внутреннюю вращающуюся втулку 17 верхней неподвижной опоры 18 суппорта. Вал и втулка имеют шлицевое скользящее соединение, позволяющее передавать шпинделю крутящий момент при одновременном его осевом перемещении.Вращение шпинделю передается через шкив 19 (на рисунке клиноременный).

Станок с механической подачей имеет устройство для механического надвигания шпинделя и пневмоприжимы. Пневмогидравлический съемный узел привода подачи пристраивается вместо педали.

Многошпиндельные сверлильные станки можно подразделить на универсальные и присадочные.Универсальные станки предназначены для высверливания отверстий различного диаметра и расположения. Они могут быть с групповым и индивидуальным приводом, вертикальные и горизонтальные. На станках с индивидуальным электроприводом для уменьшения расстояний между осями сверл используют насадные многошпиндельные головки.

На рис 40.2 ,а приведена схема универсального станка с групповым приводом шпинделей 4 от одного электродвигателя 1 через зубчатые колеса 2 и гибки валы 3. Детали в таких станках чаще всего подаются столом 6 от гидроцилиндра 7. Прижим заготовок к столу с помощью пружин 5. Привод от одного двигателя к шпинделям может быть ременный 1 (рис 40.2 ,б).

Присадочные станки предназначены для выработки отверстий под круглые шипы (шканты) для угловых соединений щитов. Эти станки менее универсальны. Они могут быть горизонтальными, вертикальными и горизонтально-верти­кальными . На рис 40.2,в приведена схема станка с индивидуальным приводом каждого шпинделя 1, который является штоком пневмоцилиндра 2 и может совершать рабочий и холостой ходы.

На рис 40.3 представлен полуавтоматический сверлильно-присадочный станок, оснащенный двумя многошпиндельными головками с линейным расположением шпинделей и предназначенный для сверления отверстий в пластях и кромках щитов. Обе сверлильные головки смонтированы на общей поворотной плите образуют шпиндельный блок 1, имеющий автономный механизм подачи в виде пневмоцилиндра с гидравлическим регулятором скорости. Каждая сверлильная головка состоит из 20 шпинделей, расположенных с шагом 32 мм. Вращение на шпиндели передается посредством зубчатых передач от единого электродвигателя.

Станок может осуществлять сверление под любым углом наклона в пределах от 0 (шпиндели располагаются параллельно плоскости стола 2 - сверление отверстий в кромках щита) до 90 ( шпиндели перпендикулярны столу – сверление в пласть щита). Для этого весь шпиндельный блок может поворачиваться относительно горизонтальной оси, параллельной рабочей плоскости стола.

Станок работает в полуавтоматическом режиме. Зажим детали на рабочей позиции и подача многошпиндельной головки – пневматические. Обрабатываемая деталь устанавливается оператором на рабочий стол 11 и прижимается к базирующим упорам. При нажатии кнопки «Пуск» включаются электродвигатели многошпиндельных головок 4 и 5 и срабатывает электромагнит Y3 воздухораспределителя ВР3 (рис ,б). Сжатый воздух поступает в поршневые полости пневмоцилиндров Ц3 и пневмоприжимы зажимают заготовку на рабочей позиции. Контроль необходимого усилия зажима осуществляется пневматическим реле давления РД.

При срабатывании РД его замыкающий контакт включает электромагнит Y4 воздухораспределителя ВР4. В результате сжатый воздух поступает в левую полость пневмоцилиндра Ц4 и начинается движение подачи головок с установленными в них сверлами. Скорость рабочего хода определяется регулировкой игольчатого дросселя Др, через который масло вытесняется из штоковой полости регулятора ГЦ в поршневую.

При достижении заданной глубины сверления соответствующий регулируемый упор 9 нажимает на шток микропереключателя 8, закрепленного на планке 6. При этом обесточивается электромагнит Y4, плунжер воздухораспределителя ВР4 возвращается в исходное положение и происходит быстрый отвод шпиндельного блока назад. Ускоренный отвод головок в исходное положение обеспечивается открытием обратного клапана ОК, установленного параллельно магистрали игольчатого дросселя.

При отводе шпиндельного блока в исходное положение срабатывает конечный выключатель, контакты которого обесточивают электромагнит Y3 воздухораспределителя ВР3. Пневмоприжимы отходят от обрабатываемой детали. Оператор снимает готовую деталь и устанавливает новую заготовку.

Перед началом работы оператор производит настройку станка в соответствии с чертежом обрабатываемой детали. Необходимое угловое положение шпиндельного блока 1 обеспечивается пневмоцилиндром Ц1 и регулируемыми упорами 2 и 10. На схеме поршень пневмоцилиндра втянут, что соответствует расположению шпинделей в горизонтальной плоскости. Для перевода шпинделей в вертикальное положение следует повернуть переключатель. При этом срабатывает электромагнит Y1 воздухораспределителя ВР1, шток выдвигается и шпиндельный блок 1 поворачивается относительно оси О по часовой стрелке до соприкосновения с ограничивающим упором 10.

Координаты обрабатываемых отверстий настраиваются путем смещения боковой направляющей линейки относительно оси крайнего шпинделя и установки сверл в соответствующие шпиндели. Глубина сверления задается регулировкой соответствующих винтов-упоров 6 шестипозиционного барабана упоров 7. Регулировка пневмоприжимов 3 по высоте в соответствии с толщиной обрабатываемой детали производится по цилиндрическим направляющим 5. Установленное по высоте положение каждого пневмоприжима фиксируется клеммовым зажимом.

Широкое применение получила схемагоризонтально-вертикального станка (рис 40.4) с индивидуальным приводом многошпиндельных сверлильных головок и автоматической подачей. По этой схеме выпускаются станки различной производительности и габаритов для производств любой мощности. Ниже дается описание типичного станка, работающего по этой схеме.

Станок спроектирован по схеме со сквозным проходом заготовки и работает по циклу: загрузка, остановка деталей на позиции обработки, выгрузка. Станок имеет ряд многошпиндельных сверлильных головок — вертикальных 9 и горизонтальных 7. Щит 12 загружается в станок по стрелке А клиноременным конвейером 1. Он свободно проходит под толкателями 11, подвешенными шарнирно. После того как толкатели сойдут с заготовки, штоки пневмоцилиндра 10 дошлют заготовку до упоров 4, а торцевой упор 13 пневмоцилиндра 2 — до упора 8. Вслед за этим срабатывают пневмоцилиндры 5 и своими башмаками 6 прижмут заготовку к линейке 10 главной опорной базы. Конвейер 1 в это время будет отключен и опустится ниже поверхности базирования.

Сверление производится надвиганием тех головок, которые предусмотрены технологией обработки. После обработки пневмоцилиндры 3 убирают упоры 4, пневмоцилиндры 5 освобождают деталь от зажима, поднимается и включается конвейер и транспортирует ее по стрелке Б.

Каждая сверлильная головка имеет ряд настроечных регулировок: позиционирование по направлению подачи и перпендикулярно ему; глубины сверления и растояния сверла до заготовки; скорости подачи. Отключение пневматического или ручного фиксатора головки позволяет быстро снять ее для замены или повернуть ее на угол до 90^o.

Сверла крепятся в патронах головки с помощью несложного приспособления. В одних головках все патроны вращаются в одну сторону, в других соседние патроны вращаются в противоположенных направлениях. В этом случае устанавливаются сверла с левым и правым вращением. Применяются спиральные, винтовые и чашечные сверла различного диаметра.Сверлильные головки, не занятые в сверлении по данной схеме обработки, сдвигаются вправо и влево по направляющим и не участвуют в работе.

В наиболее сложных станках настройка осуществляется с пульта числового управления с помощью персонального компьютера. Имеется также программа самодиагностирования, помогающая соблюдать технологию обработки и обнаруживать неисправности в механизмах станка.

Станок может быть дополнен устройствами для установки шкантов на клею в высверливаемые отверстия на кромках заготовок.

Технические характеристики присадочных станков

размеры обрабатываемых заготовок, мм

ширина....................................................................................................................................................... 50…1200

длина......................................................................................................................................................... 205…3200

минимальное растояние между вертикальными сверлильными головками, мм...................................... 96

нормальное растояние между сверлами, мм...................................................................................................... 32

частота вращения сверл, мин^-1............................................................................................................................. 4000

мощность электродвигателя головки, кВт..................................................................................................... 1,8…3,0

скорость подачи конвейера, м/мин........................................................................................................................ 55

цикловая производительность, шт/мин............................................................................................................ 20…25

Станок для заделки сучков. Для повышения качества досок и брусков проводится высверливание сучков и заделка получающихся отверстий на сверлильном станке СВСА-2 (рис. 40.5). Станок состоит из станины 1 с вертикальными направляющими, по которым перемещается шпиндельный блок 5, предназначен­ный для размещения шпинделя 3 высверливания сучка, клеевпрыскивающего устройства 4, шпинделя 5 для изготовления пробки и забивки ее в отверстие, приводного и кулачкового валов. Шпиндели приводятся во вращение от электродвигателя мощностью 2,8 кВт, размещаемого в станине, через клиноременную передачу.

Чугунный стол 7 поднимается и опускается маховичком 9. Для сдувания стружки при сверлении через сопло 2 подводится воздух от вентилятора. Обрабатываемое изделие устанавливается на столе и прижимается устройством 6, которое управляется кулачком от распределительного вала.

Шпиндель 3 высверливает сучок, а шпиндель 5 с пустотелым сверлом изготавливает из планки пробку и устанавливает ее в подготовленное отверстие. Перемещение шпинделей осуществляется от кулачкового вала. Перед установкой пробки стенки отверстия смазываются клеем с помощью клеевпрыскивающего устройства 4, плунжер которого управляется кулачковым валом и пружиной. Клей находится в резервуаре станка. Распределительный кулачковый вал начинает работать при нажатии на педаль, а прекращает свою работу автоматически после заделки отверстия, и суппорт возвращается в исходное положение.

Техническая характеристика сверлильного станка СВСА-2

Размеры высверливаемых отверстий и устанавливаемых пробок, мм:

диаметр.......................................................................................................................................................... 25; 35

толщина....................................................................................................................................................... 6; 9; 18

Частота вращения шпинделя, мин^-1........................................................................................................ 2860

Наибольшая толщина обрабатываемого материала, мм................................................................. 150

Рабочий цикл, с................................................................................................................................................ 4

Глава 41. Сверлильно-фрезерные станки

Станки предназначены для выборки в деревянных деталях скругленных глухих или сквозных гнезд. В качестве режущего инструмента используют концевые фрезы. Для выборки гнезда необходимо придать фрезе два движения подачи — одно по оси инструмента, а второе — поперек.

Одношпиндельные вертикальные сверлильно-фрезерные станки применяются в небольших производствах и вспомогательных цехах. По конструкции они аналогичны сверлильным одношпиндельным вертикальным станкам (см. рис. 40.1). Отличие заключается в устройстве стола. Стол у этих станков имеет продольное перемещение по направляющим в горизонтальной плоскости с помощью маховичка и зубчато-реечного механизма, чем обеспечивается боковая подача фрезы. Величина перемещения регулируется подвижными упорами.

Горизонтальные сверлильно-фрезерные станки отличаются большим разнообразием схем. Для последних моделей характерна прямолинейная траектория поперечного движения шпинделя, которая производится кривошипно-шатунным механизмом, а регулирование длины паза — изменением величины радиуса кривошипа. Прямолинейность траектории этого движения обеспечивается направляющими или рычажно-шарнирными механизмами. Направляющие применяются плоские и призматические. Рычажно-шарнирные механизмы отличаются высокой точностью и надежностью, а также простотой обслуживания и ремонта, компактностью и малой массой. Большинство станков имеет ременный привод шпинделя, что позволяет повысить частоту вращения до 8—10 тыс. мин^-1.

По расположению концевых фрез горизонтальные сверлильно-фрезерные станки выпускаются односторонние и двусторонние. Шпиндель двусторонних станков имеет патроны на обоих концах вала. Приводной шкив располагается между опорами или между опорой и патроном. Привод подачи стола пневматический, гидравлический или пневмогидравлический. Направляющие столов — плоские, призматические или круглые. Заготовки к столу прижимаются пневмо- или гидропрйжимами.

На рис. 41.1 изображен двусторонний одношпиндельный горизонтальный сверлильно-фрезерный станок СВПГ-2. Он имеет два рабочих стола 15, перемещающихся в вертикальном и продольном направлениях. Продольное перемещение по направляющим 14 обеспечивается пневмоцилиндрами 4. Вертикальное перемещение при наладке осуществляется червячно-винтовым механизмом 16. Заготовки устанавливаются на столах и фиксируются пневмоприжимами 3. Высокооборотный шпиндель 1 с двумя патронами 2 смонтирован на лямбдообразной шарнирно-рычажной системе 5 и приводится во вращение от электродвигателя 7 через плоскоременную передачу 13. Частота вращения — до 10⁴ мин^-1. Возвратно-поступательное прямолинейное движение шпинделя обеспечивается шарнирно-рычажной системой от кривошипно-шатунного механизма, состоящего из кривошипного барабана 9 и шатуна 12. Барабан является ведомым шкивом клиноременного вариатора 8, который обеспечивает изменение числа качаний шпинделя в диапазоне 150... 300 мин^-1.

Изменение амплитуды качания шпинделя, а следовательно, и длины паза, производится установкой ползуна 11 на требуемый радиус маховичком 6 через угловой рычаг 10 без остановки станка. При сверлении отверстий ползун кривошипа устанавливается по центру барабана 9.

На станке можно обрабатывать паз шириной до 16 мм, глубиной 90 мм и длиной 125 мм. Наибольшая скорость перемещения стола — 3 м/мин.

Цикл работы станка полуавтоматический. Заготовка на столах устанавливается по упорам. Зажим, рабочий ход, возврат в исходное положение, освобождение зажимов происходят автоматически.

Глава 42. Долбежные станки

Станки предназначены для выборки прямоугольных гнезд в изделиях из древесины для шиповых соединений и установки фурнитуры. В качестве режущего инструмента применяют фрезерные цепочки и гнездовые фрезы.

Фрезерные цепочки устанавливают на цепнодолбежных станках и агрегатных головках. Цепное фрезерование выполняется зубьями цепи, перемещающейся по дуговой траектории. Каждый зуб срезает стружку циклоидальной формы при радиальной подаче. Для получения паза большей длины добавляется боковая подача. По расположению долбежных (фрезерных) цепочек различают вертикальные и горизонтальные цепнодолбежные станки, одно- и многошпиндельные. Вертикальные станки применяют для фрезерования гнезд на широких поверхностях щитовых и рамочных деталей, а также на боковых поверхностях брусков. Горизонтальные станки используют преимущественно для выработки гнезд на узких гранях щитов и рамок.

На долбежных станках различными инструментами в деревянных деталях вырабатываются гнезда прямоугольных сечений Они работают по позиционной схеме. В качестве режущего инструмента используются фрезерные цепочки или гнездовые фрезы. В цепнодолбежных станках (рис. 42.1,а) обрабатываемая заготовка закрепляется на столе 10 двумя гидрозажимами 11, а механизм резания располагается над столом. Гнездо выбирается фрезерной цепочкой 14, натянутой сверху на четырехзубую приводную звездочку 13, сидящую на валу электродвигателя 1, и снизу — на направляющую планку с натяжным роликом 15. Электродвигателю на подмоторной плите 2 можно придавать установочные перемещения по направляющим кронштейна в осевом направлении. Кронштейн по направляющим станины с помощью гидроцилиндра Ц1 совершает следующие перемещения: вниз — рабочее, вверх—холостое. Стол станка состоит из двух частей: горизонтальной, и вертикальной. Горизонтальная часть имеет ручное установочное перемещение относительно вертикальной части. Обе части стола совершают рабочее перемещение при выборке гнезда, длина которого больше размера режущего инструмента, по шариковым направляющим с помощью зубчато-реечной передачи 9 и маховика 12.

Масло от насоса 5 через напорный золотник 6 поступает к электрозолотникам 4 и 8. Золотник 4 управляет гидроцилиндром Ц1 подачи суппорта. Дроссель 3 и обратный клапан 7 в магистрали гидроцилиндра обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости подачи суппорта. Золотник 8 управляет работой зажима 11. При нажатии на переносную электропедаль масло поступает в гидрозажим и гидроцилиндр Ц1. Деталь зажимается на столе, а суппорт начинает движение вниз. В конце рабочего хода суппорт нажимает на конечный выклю чатель КВ2, переключающий золотник 4. Если педаль отпущена, суппорт совершает холостой ход. В конце холостого хода суппорт нажимает на конечный выключатель КВ1, переключающий золотник 8. При этом золотник 4 занимает среднее положение. В результате все масло, подаваемое насосом, через золотник 8 сливается в бак, а суппорт останавлирается, так как в среднем положении золотник 4 перекрывает выход масла из обеих полостей гидроцилиндра подачи Ц1.

Простота режущего инструмента и высокая производительность обусловливают широкое распространение долбления гнездовыми фрезами. Для этого удобно использовать долбежные агрегатные головки, смонтированные в нужном количестве на общей станине.

Для долбления узких гнезд используют гнездовые фрезы, которые выполнены в виде узкой тонкой пластинки с зубцами на нижней и боковой гранях. Нижние зубья — режущие, боковые — удаляющие стружку. Фреза совершает движение по эллиптической кривой или дуге окружности.

Долбежная головка (рис. 42.1,б ) состоит из тяги 5 на оси 4 коромысла 7 с долбяком 8, вала 3 с эксцентриком 6 и приводного электродвигателя 1. При вращении вала электродвигателя через муфту 2 эксцентрик приводит коромысло с долбяком в вибрирующее движение по эллиптической траектории с частотой 3000 мин^-1. Такое движение обеспечивает врезание зубьев в древесину, резание вдоль гнезда, удаление стружек из гнезда и возврат долбяка в исходное положение

Ширина паза определяется толщиной гнездовой фрезы, что позволяет вырабатывать очень узкие гнезда шириной 1,6…32 мм. Длина паза регулируется без смены инструмента.

Глава 43. Токарные станки

На токарных станках в результате вращательного и поступательного движения заготовки или резцов обрабатываемым деталям придают форму тел вращения. В зависимости от способа базирования детали токарные станки классифицируют на три основных вида: центровые, лобовые и бесцентровые (рис. 43.1).

Центровые токарные станки. В зависимости от длины лезвия токарного резца центровые станки делятся на две группы: коротколезвийные (длина лезвия меньше длины обрабатываемой детали) и длиннолезвийные (длина лезвия равна длине детали).

Центровой коротколезвийный станок предназначен в основном для продольного точения. Он может работать с использованием подручника или иметь механизированный суппорт. Станки с механизированным суппортом имеют приставное устройство для лобового точения.

Токарный станок с механизированным суппортом изображен на рис. 43.2, а. Заготовка 3 зажимается между центрами 2 и 8 в результате перемещения задней бабки 9. Передний центр 2 устанавливается на шпинделе 1, который приводится во вращение от двухскоростного электродвигателя через клиноременную передачу и трехступенчатую коробку скоростей, размещенных в левой тумбе 14 станка. Частота вращения шпинделя изменяется ступенчато в диапазоне 40...398 мин^-1.

Резец закрепляется в поворотном резцедержателе 4, который с настроечным продольным суппортом 5 установлен на поперечном суппорте 6, перемещаемом маховичком 10. Направляющие поперечного суппорта расположены на механизированном продольном суппорте 7, который имеет привод от шпинделя 1 через ременную передачу, коробку передач, вал 12, группу шестерен и зубчатую рейку 13. Наладочное перемещение суппорта осуществляется поворотом маховичка 11. Суппорт имеет четыре скорости подачи в пределах 0,5...7,5 м/мин.

В токарно-копировальных станках (рис. 43.1, б) обработка детали 3 ведется по копиру 1. Суппорт связан с копирным роликом 2, который перекатывается по поверхности копира.

Длиннолезвийные токарные станки - центровые станки автоматы с поперечной подачей (рис. 43.1, в) предназначены для массового изготовления небольших изделий. Обработка выполняется фасонным резцом 1, имеющим ту же длину, что и деталь. Резец подается поворотом его в шарнирах. Производительность 300—4000 изделий в 1 ч. Заготовки подаются из магазина по одной и зажимаются между вращающимися центрами. На тяжелых станках длинная заготовка квадратного сечения, вращающаяся внутри патронов, подается вдоль оси на резец предварительной обработки и далее — на профильный резец.

Станки с поворотным резцом (см. рис. 43.1, г) применяются для производства деталей малого диаметра (6—10 мм). Обработка ведется резцом 1, поворачивающимся при перемещении суппорта вдоль оси обрабатываемой детали. Такая конструкция позволяет производить резание не всей заготовки сразу, а только на небольшом ее участке, что снижает силы резания и уменьшает прогиб заготовки. Вместе с резцом, движущимся вдоль заготовки, перемещается опора (люнет), также поредотвращая прогиб заготовки.

Лобовые токарные станки (рис 43.1,д и 43.2,б) оборудованы планшайбой 5 для лобового точения, что позволяет обрабатывать торцевые поверхности. Заготовка 6 зажимается на планшайбе кулачковым зажимным устройством. Планшайба приводится во вращение от многоскоростного двигателя, коробку передач и ременную передачу, что обеспечивает частоту вращения 60…1000 мин ^-1 . Резцедержатель 4 с резцом закрепляется на суппорте 3, который смонтирован на стойке 2 с основанием 1 и перемещается в горизонтальном направлении. Привод механизма подачи суппорта осуществляется от индивидуального электродвигателя и коробки передач. Такие станки используются преимущественно в модельных цехах для обработки изделий большого диаметра. Диаметр планшайбы на тяжелых станках достигает 2000 мм, а на особо тяжелых до 4000 мм.

Бесцентровые круглопалочные станки предназначены для проведения цилиндрической обработки удлиненных деталей по проходной схеме при осевой подаче заготовки. На существующих станках изготавливаются детали диаметром 8...50 мм. В качестве режущего органа используется полая ножевая головка с резцами, режущие кромки которых обращены к оси вращения, вдоль которой подается заготовка.

В станках КПА20-1 (рис. 43.3) заготовка 10 квадратного сечения с лотка 11 коническими вальцами 9 подается в ножевую головку 8, которая закреплена на шпинделе 7. Шпиндель получает вращение от электродвигателя 2 через клиноременную передачу. Задние вальцы 4 с полуцилиндрической рабочей поверхностью — сменные и устанавливаются в зависимости от диаметра получаемого изделия. Прижим вальцов осуществляется пружинами 5. Привод вальцов осуществляется от общего электродвигателя 2 через редуктор и систему передач. Передаточный механизм обеспечивает скорость подачи в интервале 5...15 м/мин. Для центрирования детали при выходе из станка и уменьшения ее колебаний устанавливается направляющая втулка 3. Все механизмы станка смонтированы на станине 1. Верхние вальцы 4 и 9 отклоняются на осях 6, что обеспечивает прижим заготовки.

Глава 44. Шлифовальные станки

Шлифованием называется процесс абразивной обработки поверхностей деталей с преобладанием резания. Шлифовальные станки в технологическом процессе деревообработки применяются для выполнения следующих операций: выглаживания поверхностей с доведением их до заданной шероховатости, выравнивания поверхностей с доведением их до плоского состояния и калибрования на заданную толщину. Различают пять видов шлифовльных станков: узко- и широколенточные, цилиндровые, дисковые и лепестковые.

Узколенточные шлифовальные станки. В узколенточных станках в качестве инструмента используется бесконечная шлифовальная лента небольшой ширины (80 — 300 мм), натянутая на шкивах. Классификация станков в зависимости от того, какая часть ленты используется в работе, и характера контакта между древесиной и шлифовальной лентой представлена на рис. 44.1.

Станки c неподвижным столом (рис. 44.1, а) предназначены для шлифования плоских деталей. Наиболее распространены станки с горизонтально расположенной рабочей ветвью ленты 1, под которой расположен стол 2. Имеются станки и с вертикально расположенной лентой.

Станки со свободной лентой (рис. 44.1, б) применяются для шлифования криволинейных деталей.

Станки с контактным прижимом классифицируются в свою очередь на две группы — утюжком и шкивной частью. Из числа первых можно выделить станки, в которых используется узкий утюжок размером меньше обрабатываемой детали, устанавливаемый на каретке (рис. 44.1, в), и станки, в которых длина утюжка больше детали, подаваемой на конвейере (рис. 44.1, г).

В станках с узким утюжком шлифовальная лента 1, натянутая на два шкива 6 и 2 (шкив 6 приводной от электродвигателя), расположена горизонтально. Под нижней частью находится каретка 3, перемещаемая вручную (рукояткой) по направляющим 5 поперек ленты. Заготовка укладывается на каретку, а лента к ее поверхности прижимается с помощью рукоятки утюжком 4. Утюжок закрепляется шарнирно и вручную перемещается вдоль ленты по стрелкам А. Работа на этих станках малопроизводительна и утомительна, поэтому делаются попытки механизировать рабочие перемещения. В последней модели каретка перемещается пневмоцилиндром. Рычаг управления цилиндром смонтирован на месте прежней рукоятки ручного перемещения. Нажатие рычага вниз и вверх соответствует подаче каретки вперед и назад, причем чем больше передвинут рычаг, тем быстрее движется каретка. Эти станки исключительно простые, дешевые, но требующие монотонного, утомительного и вредного для здоровья труда.

Более совершенен и производителен станок с протяженным утюжком и конвейерной подачей (рис. 44.1, г и рис. 44.2, а). Станок имеет две узкие шлифовальные леты 10 и 11, движущиеся навстречу друг другу со скоростями 12 и 24 м/с. Вращение на шкивы подается от индивидуальных элгктродвигателей 9 через клиноременные передачи 8 (на рисунке показан один двигатель). Между утюжком и шлифовальной лентой на двух шкивах 1 натянута рифленая (протекторная) лента. Ее назначение — уменьшить износ утюжка и улучшить отвод шлифовальной пыли и тепла из зоны резания. Подача материала, обычно щитов, осуществляется смонтированным на столе 6 ленточным конвейером 5, имеющим индивидуальный привод от мотора-редуктора 12. Стол имеет установочное механическое перемещение по высоте. Деталь к столу прижимается роликами 7.

Контакт между шлифовальной лентой и обрабатываемым щитом обеспечивается с помощью удлиненного секционного утюжка 3 или, как его еще называют, электронным уюжком (рис. 44.2, б). Каждая секция имеет свой пневмопривод (пневмокамеру или пневмоцилиндр), который производит опускание и подъем нижней опорной поверхности утюжка. Базирование обрабатываемого щита происходит на верхние ролики, расположенные по обе стороны от утюжка. За счет давления в пневмокамерах опорная поверхность утюжка выступает ниже линии базирования на 0,2 мм и благодаря фетровой подложке облегает поверхность щита. В зависимости от выполняемой операции давление в пневмокамере регулируется для создания наилучших условий прижима. Между опорной поверхностью утюжка и шлифовальной лентой для предотвращения нагрева и быстрого износа последней устанавливается войлочная антифрикционная лента с приклеенным слоем мелких стеклянных шариков, резко снижающих коэффициент трения.

Перед утюжком поперек конвейера 5 по числу секций устанавливается ряд контактных роликов, связанных с электронным реле времени, управляющим опусканием и подъемом каждой секции утюжка. Щит, проходя под роликами, поднимает часть из них, подавая сигнал на опускание только тех секций утюжка, которые соответствуют его ширине. Это позволяет избежать прошлифовки продольных ребер щита, особенно при обработке деталей переменной ширины и рамочных конструкций. Чем меньше ширина секций электронного утюжка, тем лучше будут обработаны края детали. Особено сказывается ширина секций на качество промежуточной шлифовки поверхностей после нанесения грунтовки или порозаполнителя. У большинства моделей шлифовальных станков ширина секций составляет 25 мм, а у лучших – 12.5 мм. Последние позволяют шлифовать плоские детали самой сложной конфигурации и очень узкие профили.

Чтобы предотвратить прошлифовку поперечных ребер обрабатываемого щита, утюжок должен быть опущен только после того, как передняя по ходу подачи кромка щита пройдет две трети, а задняя при выходе щита из-под утюжка одну треть его ширины. Это осуществляется с помощью тех же контактных роликов 4. Деталь, подходя к ленте, нажимает на контактный ролик, который подает сигнал на электронное реле времени, по команде которого через определенный промежуток времени утюжок опускается в рабочее положение. После прохода щита контактный ролик опускается, подается сигнал на второе реле времени, которое дает команду на подъем утюжка до полного ухода щита из-под шлифовальной ленты. Высококачественное шлифование желательно в ряде случаев выполнять в два этапа: предварительное шлифование поперек волокон, затем окончательное вдоль волокон. В этом случае два станка объединяют в линию. На первом, с более узким столом, осуществляют предварительное шлифование, затем щит поворачивается автоматически на 90° и производится окончательное шлифование.

Рассмотренный узколенточный станок оборудован устройствами, упрощающими его эксплуатацию: пневматическим натяжением шлифовальной ленты, воздушными форсунками для очистки лент, цепным поперечным щеточным конвейером для очистки отшлифованных поверхностей и др. Станок легко может быть встроен в автоматическую линию.

В станках с контактным прижимом шкивной частью ленты ( рис. 44.1, д) шлифовальная лента 9 располагается вертикально и прижимается к заготовке рабочим шкивом 10. Жесткость контакта зависит от твердости обкладочного резинового слоя, а также от его профиля. Толщина резинового покрытия — 20 мм, твердость — 25...70 ед. При диаметре вала 0,25...0,35 м жесткость покрытия j = аh^0,35, где коэффициент а = 20...30. Для резины E = 1 МПа, j = 10...35 Н/мм, что обеспечивает максимальное давление 0,03...0,2 МПа. При столь значительном давлении глубина шлифования может составлять 0,5...1 мм, т. е. можно осуществлять операции выравнивания и калибрования.

По данной схеме созданы даже четырехсторонние шлифовальные станки для окончательной обработки пиломатериалов вместо традиционных четырехсторонних продольно-фрезерных. К их основным преимуществам относятся повышение качества получаемой поверхности и возможность снимать очень тонкий слой древесины, к недостаткам — высокое потребление энергии (общая мощность станка с восемью головками — 880 кВт); необходимость тщательного контроля размеров заготовок и высокая стоимость шлифовальной шкурки. Несмотря на это, использование станков может быть оправдано при выпуске высококачественных пиломатериалов, особенно лиственных пород.

Широколенточные шлифовальные станки. В этих станках ширина ленты больше максимальной ширины обрабатываемой детали. Получили распространение станки с лентой шириной 600...2000 мм.

Широколенточные станки обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами шлифовального оборудования: более высокая производительность, лучшая очистка ленты от отходов обработки и повышенная удельная мощность привода главного движения (до 0,65 кВт/см). При ширине обработки 600...900 мм их производительность в 2...3 раза выше производительности цилиндровых шлифовальных станков и в 10 раз больше производительности узколенточных шлифовальных станков. Значительная длина широких лент (2,6...3,8 м) обеспечивает высокую их стойкость, работоспособность и точность обработки. К недостаткам этих станков можно отнести высокую стоимость ленты, трудность ее подготовки к работе, осуществляемой, как правило, централизованно, и необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала, особенно при использовании тонких лент малой зернистости.

Широколенточные шлифовальные станки по расположению лент делятся на станки с верхним, нижним и двусторонним расположением, по виду контакта ленты и детали — с вальцовым или утюжковым контактом и комбинированные, по числу лент — на одно-, двух- и трехленточные. Станки с вальцовым контактом предназначены для выравнивания поверхности и калибрования щитовых деталей из столярных плит ДСтП, утюжковые — для выглаживания облицованной или отделанной поверхности щитовых деталей с частичным ее выравниванием, комбинированные сочетают в себе обе технологии, т. е. выравнивание, калибрование и выглаживание. На рис. 44.3 приведены наиболее распространенные схемы широколенточных станков для выравнивания и чистовой обработки.

На станках с вальцовым контактом (рис. 44.3, а, б) производят одностороннюю обработку верхней или нижней пластей. Станок по первой схеме состоит из ленточного конвейера 6 и одного верхнего шлифовального агрегата – контрролика 1 с контактным вальцом 2. Детали 5 базируют обрабатываемой пластью по опорным верхним жестко установленным балкам 3 и роликам 4. Для компенсирования разнотолщинности предусмотрен подпружиненный стол 7 конвейера. Станок по второй схеме снабжен одним нижним шлифовальным агрегатом с контактным вальцом. Базирование на этом станке производится нижней обрабатываемой пластью по опорным балкам 3 и роликам 4. Подаются детали вальцами 2 и контрроликом 1.

На рассмотренных станках достигается удовлетворительное выравнивание поверхности детали, но не обеспечивается чистовая обработка высокого качества. Для получения нужной шероховатости необходимо снятие равномерного и незначительного по толщине слоя. Для этого нужно обеспечить одинаковое удельное давление по всей площади контакта шлифовальной ленты. Это достигается применением шлифовальных агрегатов с эластичным утюжком (рис. 44.3, в).

Станки для чистовой двусторонней обработки (рис 44.3,г) изготавливают сравнительно редко. Они оборудованы одним верхним и одним нижним разнесенными по направлению подачи шлифовальными агрегатами с утюжковыми прижимами. На этих станках выполняют чистовое выглаживание мелкозернистыми шлифовальными лентами с одновременным выравниванием. Снятие повышенного припуска с целью частичного удаления макронеровностей на поверхности приводит к значительному снижению производительности обработки и повышенному расходу шлифовальных лент.

Требуемое качество выравнивания и чистового шлифования достигается при обработке на комбинированных станках с вальцовым утюжковым контактом (рис. 44.3, д, е). Шлифовальный агрегат 2 с обрезиненным рифленым вальцом служит для выравнивания детали, а шлифовальный агрегат 1 с утюжком, имеющим высокоэластичное упругое покрытие, — для выглаживания. Такие станки делают с верхним и нижним расположением шлифовальных агрегатов, что позволяет встраивать их в линию. Пласть каждой детали обрабатывается за один проход шлифовальными лентами различной зернистости, что позволяет наиболее экономично получать требуемые результаты шлифования.

На некоторых станках операция выравнивания выполняется в несколько этапов. В связи с этим каждый агрегат сошлифовывает меньший слой материала, что позволяет увеличить производительность станка, повысить качество обратываемой поверхности и стойкость шлифовальной ленты. Станки (рис. 44.3, ж) имеют два шлифовальных агрегата, первый из которых 1 оснащен контактным вальцом, а второй 2 — комбинированным двухконтактным прижимом. В станке на рис. 44.3, з операция выравнивания выполняется двумя последовательно расположенными шлифовальными агрегатами с вальцовым прижимом.

Все широколенточные станки имеют осциллирующее движение ленты поперек направления подачи. Это достигается следующим образом. Верхние барабаны выполнены поворотными в горизонтальной плоскости. Поворот барабана пневмоцилиндром в одну сторону вызывает боковое движение ленты по их поверхности, а поворот в другую — движение ленты в противоположную сторону. Ход штока пневмоцилиндра переключается пневмоструйным датчиком, расположенным возле ленты. Воздух из сети поступает в сопло, перед которым находится планка, управляющая датчиком с пневмоусилителем. Как только край ленты отходит в сторону, струя воздуха попадает на планку, пневмоусилитель срабатывает и переключает подачу сжатого воздуха через дроссель в соответствующую полость цилиндра, управляющего поворотом барабана. Барабан поворачивается, и лента сбегает в противоположную сторону. Струя воздуха перекрывается и дроссель возвращается в исходное положение.

На рис. 44.4 изображен широколенточный шлифовальный станок, работающий по схеме рис. 44.3, д, дополненный узколенточным агрегатом для предворительного шлифования грубых или ранее отделаных поверхностей щитов.

Технические характеристики широколенточных шлифовальных станков

Число шлифовальных лент, шт. 1…3

Скорость резания, м/с 25

Скорость подачи, м/мин 6…24

Частота осцилляций, мин^-1 20…35

Мощность электродвигателеий, кВт 35…60

Широколенточные калибровальные станкипредназначены для обработки по толщине древесно­стружечных, столярных и древесноволокнистых плит, фанеры на заданный размер с точностью ±0,1…0,2 мм. Плиты калибруют непосредственно на заводе-изготовителе до их раскроя на заготовки или уже после раскроя в щитах.

Шлифовальные станки могут обрабатывать плиты шириной до 2,57 м со скоростью подачи около 52 м/мин. Как правило, припуск снимается с обеих пластей за один проход. Часто на этих же станках, помимо калибрования, выполняют выравнивание и чистовую обработку. На рис. 125 приведены наиболее распространенные схемы шлифовальных станков для обработки ДСтП.

Интересна схема с расположенными друг напротив друга в одной вертикальной плоскости двумя шлифовальными агрегатами 1 и 4 (рис. 44.5, а). При обработке на таких станках происходит самоцентрирование калибруемых деталей за счет уравновешивания сил отжима, возникающих при шлифовании и являющихся вертикальными составляющими сил резания.

Обрабатываемая плита проходит через станок, прижатая верхними 2 и нижними 3 подпружиненными столами. Снятие одинакового припуска с каждой стороны плиты достигается подвижным (плавающим) креплением подпружиненных столов. При увеличении снимаемого припуска с одной из сторон плиты силы резания возрастают и действуют на противоположный стол. Он опускается, и силы уравновешиваются. На переднем верхнем столе смонтирован контрольный неприводной подпружиненный ролик, прекращающий через конечный выключатель подачу при проходе плиты с припуском больше допустимого. В станках, выпускаемых по схеме 44.5, б, поочередно обрабатывают сначала нижнюю, а затем верхнюю пласти. При этом плита опирается на базирующие элементы, точность обработки обеспечивается постоянством рабочего просвета между базирующими 5 и шлифовальными 6 органами.

Современные высокоскоростные многошпиндельные станки, имеют от двух до шести шлифовальных агрегатов (рис. 44.5, в). Во всех случаях два первых агрегата 7 калибруют плиту. Головки 8 окончательно обрабатывают плиту по толщине и снимают неровности, оставшиеся от первичного шлифования. Обычно вторичные агрегаты выполняются комбинированными, с использованием утюжков и контактных роликов с гладкой поверхностью или спиральными пазами. Эти агрегаты могут располагаться друг против друга или против базирующих элементов. Финишные шлифовальные агрегаты с мягким утюжком удаляют все предшествующие дефекты.

Имеются модели станков, где роль калибрующего исполняет ножевой вал, в котором по спирали устанавливаются перетачиваемые пластины, либо алмазные резцы (рис 44.6), стойкость которых исчисляется годами. В последние годы успешно применен метод калибрования ДСтП с помощью цилиндровых станков (рис. 44.5, г). В них в качестве режущего инструмента применены абразивные цилиндры 10 с нормальной структурой из карбида кремния 55с, 54с, 53с зернистостью № 63, 80, 100, 125 и 160. Связкой инструмента служит эпоксидная смола ЭД-20. Этот метод калибрования обеспечивает точность ±0,07—0,10 мм и рост производительности в 2 раза. Основным его достоинством является высокая стойкость шлифовального инструмента.

Выше приведены рекомендации по выбору нужной схемы станка в зависимости от технологических задач. Важен и другой аспект вопроса выбора станка - экономический. Во всем мире наиболее подходящим для отделочных работ считаются автоматы комбинированного шлифования с широким электронным прижимным утюжком. На промышленных предприятиях с серийным производством такие станки относятся к необходимому типовому оборудованию, однако, для небольших мебельных цехов возможности приобретения подобной техники несколько ограничены. В этом случае приходится оценивать не только размеры предстоящих капиталовложений, но и требуемую под станок производственную площадь, производительность имеющейся вытяжной системы, потребляемую мощность и полезное машинное время. Надо исходить из того, что независимо от масштабов предприятия, оно остается конкурентоспособным лишь до тех пор, пока выпускает продукцию, отвечающую требованиям рынка. А потому для малых производств нужна достойная альтернатива - прогрессивные станки, но в исполнении и комплектации, которые соответствуют этим условиям.

Для небольшого производства наиболее подходящим можно считать одноленточный шлифовальный станок с комбинированным агрегатом, включающим секционный утюжок. При правильно подобранной оснастке такой станок прекрасно справляется со своими шлифовальными операциями, начиная от калибрования поверхностей из натурального шпона до шлифования по лаку и порозаполняющему составу. Правда, обработка на этих автоматах связана с частой заменой шлифовальных лент, однако потери времени на переоснастку компенсируются за счет того, что вся остальная работа операторов предельно упрощена и многим доставляет удовольствие.

Для калибровальных операций на таком станке служит контактный барабан с лентой зернистостью около 80 мкм. При обработке массива к контактному барабану подключается и шлифовальный утюжок с зернистостью 100- 120 мкм, по необходимости возможен повторный проход. Шпон нужно шлифовать электронным утюжком, при этом требуется зернистость ленты 150 – 180 мкм, возможен повторный проход. Для шлифования лаковых поверхностей применяют электронный утюжок с лентой зернистостью 280 – 400 мкм. На больших мебельных предприятиях наиболее эффективно можно использовать двухленточные шлифовальные станки с двумя электронными утюжками и узколенточныи агрегатом поперечного предварительного шлифования. Калибровочное шлифование в этом случае выполняется контактным барабаном первого агрегата с зернистостью ленты около 80 мкм. Для шлифования массива используется тот же барабан, но с лентами зернистостью 100 – 120 мкм и электронная балка второго агрегата ( зернистость ленты 150 – 180 мкм). Шпон можно шлифовать электронной балкой первого агрегата, лента которого зернистостью 120 – 150 мкм движется во встречном направлении, а затем электронной движущейся лентой зернистостью 180 – 220 мкм. Лакированные поверхности шлифуются электронной балкой второго агрегата, требуемая зернистость 280 – 400 мкм.

В случае нанесения водостойкой грунтовки черновое и окончательное шлифование облицованных шпоном заготовок тоже можно выполнить за один проход, если настроить один из шлифовальных агрегатов на попутное вращение, а другой на встречное. Станок имеет компьютерное управление. В программу закладываются все рабочие параметры: режим работы, привода число оборотов, направление вращения, скорость подачи, различные усилия прижима при шлифовании пласти или кромки. Все шлифовальные операции происходят под всесторонним контролем, и даже обработка штучных деталей не составляет особых сложностей. Оператору остается лишь следить за процессом через экран, на котором среди прочей информации отражающие и данные системы диагностики. А при замене ленты специальные блокирующие устройства держат под контролем открывание и закрывание дверей и крышек, обеспечивая надлежащую безопасность работ.

Цилиндровые и дисковые шлифовальные станки. На цилиндровых шлифовальных станках режущий инструмент (абразивная лента) надета на образующую поверхность цилиндров. На некоторых из этих станков, помимо окончательною шлифования, выполняются калибрование и снятие провесов в собранных узлах. Вследствие ограниченной окружности барабана, относительно высокой температуры процесса и быстрого засорения ленты при шлифовании на барабанных шлифовальных станках получается худшее качество поверхности по сравнению с использованием широколенточных шлифовальных станков.

Функциональные схемы многоцилиндровых шлифовальных станков приведены на рис. 44.7. Станки с нижним расположением шлифовальных цилиндров и двусторонние оборудованы вальцовой подачей, станки с верхним расположением цилиндров — конвейерной.

Шлифовальные барабаны вращаются с частотой 1500 мин^-1 от индивидуальных электродвигателей мощностью 5...20 кВт через клиноременную передачу. Для регулирования толщины снимаемого припуска служит механизм перемещения барабанов по высоте.

Конструктивно шлифовальный барабан представляет собой тщательно сбалансированный цилиндр диаметром 280…300 мм, длиной 750...2200 мм. На поверхности барабана укреплен слой мягкого материала (поролона, войлока и др.), служащий прокладкой между абразивной лентой и барабаном. Лента надевается на барабан по спирали и натягивается с помощью натяжного устройства. Для уменьшения ее засорения и устранения продольных царапин на обработанной поверхности в результате затупления и засорения зерен барабанам придается осевое осциллирующее движение с амплитудой 5...6 мм и частотой около 250 мин^-1. Осциллирующее движение барабана осуществляется от электродвигателя через систему зубчатых и цепной передач. На валу закреплены эксцентриковые втулки, перемещающие рычаги, взаимодействующие с поводками шлифовальных барабанов. Барабан имеет балансировочное устройство, с помощью которого производится статическая и динами ческая балансировка цилиндра.

Дисковые шлифовальные станки. Дисковые станки предназначены для шлифования плоскостей различных деталей, часто ящиков. Главным рабочим органом служит диск со шлифовальной лентой. Он может быть расположен горизонтально или вертикально. Распространены станки с вертикально расположенными дисками. Иногда их выполняют двухдисковыми и снабжают шлифовальной бобиной, что расширяет технологические возможности станка, позволяя обрабатывать выпуклые и вогнутые поверхности.

Станки с лепестковым шлифованием.Режущий инструмент таких станков представляет собой диск по периферии которого одним концом закреплены ленты или пучки абразивных шлифовальных материалов (рис. 44.8,а), при вращении с частотой 300…1200 мин^-1. Центробежные силы ориентируют ленты или пучки по радиусу и обеспечивают необходимый подпор при контакте с обрабатываемой поверхностью. Диски вместе с прокладками набираются в барабан нужной длины, скрепляются фланцами и устанавливаются на шпиндель ручного устройства или на специальные станки. Возможно простое вращение инструмента, но лучший результат дает сложное движение. Диски “Quick Wood” помимо вращательного движения совершают колебания в плоскости обрабатываемой детали с амплитудой 120 мм каждые пол оборота, т. е. 1200 раз в минуту. Это значит что поверхность заготовки подвергается обработки до 20 раз в секунду.

Диски предназначены для шлифования плит, светлой древесины, ламинированных поверхностей.На рис 44.8 б, в показаны схемы расположения шлифовальных дисков в станках. Конвейерно-вальцовые механизмы обеспечивают подачу со скоростью 2-13 м/мин.Диаметр головок 300 мм, мощность потребляемая одной головкой — 0,4…0,6 кВт.

 

Глава 45 Комбинированные и бытовые станки

В небольших деревообрабатывающих производ­ствах и в быту, как правило, применяют ком­бинированные и универсальные станки, а так­же ручной электрофицированный инструмент.

Станки комбинированные предназначены для выполнения различных операций: фугования, продольного и попереч­ного пиления, фрезерования поверхностей, шлифования и сверлильно-пазовальных работ. Применяются в модельных цехах машино­строительных производств, столярных мастер­ских и на ремонтных площадках.

Сверху на станине станка крепится но­жевой вал, передний и задний фуговальные столы, пильный стол с поперечной кареткой, салазки и стол сверлильный. В лучших моде­лях, обладающих широкими технологическими возможностями, под столом имеется настраиваемый по высоте рейсмусовый стол. Для механизации подачи заготовок станок снабжен автоподатчиком с шестью вальцами.

В последнее время широкое распростра­нение получили универсальные бытовые стан­ки, многочисленные модели которых отлича­ются друг от друга набором выполняемых опе­раций, напольным или настольным исполне­нием, регулировкой фуговальных и пильных столов, технологическими параметрами. На них в различных сочетаниях можно выполнять продольное, поперечное и под углом распиливание, сверление, фрезерование пласти и кромки заготовок, фрезерование пазов, шпун­тов, шиповых соединений, шлифование, точе­ние, заточку режущего инструмента.

Технические характеристики комбинированных станков:

Параметр	Операция
Фугование, рейсмусование	Пиление	Фрезерование	Шлифоавние	Свереление, пазование
Размеры обрабатываемой заготовки, мм:
ширина наибольшая	250–400	120–140	–		–
толщина	5–160	5–100	5–150	12–100	20–100
длина наименьшая		–	–	–	–
Диаметр инструмента наибольший, мм
Частота вращения, мин-1
Общая установленная мощьность, кВт	4,5–5,0

 

Контрольные вопросы. 1. Объясните принципиальную схему ленточнопильного станка. 2. Приведите классификацию круглопильных станков. 3. Объясните принципиальную схему прирезного станка с конвейерной подачей. 4. В чем заключаются преимущества и недостатки одно- и многопильных форматных станков? 5. Приведите классификацию продольно-фрезерных станков. 6. В чем заключаются особенности обработки базовой поверхности на фуговальных станках? 7. Объясните принципиальные схемы рейсмусового и четырехстороннего станков. 8. Дайте объяснение схемы объемного копирования. 9. В чем различия фрезерных станков с нижним и верхним расположением шпинделя? 10. Какие виды шиповых соединений вы знаете и на каких станках они вырабатываются? 11. Объясните принципиальную схему одностороннего рамного шипорезного станка. 12. Приведите классификацию и принципиальные схемы сверлильных одно- и многошпиндельных станков. 13. Объясните принципиальную схему присадочного проходного сверлильного ' станка. 14. Какие сверлильно-фрезерные станки вы знаете? 15. Объясните принципиальную схему сверлильно-фрезерного станка с шарнирно-рычажной схемой. 16. Приведите схему объемного копирования с продольной и поперечной подачами. 17. Приведите классификацию токарных станков и объясните принципиальные схемы каждого из них. 18. Какие узколенточные станки вы знаете? 19. Приведите принципиальные схемы узколенточного и широколенточного шлифовальных станков. 20 Каково назначение и принцип работы шипорезных станков? 21. Для выполнения каких технологических операций применяют долбежные станки?

 

Раздел VI.Многопозиционные обрабатывающие центры с ЧПУ

 

Различают станки с ЧПУ однооперационные и многооперационные (так называемые обрабатывающие центры) Однооперационные станки с ЧПУ были рассмотрены выше в соответствующих разделах. Под многооперационным обрабатывающим центром понимают станок, в котором за одну установку заготовки без перенастройки станка осуществляются различные технологические операции ее обработки, например, пиление, фрезерование, сверление и т.п., с целью достижения максимальной готовности детали. Форма детали и процессы, требуемые для ее обработки определяют конструкцию и комплектацию станка

Обрабатывающий центр для обработки щитовых и брусовых заготовок консольной компоновки. Оборудование этого типа широко используется в мебельной промышленности и домостроении для обработки щитовых деталей, элементов мебели из массивной древесины и др.

Центр наиболее распространенной конструкции изображен на рис. Он включает станину 2, стол 9 или несколько столов, набор консолей 7 для закрепления деталей, систему упоров 8 для позиционирования заготовок на столе; систему закрепления деталей на столе вакуумную 3 или механическую ; систему направляющих для взаимного перемещения стола с деталью и обрабатывающего суппорта; собственно суппорта 6 , оснащенного инструментами для различных видов обработки резанием; магазин 5 для сменного дереворежущего инструмента; пульта управления (стойка ЧПУ) 1 , защитного ограждения 4. Могут быть добавлены агрегаты для выполнения специальных операций по обработке деталей (например, облицовывания кромок).

Управление всеми взаимными перемещениями стола и суппорта, изменением скорости подачи, скорости вращения инструмента, его заменой из магазина и т.п. производится электронной ситстемой от встроенного компьютера обрабатывающего центра. Важным параметром, определяющим область применения обрабатывающего центра и его технологические возможности, является количество одновременно управляемых координат от двух до пяти взаимного перемещения стола (детали) и обрабатывающего агрегата (суппорта).

На рис. ,а изображена схема обрабатывающего центра с трехкоординатным перемещением суппорта с набором инструмента над столом с закрепленной на нем заготовкой. Тем самым происходит ее обработка с пяти сторон. Станок имеет шесть независимых кинематических цепей для осуществления следующих движений: позиционирования и подачи суппортов по осям Х, Y, Z, позиционирование магазина инструментов, вращение вертикального фрезерного шпинделя и вращение шпинделей сверлильно-фрезерной группы.

Центр имеет консольную компоновку, при которой суппорт передвигается по набору направляющих, зафиксированных позади рабочего стола размерами 600-1250 мм в ширину и 2500-3200 мм в длину. Оператор находится слева или справа у стойки ЧПУ и визуально или по показаниям дисплея контролирует процесс обработки. Такая компоновка упрощает загрузку заготовки и ее снятие со стола. В то же время она не позволяет увеличить ширину стола, поскольку жесткость консольной конструкции инструментальной головки уменьшается из-за увеличивающегося плеча при подходе головки к переднему краю стола.

Продольное перемещение по оси Х всего суппорта 1 про упрочненным направляющим шарико-винтовом или зубчато-реечным механизмом 7 с геликообразными зубьями, обеспечивающими высокую скорость подачи без вибраций. Поперечная подача по оси Y осуществляется система с реверсивным роликовым винтом 5 самоцентрирующимся по отношению к движущимся массам, обеспечивая устойчивое и быстрое позиционирование режущих головок. Применение шариковой гайки с предварительным натягом обеспечивает безлюфтовую передачу, что приводит к точному перемещению суппорта. Установленный электродвигатель обладает возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения вала в очень широком диапазоне. Позиционирование осуществляется на скорости до 100 м/мин, а движение подачи до 0,5 м/мин. Электронная система управления двигателем обеспечивает точный отсчет оборотов двигателя вследствие чего обеспечивается позиционирование с точностью 0,2 мм., эта величина соответствует повороту вала двигателя на половину градуса. Направляющая качения суппортов обладают высоким коэффициентом полезного действия, приближая его к единице.

Подачу непосредственно режущего инструмента 9 (вертикальную, или для некоторых инструментов 6, горизонтальную) обеспечивают пневматические подающие устройства 4 самих режущих головок.

На суппорте 5 смонтированы рабочие инструменты (головки) с инструментом различного назначения: цилиндрические и концевые фрезы, сверла, дисковые пилы, абразивные диски. (рис. ). Требуемое качество обработки обеспечивается высокой частотой вращения инструмента (4000^-1 мин для обычных и 10000 - 24000^-1 мин для электрошпинделей) и регулируемой с помощью ЧПУ скоростью подачи.

Быает, что такие виды обработки, как пиление, горизонтальное сверление, выборка пазов в кромках и многое другое невозможно выполнить стандартными средствами станка, тогда эти работы призводятся за счет устанавливаемых в главный шпиндель станка дополнительных анрегатов из инструментального магазина. Эти агрегаты автоматически подаются к главному шпинделю станка и фиксируется в нем с помощью конусного крепления системы HSK. Соединительный узел гарантирует высокоточное и прочное соединение с усилием проворачивания не менее 1200 N.

Система автоматической смены инструмента состоит из магазина, служащего для создания запаса инструментов, достаточного для обработки партии заготовок, устройства автоматической смены инструмента, передающего инструмент из магазина в шпиндель станка и обратно.

Используется несколько основных видов магазинов (рис. ) : тарельчатый, располагаемый обычно на самом суппорте, линейный, располагаемый вдоль станины станка и иногда имеющий возможность перемещения за суппортом для сокращения времени замены инструмента. Иногда на наиболее тяжелых моделях фрезерных обрабатывающих центров используются магазины цепного типа, обеспечивающие установку максимального количества (11 – 18) дополнительных агрегатов. У некоторых станков, смена инструментов может выполняться только в определенном положении шпиндельной бабки, у других магазин перемещается вместе с ней, что значительно снижает время переустановки инстумента.

Замена инструмента в многооперационных деревообрабатывающих центрах с ЧПУ инициируется командой или группой команд в тексте запущенной на текущий момент на станке управляющей программы, либо при работе «с преднабором» командами с консоли станка.

Также имеется, так называемый, «разумный» инструмент, который содержит всю техническую информацию, необходимую для его использования в обрабатывающем центре, в одном чипе. Это диаметр, направление и допустимая частота вращения и т.д. Вся информация заносится в чип во время изготовления инструмента. Она автоматически запоминается и перерабатывается обрабатывающим центром до начала работы. Таким образом центр может самостоятельно определить, какие инструменты в каком порядке расположены в магазине, и иметь непрерывный доступ к текущей информации об инструменте.

Рабочий стол оборудован универсальными бесшланговыми вакуумными опорами 3 , которые легко перемещаются на нужный размер и фиксируются пневматическими зажимами, причем закрепленные в нужном положении опоры и фиксации детали на опорах происходит от одной и той же вакуумной пневмосети. Достаточно нажать на расположенный на опоре клапан и передвинуть ее на нужное место. Различаются сплошные ячеистые стили и столы, состоящие из отдельных балок.

Ячеистые столы (рис. ) позволяют свободно размещать вакуумные опоры (модули) различных модификаций, что позволяет свести к минимуму время перекладки на базирование новых деталей.

Еще большую гибкость и быстроту перекладки обеспечивают столы, состоящие из отдельных балок. Балки имеют настроечное перемещение по направляющим вдоль длины стола и могут быть сдвинуты в любую сторону в зависимости от формы детали. Мгновенная фиксация балок с помощью ручного клапана, расположенного на торце.

Пневматическая система станка выполняет следующие функции (рис. ):закрепление и сьем режущего инструмента во фрезерном шпинделе; подьем и опускание фрезерного шпинделя; очистка путем продувки конусов режущих инструментов в магазине; открытие крышки магазина инструментов; перемещение в рабочую позицию вертикальных и горизонтальных сверильных шпинделей, а также дисковую пилу; опускание и подьем заграждения из ПВХ лент; фиксация опор столов на станине станка; фиксация вакуумных присосок на опорах стола; уравновешивание массы вертикального суппорта; выдвижение и опускание базирующих упоров; автоматическое открывание задвижек в вытяжной (аспирационной) системы станка; смазка узлов станка и другие функции в зависимости от комплекции станка.

На обрабатывающих центрах имеется система защиты оператора во время работы управляющей программы. Перед столом станка установлены фотодатчики. Если оператор входит в зону действия датчиков, работа приводов останавливается. Рабочий может осмотреть рабочую зону, и если это нужно, прервать работу центра, тем самым предотвратив брак или даже аварийную ситуацию, такую как зарезание элементов приспособлений стола и т.д. Выйдя из зоны, оператор автоматически продолжает выполнения управляющей программы. Кроме фотодатчиков для этой цели используется также специальные чувствительные коврики. На большинстве центров, под станиной, на уровне ног оператора, станкостроители протягивают шнур аварийной остановки. Прикасание к этому шнуру приводит к немедленному останову станка. Такое же действие оказывают и кнопки аварийного останова станка. Практически все изготовители оборудования, в настоящее время защищают кожухом суппорты. На уровне заготовки они располагают «щеточный кожух» для предотвращения попадания в окружающую среду стружечных отходов, тем самым изолируя с пяти сторон обрабатываемую область. Также этот кожух служит для очищения детали от стружки во время обработки, а также служит дополнительной защитой оператора от различных аварийных ситуаций – поломка инструмента и т.п.

Для увеличения удобства обслуживания оборудования с ЧПУ, производители станков, включают в аппаратное обеспечение стойки модем, webкамеру и микрофон. Такой станок постоянно подключен и интернету и рабочий, посредством видиоконференции в любой момент времени может связаться с горячей линией сервис-центра производителя оборудования, задать интересующие вопросы получить должный support по проблемам использования данного оборудования. Оператор линии технической поддержки многие проблемы, связанные с аппаратным или прогаммным обеспечением может решить с помощью непосредственного удаленного воздействия на ПО стойки.

Для удобства обслуживания центров, места смазки выведены в центральный узел.

Система ЧПУ базируется на персональном компьютере и использует возможности многозадачной операционной системы в реальном масштабе времени, что позволяет контролировать несколько процессов одновременно, например, программирование рабочих операций в процессе эксплуатации машины.

Графический интерфейс X-Windows позволяет легко использовать функции доступные с помощью функциональных изображений. ЧПУ контроль показывает также на дисплее все движения инструментов и автоматически указывает на экране происходящие ошибки, давая возможность обратиться к соответствующей странице руководства по эксплуатации через систему помощи.

 

ВСТАВкА - НЕМНОГО О ПРОГРАММИРОВАНИИ

Операционный блок по осям: Х Y Z максимальная величина рабочих перемещений, мм 3060 1080 155 максимальная скорость позиционирования м/мин 100 100 30

Раздел VII. Оборудование для склеивания и сборки деревянных элементов и конструкций

Оборудование этой группы предназначено для изготовления сборочных заготовок и изделий с клеевым соединением элементов: сращивание по длине и ширине заготовок, сборка с клеевым соединениями и без них и т.д.

Глава 50. Оборудование для сращивания по длине.

Существует большое разнообразие схем и конструкций этого оборудования. На рис 50.1,а приведена линия с ручным управлением. Заготовка 3 загружается на стол 1 консольной каретки 2. Стол представляет собой ленточный конвейер, смонтированный на поворотной плите. Конвейер имеет реверсивный малогабаритный привод МР (мотор-редуктор). Включается конвейер, и заготовки, перемещаясь по стрелке А прижимаются к линейке. После выравнивания торцов срабатывает пневмоприжим заготовок к столу и каретка начинает движение подачи по направляющей 7. Последовательно происходит выравнивание торцов пилой 4, нарезание зубчатого шипа фрезой 5 и нанесение клея на шипы валиком 6. Затем каретка возвращается в исходное положение, заготовки освобождаются, происходит поворот стола на 180⁰ и цикл базирования заготовок и их обработки повторяется.

Обработанные с двух сторон заготовки смещаются на рольганг 8 и вручную подаются на приводные вальцы 10, которые торец в торец подают их в пресс. Приводная станция состоит из регулируемого электродвигателя и редуктора. Лента заготовок доходит до упора и включается механизм прессования. Пневмоцилиндр 12 создает усилие прессования в продольном направлении и одновременно опускается верхняя плита пресса, предотвращая выгибание ленты заготовок вверх. После окончания прессования включается пильный суппорт 9, который торцует ленту, подвижный упор 11 и верхний прижим возвращаются в исходное положение и толкатели сбрасывают склеенную доску на приемный стол.

В автоматической линии (рис. 50.1,б) заготовки 13 укладываются на подающий конвейер 14, который переносит их по стрелке А на конвейерный стол 15 подвижной каретки. Конвейер стола включается и, перемещая заготовки по стрелке Б, выравнивает по опустившемуся упору торцы заготовок. Каретка движется по стрелке В и заготовки последовательно обрабатываются пилой 16, фрезой 17 и клеенамазывающим валиком 18. Затем конвейер 15 выключается вновь и, перемещая заготовки по стрелке Д, выравнивает их торцы. Каретка движется по стрелке Г и происходит зарезка шипов на противоположных сторонах заготовок. Когда каретка останавливается в исходном положении, выключаются конвейеры 14 и 15 и обработанные заготовки по стрелке Е выгружаются на рольганг 19, а новая партия по стрелке А поступает на каретку.

Затем заготовки автоматически поступают на участок сборки и с помощью приводных вальцов 21 одна за одной подаются до неподвижного упора. Одновременно происходит подпрессовка. Включается пильный суппорт 20 и торцует полосу на заданный размер, после чего она перемещается в пресс. Пневмоцилиндр 22 создает усилие прессования, а верхняя плита пресса предотвращает выгибание полосы. Склеенная доска выталкивается на приемный стол.

В автоматической линии, изображенной на рис. 50.1,в заготовки 23 загружаются на конвейер 24 и выравниваются по упору. Все обрабатывающие шпиндельные головки 16, 27, 28 смонтированы на одной суппортной каретке 29, которая вместе с промежуточным конвейером 25 перемещается по направляющим 30. Во время ее движения происходит обработка заготовок. После возвращения каретки в исходное положение обработанные с одной стороны заготовки перемещаются на конвейер 31, а новые загружаются на конвейер 24. При следующем ходе каретки происходит одновременная обработка обеих групп заготовок.

Обработанные заготовки выгружаются на стол 22, а затем автоматически подаются на участок подпрессовки 33, оснащенный вертикальным конвейером и прижимными роликами. Подпрессовка происходит из-за разницы скоростей подачи V_S3 < V_S2 < V_{S1 .} Длина полосы заготовок определяется подающими вальцами, соединенными с шаговым двигателем. По его команде происходит торцовка полосы. Прессование осуществляется пневмоцилиндром 3 б по приведенной выше схеме.

Техническая характеристика оборудования для сращивания по длине

Размеры заготовок, мм:

длина………………………………………………………150…1200

ширина……………………………………………………. 30…160

Максимальные размеры склеиваемой доски, мм:

длина………………………………………………………до 6 м

толщина……………………………………………………до 60 мм

Скорость подачи пресса, м/мин………………………………… до 80

Давление при сборке, кг/см² ……………………………………..100…150

Общая мощность, кВт………………………………………14…20

 

Глава 51. Оборудование для сращивания (склеивания) по толщине и ширине.

Это оборудование применяется при изготовлении клееных щитов, бруса и заготовок из специально выпиленных брусков маломерных отрезков древесины и кусковых отходов. Производства различной мощности в зависимости от вида конечной продукции будут отличаться составом оборудования, степенью механизации и автоматизации технологического процесса, последовательностью выполнения операций. Но общий состав этих операций, обеспечивающих необходимое качество готовой продукции, в принципе остается одинаковым.

Высушенные чистообрезные доски раскраиваются с вырезкой дефектов по ширине на многопильных станках и по длине на торцовочных линиях с оптимизирующими устройствами. Затем производится сортировка отрезков по длине с выделением несращиваемых брусков и по расположению годовых колец. От этой операции в значительной степени зависит полезный выход и качество готовой продукции. С целью экономии материала немерные отрезки сращиваются по длине на зубчатый шип с контролем расположения годовых колец. После этого все заготовки подвергаются строганию со всех четырех сторон на станках продольно-фрезерной группы. Готовые, уложенные в стопу, детали передаются на склейку, причем время ожидания склеивания должно быть минимальным, чтобы избежать изменения влажности древесины и ее коробления. Все перечисленные выше операции производятся на оборудовании, которое было рассмотрено в предыдущих разделах.

Процесс склеивания состоит из двух основных операций: нанесения клея на древесину и прессования. Клеи наносятся механизированно (вальцами, форсунками и др.) или вручную (кистями, стержнями и др.). Количеством наносимого клея определяется толщина клеевой прослойки и прочность клеевого соединения. Прочность соединения может ухудшиться как при очень тонкой пленке (нарушается непрерывность клеевого слоя, так называемое голодное склеивание), так и при чрезмерно толстой пленке, в которой от усадки клея могут возникнуть внутренние напряжения ослабляющие клеевое соединение.

При склеивании древесины расход клея колеблется от 150 до 350 г/м² в зависимости от конкретных условий. Период между нанесением клея на поверхность и контактированием склеиваемых поверхностей называют открытой выдержкой. Период времени с момента контактирования склеиваемых поверхностей до сжатия их определенным давлением (прессования) называют закрытой выдержкой. Необходимо, чтобы длительность открытой и закрытой выдержек была менее времени рабочей жизнеспособности клея.

Усилие прессования при склеивании древесины обычно бывает от 0,1 до 1,2 МПа. Прессование должно быть равномерным по всей площади склеивания. Для прессования используют различные устройства силового воздействия с применением пневматических, механических и гидравлических систем. Избыток давления создает тонкий клеевой слой и избыточные внутренние напряжения в склеенных заготовках, которые снижают прочность склеивания. Недостаточное давление не обеспечивает сплошного клеевого слоя и высокой прочности склеивания.

В запрессованомм состоянии склеиваемые поверхности должны находиться определенный период времени, при котором степень отверждения клеевого слоя будет такой, при которой не произойдет нарушение прочности соединения из-за появляющихся в нем внутренних напряжений после снятия давления. Соответствующая такому состоянию прочность склеивания называется разборной. Разборная прочность зависит от размеров склеиваемых заготовок. При изготовлении клееных деревянных конструкций разборная прочность должна быть равна примерно 50 % нормируемой ее конечной величины, т. е. примерно 3 МПа для прямолинейных, и до 70 % у криволинейных, т. е. 4—5 МПа. После снятия давления склеенные заготовки должны иметь технологическую выдержку для достижения прочности склеивания до установленных норм. Для интенсификации процессов склеивания применяют различные методы, обеспечивающие прогрев клеевого шва и ускоряющие процесс отверждения клея и сокращающие сроки технологических выдержек.

При небольших обьемах производства обычно применяются ручные клеенаносящие устройства, но они не могут обеспечить равномерного расхода наносимого клея, что сказывается на качестве готовых изделий (недостаток клея, выступление излишков клея и т.п.). Стационарные устройства с ручной подачей используются при средней производительности участков склеивания ( рис. 51.1,а) Они представляют собой сварную раму с двумя роликовыми конвейерами , между которыми расположен клееномазывающий валец и емкость с клеем. Конвейер протягивает заготовку под вальцом и не ее верхнюю пласть наносится клей. В составе линий для склеивания применяются автоматические клееномазывающие устройства.

Желательно еще до нанесения клея , склеиваемые детали подбирать по наклону в них годовых колец, а предназначенные для изготовления клееного щита – еще по расположению допускаемых сучков и по цвету древесины ,сучки в клееном щите должны быть расположены равномерно и красиво.

Склеивание деталей холодным способомпроизводится в ваймах различного типа: вертикальных, горизонтальных, веерных и др. Сжатие деталей между собой и их выдержка под давлением до отверждения клеевого шва производится винтовыми, пневмо- или гидравлическими устройствами. Склеиваемый щит должен быть надежно прижат и по пласти – во избежании его поперечного выпучивания или смещения деталей относительно друг друга.

Наиболее простыми являются вертикальные электропневматические и электрогидравлические прессы (рис. 51.1,а). На расположенной рядом с прессом установке 1 на кусковые заготовки наносится клей и они одна за другой укладываются в пресс. На сварной раме пресса смонтированы верхние прижимные цилиндры 2 ( от 3 до 6 шт.). Внизу имеются базовые перемещаемые на размер щита нижние упоры 3. Когда все заготовки уложены на цилиндры, подается давление и начинается прессование. Чуть раньше срабатывают горизонтальные цилиндры 4, прижимающие к склеиваемому щиту две балки 5, которые предотвращают выпучивание щита.

С целью увеличения производительности и экономии производственных площадей выпускаются так называемые «веерные пресса», в которых щит набирается описанным выше способом в рамочных конструкциях, расположенных по радиусу к общему валу (рис. 51.2, б). Когда один щит набран и запрессован, вал поворачивается на один шаг, готовый щит удаляется, а на его место набирается следующий. В это время происходит склеивание уже собранных щитов.

Склеивание горячим способомпроизводят в прессах различной конструкции: веерных с откидной верхней плитой, однопролетных, полуавтоматических линиях .

Обогрев клеевых слоев деталей небольшой толщины (до 25 мм) в прессах проводят контактным методом, паром или электрическими нагревателями сопротивления 3. Склеивать детали больших сечений целесообразно методом высокочастотного нагрева. Сочетание высокочастотного нагрева с контактным дает значительную экономию электроэнергии.

В прессах с откидной верхней плитой бруски вручную укладываются на нижнюю плиту размером 3 х 1,2 м. Затем верхняя, шарнирно закрепленная одной кромкой к нижней, закрывается и включаются горизонтальные прижимные гидроцилиндры, прижимающие склеиваемые бруски к упорной линейке, расположенной на нижней плите, в передней части пресса с усилием до 2500 кг. После выдержки под давлением и отверждения клея верхняя плита откидывается автоматически. Они могут оснащаться механизмами автоматической загрузки и выгрузки и применятся при небольших обьемах производства.

Для склеивания щитов и брусьев применяются те же однопролетные пресса, что и для облицовывания щитовых деталей, только дополненные упорной линейкой и гидроцилиндром для бокового сжатия склеиваемых изделий (рис 51.2, а). Предварительно отсортированные бруски проходя через клеенамазывающее устройство проходного типа и поступают на загрузочный стол 8, где оператор производит набор рисунка щита или контролирует набор пакета прессуемого бруса. Сформированные пакеты толкателем 9 задвигаются в пресс и одновременно из него выталкиваются уже спрессованные изделия. Затем нижняя плита 4 цилиндрами 14 поднимается и прижимает бруски к верхней неподвижной плите 3 до тех пор, пока не обеспечится первая ступень давления. Одновременно поднимается прижим 15 крайнего бруска до достижения максимального давления 7…10 кг/см², поскольку крайний брусок выполняет роль упорной линейки (рис. 51.2, б). Синхронно включаются горизонтальные цилиндры 11 , прижимая бруски к линейке (рис. 51.2,в). В тот момент, когда давление в них достигает максимума 25 кг/см² нижняя плита продолжает подьем до достижения второй ступени давления 2,5 кг/см². После выдержки в прессе нижняя плита и прижим опускаются, склеиваемые изделия выталкиваются на разгрузочный стол 13 (рис 51.2, г). Управление установкой осуществляется с пульта 5 . Имеются указатели давления 1, защитная сетка 10 и шнуры аварийной остановки 7 .

При обьемах производства более 20 тыс.м² клееных изделий в год более эффективно использовать пресса проходного типа. На рис. 51.1,в приведена высокопроизводительная (до 300 м² в смену) автоматическая линия склеивания брусьев и щитов длиной до 4,5 м. Делянки 1 конвейером 2 доставляются на подающее устройство. Во время движения на них устройством 3 наносится клей. Пресс состоит из двух параллельных горизонтальных обогреваемых плит, верхняя из которых состоит из отдельных секций. Периодически действующий толкатель подает детали в поперечном направлении, создавая на деталей «ковер» и постепенно проталкивая его в пространстве между плитами. Необходимое давление прессования создается за счет трения между плитами и проталкиваемыми толкателями деталями. Время выдержки задается частотой работы толкателя и длиной канала, образованного плитами. При склеивании щита бруски подаются на пласти, а при склеивании бруса – вертикально на кромке. Детали без клея, разграничивающие пакеты, подаются отдельно. Но установка может производить и непрерывное полотно клееного щита. В этом случае на выходе из пресса устанавливается пильный суппорт, отпиливающий полотно нужной ширины. Недостатком этих установок является невозможность подбора рисунка склеиваемого щита и производства клееного бруса ступенчатого сечения.

Готовые клееные изделия некоторое время выдерживаются для остывания, выравнивания влажности и частичного снятия внутренних напряжений, после чего они подвергаются окончательной обработке: щиты на калибровально-шлифовальных станках, брусья на четырехсторонних продольно-фрезерных станках. До окончательной обработки и , если это потребуется, после нее производится заделка незначительных дефектов в виде сучков, смоляных кармашков и др.

Сверление или фрезерование отверстий под пробки производится с помощью ручного механизированного инструмента или с использованием специализированного оборудования.

Универсальный станок для выборки отверстий под все виды пробок оснащается суппортом, рабочая головка которого включает профильную фрезу для формирования пазов под пробки-«лодочки» и несколько чашечных сверл для выборки отверстий под цилиндрические пробки различного диаметра. Оператор укладывает заготовку на стол станка и, поворачивая головку, подводит нужный инструмент к дефектному участку. После его опускания происходит выборка необходимого отверстия. Установка пробок производится вручную, на клею.

Выступающая часть пробки фрезеруется заподлицо с поверхностью с помощью специального ручного инструмента. Для заделки дефектов используются специальные цилиндрические деревянные пробки, изготовленные из сердцевинной части толстых сучьев на специальных станках, имитирующие здоровые сросшиеся сучки, или одинарные и двойные овальные пробки-«лодочки» .

Последними операциями являются обрезка щита в размер на форматных станках и маркировка.

Общие технические параметры оборудования для склеивания по толщине и ширине

Давление склеивания, МПа………………………………0,4…0,5

Усилие прессования, Н……………………………………2000

Ширина делянок на входе, мм………………………….до 180

Толщина щитов, мм……………………………………….5…80

Оборудование для изготовления гнутоклееных деталей реализует метод гнутья в пресс-формах с одновременным склеиванием и обогревом клеевых слоев. Для этого используются прессы с усилием около 0,5 МН. Детали с незамкнутым открытым профилем часто запрессовывают в пресс-формах, состоящих из двух основных деталей – матрицы и пуансона. Для изготовления деталей с П-образным профилем, а также изделий с замкнутым профилем применяют специальные многоплунжерные прессы. Заготовки собирают из нескольких слоев шпона, предварительно намазанных клеем, и закладывают между пуансоном и нагревательной лентой.

Глава 52. Оборудование для сборки рамок и корпусных изделий.

Сборка рамочных и корпусных изделий механизирована за счет использования станков (вайм). В качестве примера гидравлического сборочного станка на рис. 52.1,а показана универсальная переналаживаемая пневматическая вайма-стапель для сборки корпусных изделий. Внутри рамы сварной рамы 1 расположены базовые упоры 4, переставные траверсы 2 с фиксатором и парой горизонтальных пневмоцилиндров обжима 3 и несколько вертикальных пневмоцилиндров 5 , регулируемых по высоте. С помощью фиксатора и отверстий в балках рамы траверса 2 устанавливается в положение, необходимое для данного изделия. Сбоку на станине расположена насосная станция 6. Имеются аналогичные ваймы с пневмоприводом.

Как правило, после сборки изделие подвергается последующей обработке: установке фурнитуры, петель, сверлению отверстий и гнезд и т.д. Эти операции выполняются на специальных стеллажах, , ваймах. На рис. 52.1,б приведены в качестве примера регулируемый по высоте и углу наклона стапель для обработки оконных створок, и оснащение рабочего места по сборке и монтажу рамочных конструкций.

Глава 53. Оборудование для облицовывания пластей и кромок щитов.

Облицовывание пластей может производиться пленочными материалами и шпоном. В последнем случае шпон проходит до облицовывания несколько подготовительных операций: разметку, раскрой на делянки, при необходимости фугование кромок, набор и соединение делянок в листы нужных размеров. Применяемое для этого оборудование описано в разделе – Оборудование для производства фанеры.

Для облицовывания пластей щитов, т.е. приклеивания шпона или других листовых материалов, применяются гидравлические прессы с обогреваемыми плитами: одно и многопролетные. При склеивании с использованием синтетических клеев горячего отверждения продолжительность выдержки в прессе сокращается до 20…40 с. Многопролетные прессы в этом случае целесообразно заменять однопролетными. Обычно для таких прессов не требуются фундаменты глубокого заложения, не требуется использование поддонов и специальных устройств для охлаждения и транспортирования, можно автоматизировать большинство операций.

Установки на базе однопролетного пресса аналогичны тем, что рассмотрены выше (рис. 53.1 а) для склеивания щитов. Станина пресса 1 сварная из толстолистового проката и стандартных профелей. Внутри станины размещены две плиты: верхняя 2 жестко закрепленная к верхним поперечинам станины через термоизоляционную прокладку и нижняя 3 , прикрепленная к подвижной траверсе. Перемещение плиты происходит от нескольких пар гидроцилиндров 8 , штоки которых соединены с траверсой шаровыми опорными пятами. Плоскопараллельное перемещение нижней плиты обеспечивается специальными зубчато-реечными механизмами. Две рейки 5 прикреплены к траверсе. С ними в зацепление входят две шестерни 6, которые по мере подьема траверсы перекатываются по рейкам. Шестерни обьединенны осью 4. Аналогичные устройства с осями во взаимно перпендикулярном направлении располагаются по обоим концам пресса. Для устойчивости системы к шестерням добавлены опорные ролики 7. Загрузка и выгрузка может вестись с рольгангов, расположенных по обе стороны пресса или ленточным транспортером, проходящим между плитами. Плиты пресса имеют систему внутренних каналов, размер и форма которых зависит от вида теплоносителя, обогревающего плиты.

Работа гидросистемы пресса происходит следующим образом (Рис 53.1,б). Вначале включается насос 15 низкого давления и высокой производительности. Масло через фильтр 17, обратный клапан 12, распределитель 11 и клапан расхода 10 поступает в рабочую полость гидроцилиндров 8. Когда плиты с облицовываемыми щитами сомкнуты и давление, контролируемое манометром 20, достигает максимального значения срабатывает предохранительный клапан 13 и включается насос 16 высокого давления и малой производительности. Величина рабочего давления контролируется предохранительным клапаном 19. После окончания времени прессования от реле времени подается команда на распределители 11 и 9 и масло из гидроцилиндров через последний сливается в бак. Траверса с нижней плитой опускается.

На рис. 53.2 , а приведена схема линии на базе однопролетного пресса. Стопа щитов 2 помещается на подьемную платформу 1 загрузчика. Верхний щит сдвигается упором питателя и поступает в щеточный станок 3, где пласти очищаются от пыли. Чистый щит поступает в клеенаносящий станок 4, где на пласти наносится тонкий слой клея. Покрытые клеем щиты подаются дисковым конвейером 5 к месту формирования пакета. На сборочном конвейере 6 вручную формируют пакет: укладывают на ленту неподвижного конвейера нижнюю облицовку, не нее кладут основу, а на основу - верхнюю облицовку. Набранный пакет по команде оператора конвейером перемещается на некоторое расстояние, освобождая место для очередного пакета. После заполнения сборочного конвейера пакеты подаются им в пресс 7, где выдерживаются под давлением при заданной температуре. Облицованные щиты выгружаются из пресса конвейером 3 и укладываются в стопу с помощью конвейера-укладчика 9.

Техническая характеристика однопролетных прессов

Размеры плит, мм…………………………………………1200 х 3500

Общее давление, Т…………………………………………..40…160

Число цилиндров, шт…………………………………………4…10

Диаметр цилиндров, мм……………………………………..50…85

Ход штока, мм……………………………………………..400…450

Общая расходуемая мощность, кВт………………………….1,5…5

В многопролетных прессах5 (рис. 53.3,а ) с числом пролетов 10…24 сформированные пакеты (щит с нанесенным на него клеем и облицовочным материалом) подаются к загрузочной этажерке 4, имеющие такое же число этажей, как и пресс пролетов. При движении вниз пакеты поочередно загружаются в этажерку через один этаж, а затем, когда этажерка достигнет крайнего нижнего положения и начнет подниматься вверх, загружаются оставшиеся свободными этажи. С пакетами следует обращаться осторожно, чтобы не сдвинуть и не повредить пленку. С этой целью каждый этаж снабжен ленточным приводным конвейером. При загрузке в этажерку конвейер включается и заносит пакет внутрь. Когда этажерка заполнена она заводит пакеты внутрь пресса одновременно выталкивая готовые плиты предыдущей загрузки из пресса на разгрузочную этажерку. При выходе этажерки из пресса ленточные конвейеры движутся в противоположном направлении и вновь загружаемые пакеты плавно ложатся на плиты пресса. Когда загрузочная этажерка полностью вышла из пресса, пакеты остаются аккуратно расположенными в просветах пресса. Готовые пакеты при опускании, а затем подьеме разгрузочной этажерки по одной выдаются на линию укладки плит.

Возможны различные варианты формирования пакетов и их подачи к загрузочной этажерки, а также разгрузки плит, которые отличаются по своей производительности, трудозатратам, степени автоматизации. При самом простом варианте (рис. 53.3, а ) подача плиты на стопы 1 , комплектование пакета на рольганге 2 и столе 3, а также укладка готовых плит в стопу выполняется вручную.

Полуавтоматический вариант (рис. 53.3 , б) предусматривает подачу плит из стопы вакуумприсосками 7 , накладывание листов облицовочной пленки вручную, автоматическая укладка 8 готовых плит в стопы. Состав оборудования на участке поштучной подачи пакетов в автоматической линии показан на рис. 53.3, в. Подача плит 9 , укладывание различных видов пленки сверху и снизу плиты 10, стопоукладка готовых плит – все операции выполняются автоматически с помощью микропроцессорного управления. Ниже приведена сравнительная производительность различных вариантов участка подачи

	число этажей пресса	время прессования, мин	производительность плит /час
ручной полуавтоматической автоматической		4,5

Многопролетный пресс в большинстве случаев обогревается имеющимися на предприятии источником тепла: горячей водой, паром, термомаслом и т.п. Нагревательные плиты пресса твердохромированные, чтобы обеспечить высокое качество поверхности готовых плит и облегчить уход за ними. Параметры прессования: давление, температура и время регулируются автоматически в соответствии с видом пленки и обрабатываемых плит под контролем микропроцессорной системы управления линий. В том случае, когда свойства древесной породы или другие характеристики процесса требуют дополнительной добавки смолы линии дополняются клеенамазывающими устройствами.

Накатывание на поверхность щитов рулонных пленочных материалов с последующим отверждением клеевого слоя называют кашированием.Щитовые детали 1 (рис. 53.2,б) загружаются в линию автоматическим загрузчиком, аналогичным показанному на рис. 53.2 , а. Вначале они поступают в щеточную машину 2, где с них удаляется пыль, а затем в зоне 3 нагреваются до заданной температуры. Клей наносят на щиты вальцами 4 , а с помощью инфракрасного излучателя 5 удаляют лишнее количество растворителей из клея для достижения оптимальной его концентрации. Пленка 8 подается системой роликов из рулона 6 на щиты и попадает под прессовые валки 7. Между щитами пленку разрезает нож 9. Далее пленку прикатывают другими кашировальными валками 10 и складывают в штабель.

По принципу каширования создано оборудование для облицовывания погонажных профильных изделий. В качестве основы профильных деталей используют ДСтП и ДВП. Рейки из плит обрабатывают фасонными фрезами для получения требуемого профиля, затем шлифуют, очищают от пыли, нагревают до нужной температуры и наносят на них клей. Прикатка облицовочного материала производится последовательно расположенными роликами, ось каждого из которых перпендикулярна оси того участка, на котором проводится обработка.

Облицовывание профильных деталей (например, крышек столов, филенок дверей и др.) производится в мембранных прессах. Пресс состоит из рамы , собранной из толстого листового проката с нижней и верхней плитами (рис. 53.4, а) Верхняя 2 неподвижная твердохромированная плита имеет систему каналов для подачи и отсоса воздуха. Нагрев плиты осуществляется с помощью электрических сопротивлений. Они располагаются в плите по всей ее поверхности, обеспечивая равномерный нагрев, контролируемый терморегулятором. Нижняя плита 3 также имеет каналы для отсоса воздуха при создании вакуума при прессовании. Перемещение плиты осуществляется шестью гидроцилиндрами. Чтобы предотвратить перекосы плиты при ее перемещении в продольном и поперечном направлении имеется система зубчатых рам и шестерен. Пневматическая система станка благодаря ресиверу 4 обеспечивает нужное давление и расход подогретого воздуха во время прессования.

Рабочий цикл выглядит следующим образом. Заготовки укладываются на платформу загрузочного устройства 1 и покрывается листом термопластичной пленки. Платформа вкатывается в пресс так, что деталь и облицовочная пленка помещается между плитами, которые по периметру имеют бортики 6 (рис. 53.4 ,б) При смыкании плит верхний бортик ложится на нижний, образуя замкнутое пространство. Перед закрытием пресса через отверстия 7 в нижней плите подается горячий воздух. Под его действием облицовочная пленка прижимается к верхней нагретой плите и происходит активация связующего, нанесенного на пленку. После этого воздух из замкнутого пространства между плитами откачивается по каналу 8 вакуумной системы. Затем в полость 11, поверх мембран 3 подается сжатый воздух, создающий заданное давление на мембрану. Полезный формат пресса 3600 х 1800 мм, температура прессования 90…160⁰С, длительность рабочего цикла 120…150 с, ресурс мембраны в среднем 1,5 мес.

Оборудование для облицовывания кромок щитовпо сложности и степени автоматизации можно разделить на три группы: простейшие станки с ручной и механизированной подачей; односторонние механизированные и полуавтоматические станки и автоматические линии.

Автоматическая линия облицовывания кромок состоит из загрузчика, станка для облицовывания продольных кромок, разворотного устройства, станка для облицовывания поперечных кромок разгрузчика-накопителя. Станки для облицовывания имеют идентичную конструкцию, поэтому ограничимся рассмотрением первого из них.

На общем основании (рис. 53.5,а) смонтированы неподвижная и подвижная 12 балки, на которых располагаются головки и конвейер механизма подачи 7. Правая подвижная балка имеет настроечное перемещение поперек направления подачи, что дает возможность обрабатывать щиты различной ширины. Перемещение балки 12 происходит по направляющим основания с помощью ходовых винтов и гайки *. Вращение на винты передается от электродвигателя 11 через цепные передачи 10. Более тонкая настройка осуществляется вручную с помощью маховика.

Механизм подачи состоят из подающего 7 и прижимного 1 конвейеров, расположенных на подвижной и неподвижной балках. На неподвижной стойке установлена базирующая линейка. Конвейер подачи состоит из двух шарнирно-роликовых цепей, к звеньям которых прикреплены пластинки с прокладками из резины, на которые укладывают щиты. Цепи скользят по направляющим. Приводной туер 23 конвейера получает движение от электродвигателя 6 через планетарный вариатор 5 , червячный редуктор 4 и муфту проскальзывания 3. Скорость подачи может регулироваться в диапазоне 6…35 м/мин.

Прижимной конвейер состоит из двух ремней 1 , скользящих по роликам 2. Вращение на ведущие звездочки передаются через цепные передачи от привода подающего конвейера, что обеспечивает синхронность их перемещения.

Первая операция, которой подвергается обрабатываемый щит 9, является форматная обрезка. В начале подрезной пилой 13 снизу производится предварительный пропил, после чего пила 14 отрезает кромку щита. Фрезерный агрегат 15 с правым и левым вращением производит окончательную обработку кромки перед облицовыванием (рис. 53.5 ,а).

Клей на кромку щита наносится приводным роликом 25, смонтированным в клеевом бачке. Литой из алюминиевого сплава состоит из двух секций. В первой секции находится электронагреватель , с помощью которого расправляют гранулированное термопластичное связующее. Во второй секции находится клеевой ролик, который при вращении наносит клей, нагретый до температуры 200…250⁰С, из бачка на кромку щита. Вращение ролика синхронизировано с подачей щитов. (рис. 53.5 ,б). Имеются конструкции клеевого бочка, в которых дозирование подаваемого клея возможно регулировать с помощью программного управления. Наличие в бочке дополнительного отделения позволяет при необходимости выполнять небольшой заказ с применением клея другой марки или цвета, а затем вернуться к выполнению основного заказа.

На станке можно облицовывать кромки натуральным полосовым или рулонным синтетическим шпоном. Магазин 16 крепится на кронштейне. Здесь же смонтированы пневматические ножницы для разрезания рулонного материала (гильотина). При подходе щита к магазину его передний край нажимает на конечный выключатель и сигнал подается на два приводимые ролика, между которыми располагается свободный конец кромочного материала. Ролики сжимаются, кромка подается из магазина и прижимается к щиту роликом 17. После прохождения щита конечный выключатель вновь срабатывает, подающие ролики расходятся, прекращая подачу кромки, а ножницы отрезают кромку. Недостатком таких механизмов является то, что на кромке щита остаются, так называемые свесы кромочного материала.

После прижатия кромочного материала к щиту три вращающихся попутно ролика 18 (Рис 53.5,в) обеспечивают плотное прилегание облицовки к кромке щита в процессе отверждения клея. Это наиболее распространенная и простая конструкция узла прижима. Иногда вместо традиционных роликов применяют контактную прижимную ленту, перемещающуюся со скоростью подачи щита. Прижим ленты к кромке щита осуществляют плоские прижимные элементы, поочередно по мере продвижения щита. Такое устройство создает более равномерное распределение усилия в зоне прижима кромочного материала и исключает малейшие повреждения кромочного материала.

Далее по ходу подачи на суппортах сопровождения, выполненных в виде пантографов, расположены две пильные головки 19 (Рис 53.5,г). Пилы вращаются на электрошпинделях с частотой 12000 мин^-1 . Щит передней кромкой нажимает на упор, и пилы, двигаясь вместе со щитом, производят поперечный рез, отпиливая свисающую впереди и позади щита облицовочную кромку. В некоторых станках функцию гильотины выполняет этот агрегат чистовой торцовки свесов по длине, а кромочный материал каждый раз после торцовки возвращается реверсивным механизмом подачи в позицию наклейки. В результате сзади щита свес по длине отсутствует полностью, а спереди не превышает 5 мм. Такая модернизация позволяет сэкономить значительное количество дорогостоящего кромочного материала.

Свесы (выступы) по толщине щита снимаются фрезерными головками 20 (Рис 53.5,д), которые могут отклоняться на угол до 45⁰ . Каждый электрошпиндель с фрезой установлен на рычагах, к которым крепятся копирные ролики большого диаметра. Ролики катятся по плоскости щита, копируя все его неровности, что обеспечивает снятие фаски заданной величины.

На последующих агрегатах производится окончательная обработка облицовочных кромок щита. Две наклонные фрезерные головки образуют фаску на кромках щита (Рис 53.5,е). Шлифовальная осциллирующая головка 21 (Рис 53.5,з) работает по схеме ленточного станка с контактным прижимом, в качестве которого использован пневматический утюжок. Устройство 22 (53.5,ж) для шлифования фасок на кромках состоит из двух двигателей со щетками из полосок шлифовальной шкурки или другого материала. Возможны и другие операции, например скругление кромок (Рис 53.5,и), прорезание пазов и четверти (Рис53.5,к), обработка циклями (Рис 53.5,л).

Двусторонние кромкооблицовочные станки отличаются высокой степенью автоматизации. Для настройки станка на размеры детали и облицовочного материала в память станка вводятся все необходимые параметры , которые запоминаются в виде рабочих программ. Система управления снабжена графическим сенсорным дисплеем, для выбора пунктов меню нажимают соответствующие изображения на самом дисплее.

На односторонних станках выполняются те же операции, что на двусторонних (за исключением форматной обработки) только на одной кромке щитовых деталей. Порядок расположения агрегатных головок такой же. Подача щитов осуществляется одной цепью и одним прижимным ремнем. При большой ширине щита выдвигаются неприводные ролики, поддерживающие свободный край деталей. Эти станки имеют меньшую степень автоматизации и более просты в эксплуатации.

Отдельно следует остановиться на станках для облицовывания щитов овальной формы, с закругленными углами и т.п. В отличие от рассмотренных выше станков они выполнены не по протяженной схеме, а по круговой. Все агрегаты располагаются вокруг одной стойки. Деталь крепится на поворотном устройстве с вакуумными присосками. За время поворота детали она последовательно проходит все операции облицовывания. Обычно эти станки устанавливаются, как дополнение к обычным кромкооблицовочным станкам.

Простейшие станки с ручной и механизированной подачей применяются для облицовывания малогабаритных деталей и на небольших предприятиях. Лучшие образцы этих станков снабжены электронным регулятором температуры клея-расплава, верхними и нижними плавающими высокооборотными фрезерными головками для снятия продольных свесов, подающим устройством с приводом. Для снятия свесов по длине щита применятся ручной торцовочный аппарат.

Технические характеристики оборудования для облицовывания кромок щитовых деталей

Размеры обрабатываемых щитов, мм:

Длина………………………………… ……… 150…2000

Ширина……………………………………….. 100…850

Толщина…………………………………………. 8…42

Толщина облицовочного материала, мм………………0,2…1

Скорость подачи, м/мин……………………………….12…50

Установленная мощность, кВт…………………… …10…177

Отдельную группу составляют станки для облицовывания продольных пагонажных деталей (наличники, раскладки и т.п.). Заготовки из ДСтП, ДВП или МДФ непрерывной лентой подаются в станок и попадают на роликовый конвейер. С рулона, расположенного под зоготовками, разматывается облицовочная пленка, на которую наносится клей. Пленка захватывается вальцами и прижимается к заготовкам. При продвижении заготовки рулон разматывается и пленка постепенно покрывает всю поверхность непрерывной линии заготовок. Одновременно на пленку начинают воздействовать прижимные ролики, расположенные по спирали от вертикальных до горизонтальных. Они постепенно прижимают ее к продольной поверхности заготовки. Облицованная непрерывная лента раскраивается торцевыми пилами на детали нужной длины.

 

 

Раздел VIII. Оборудование для отделки лакокрасочными материалам

Глава 54. Оборудование для подготовки поверхности древесины к отделке.

Отделказаключается в создании на поверхности деревянных деталей и изделий покрытий, защищающих их от вредных воздействий, улучающих их эксплуатационные и декоративные качества. Различают три вида отделки – прозрачную, непрозрачную и имитационную.

П р о з р а ч н а я отделка (покрытие прозрачными лаками) применяется для изделий, облицованных шпоном или пленками на основе бумаги, и для изделий из массивной древесины, имеющей красивую текстуру. Изделия из малоценных пород древесины, плитных и листовых материалов отделывают, полностью закрывая поверхность н е п р о з р а ч н о й пленкой, краской, эмалью, пластиком, бумагой. И м и т а ц и о н н а я отделка улучшает декоративные свойства обычных древесных материалов, придавая им внешний вид древесины ценных пород или других материалов. Для этого применяют глубокое крашение, наносят декоративный печатный рисунок, облицовывают пленками и пластиком.

Процесс отделки состоит из следующих основных операций:шлифование поверхностей, их отбеливание, крашение, грунтование, нанесение и сушка лаков и красок, облагораживание покрытий.

Шлифованиеповерхностей под отделку производится на тех же шлифовальных станках, которые были рассмотрены выше в главе 44. Учитывая повышенные требования к качеству отделываемых поверхностей к ним добавляются щеточные станки. Конструкция их аналогична шлифовальным станкам, только шлифовальные головки заменяются щеточными цилиндрами или щеточными конвейерами.

Отбеливание и крашениеприменяют для усиления естественного цвета древесины, придания ей окраски или одинакового тона.Грунтование применяют для сокращения расхода дорогостоящих лаков и обеспечения более прочного сцепления последующих покрытий с древесиной. Перечисленные операции выполняются вальцами, распылением, наливом или вручную.

Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов вальцами предназначено для обработки плоских поверхностей щитов и деталей. Нанесение вальцовым методом заключается в равномер­ной подаче лакокрасочного материала на вращающийся ва­лец, который переносит его на поверхность движущейся детали. Отделочный материал непрерывно работающим насосом пода­ется в промежуток между наносящим 1 и дозирующим 2 валь­цами. Толщина наносимого слоя лакокрасочного материала зависит от величины зазора между наносящим и дозирующим вальцами, скорости подачи, прижимного усилия наносящего вальца на деталь и вязкости лакокрасочного материала. По назначению все вальцовые станки можно разделить на станки для крашения, для нанесения высоковязких материалов, для нанесения низковязких материалов и печатные.

Станки для крашения пластей щитов. В валь­цовом станке (рис. 54.1 , а) щит 5 с помощью приводного конвейера 6 перемещается под тремя последовательно расположенными механизмами нанесения красителя. Каждый из них представляет собой блок двух вальцов: наносящего 3, покрытого слоем поролона, и дозирующего 4 — металлического с гладкой поверхностью. Наносящий валец попутно вращается с окружной скоростью, равной скорости движения щита.

Затем щит проходит через вибратор 2, представляющий со­бой колодку со щеточным основанием. Вибратор установлен поперек движения щита и совершает возвратно-поступательное движение с амплитудой 20 мм и частотой 150 мин^-1. Вибратор равномерно растирает краситель и прокрашивает поры. На вы­ходе щеточный барабан 1 очищает поверхность щита.

Станки для нанесения высоковязких мате­риалов. К высоковязким материалам относятся грунтовки и щпатлевки. В станках (рис. 54.1, б) щит 5 пода­ется наносящими 9, 11 и нижними подающими обрезиненными 14 вальцами. Шпатлевочный состав подается в промежуток между наносящими 11 и дозирующими 12 вальцами. Поверх­ность дозирующего вальца хромирована. Шпатлевка вдавлива­ется в углубления поверхности древесины гладким хромирован­ным вальцом 9. Для очистки вальцов, втирания, разравнивания и удаления излишков шпатлевки станок снабжен эластичными пластинками-ракелями 7, 8, 10 и 13. Качество шпатлевания обеспечивается при равнотолщинности щитов не более ±0,8 мм, коробление щитов не должно превышать 1,5 мм на 1 м длины.

Станки для нанесения низковязких мате­риалов, лаков, красящих составов и грунтовок вязкостью не более 60 с по ВЗ-4. В станке отделываемый щит с по­мощью ленточного конвейера подается в рабочую зону, где обрезиненный валец наносит на поверхность щита тонкий слой материала. Станок обеспечивает наименьший расход наноси­мого материала 20 г/м², при котором возможна тонкослойная отделка пластей щитов. При его применении возможно снизить расход отделочных материалов, повысить качество и увеличить производительность отделочных работ.

Вальцовые машины для печатания текстуры древесины на поверхности щитов. Имитация мо­жет быть проведена нанесением печатного рисунка на светлую древесину, однако большее распространение получают комби­нированные покрытия. В этом случае поверхность древесины, ДВП или ДСтП выравнивают, окрашивают непрозрачной фо­новой краской, наносят печатный рисунок текстуры и поверх него — слой прозрачного лака.

Станок для двухцветной печати МПТ состоит из двух пе­чатных секций, соединенных между собой промежуточным ро­ликовым конвейером, загрузочного и разгрузочного столов и общего привода. Схема одной печатной секции приведена на рис. 54.1 , в. Ролик 21 с резиновым бандажом переносит равно­мерный слой краски на гравированный печатный ролик 19 из емкости 22, в которой краска поддерживается на постоянном уровне. Ракель 20 снимает излишки краски таким образом, чтобы краска оставалась только в углублениях гравировки. Валец 18 с резиновым бандажом переносит краску заданным узором на поверхность щитов 16, перемещаемых вальцовым механизмом 15. Излишки краски с вальца 18 снимаются раке­лем 17. Под вальцом 18 расположен опорный валец. Расход краски составляет около 0,5 кг на 100 м². Двухэтажный оттиск получается последовательным нанесением на одну и ту же поверхность совмещенных и выполняемых разными красками оттисков с двух печатных валов.

Технические характеристики оборудования для нанесения лакокрасочных материалов вальцами

Размеры обрабатываемых де­талей, мм:

длина............................................................... 300…2000

ширина............................................................ 150…900

толщина.......................................................... 4…60

Скорость подачи, м/мин......................................... 5…39

Установленная мощность, кВт ...........................2…З

 

Глава 55. Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов.

Классификация методов нанесения лакокрасочных материалов и схем применяемого для этого оборудования приведена на рис . 55.1.

Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов пневматическим распылением. Отделка этим методом произво­дится в распылительных камерах тупикового и проходного типа. В камере тупикового типа (рис. 55.1. а) изделие 1 уста­навливается на поворотном столе 3 и отделывается с помощью пневмораспределителя 2, основной рабочей частью которого является форсунка. По конструкции различаются форсунки внешнего и внутреннего смешения воздушного потока и лако­красочного материала. В распылителях с внешним смешением форсунка имеет два сопла: материальное, из которого с не­большой скоростью вытекает отделочный материал, и охваты­вающее его кольцевое сопло, из которого под давлением 0,3...0,5 МПа со скоростью 450 м/с вытекает сжатый воздух. При высокой относительной скорости возникает трение между струями воздуха и распыляемым материалом, вследствие чего происходит дробление лакокрасочного материала с образова­нием множества полидисперсных капель (аэрозоли), формирую­щих факел. В распылителях внутреннего смешения лакокрасоч­ный материал под давлением 0,1...0,2 МПа и воздушный поток смешиваются перед материальным соплом. Под напором воз­духа смесь выходит из сопла и дробится на мелкие капли, образуя факел. Степень дробления частиц материала в этих распылителях невелика, что затрудняет нанесение равномер­ного по толщине покрытия.

Гидравлическое распыление лакокрасочных материалов проводят с помощью специальных форсунок (рис. 55.1, б), в которые они подаются под значительным давлением (10...20 МПа) и выбрасываются с большой скоростью. Когда силы сопротивления воздуха движению жид­кости начинают превышать силы когезии самой жидкости, про­исходит ее дробление на части и распыление. Несмотря на ряд преимуществ, в первую очередь высокие производительность и коэффициент использования материала, этот метод имеет ограниченное применение — в основном для распыления низко­вязких отделочных материалов при окраске больших поверх­ностей (вагонов, кузовов автомобилей и т. п). Существенный недостаток механического распыления —невозможность регулирования степени распыления без изменения расхода краски или лака. Качество покрытий, достигаемое при механическом распылении, уступает качеству покрытий, достигаемому при пневматическом распылении.

Одним из наиболее распространенных видов отделочного оборудования распылением является полностью закрытая кабина, оснащенная системой приточно-вытяжной вентиляции, соэдающей внутри ее некоторое избыточное давление, препятствующее проникновению пыли и загрязнений из других помещений цеха. В кабине устанавливается оборудование для отделки деталей и изделий распылением и первоначальной выдержки деталей в тележках-этажерках до удаления растворителей и желатинизации покрытия. Такое решение исключает загрязнение всего помещения цеха парами летучих растворителей и обеспечивает высокое качество нанесения покрытий, поскольку практически полностью исключает попадание на них пыли. Конструкция такой кабины позволяет создать в ней климат с отдельно регулируемыми параметрами, что существенно снижает затраты навентиляцию и обогрев.

Образуемые в процессе распыления летучие элементы лако­красочных материалов взрывоопасны, однако, соединяясь с во­дой, они образуют безопасную смесь, которую затем легко уда­лить из камеры. Поэтому в камерах создается вытяжная вен­тиляция (скорость воздуха 1 м/с) и водяная завеса.

Схема камеры тупикового типа приведена на рис 55.2. Воздушный поток создается вентилятором 1(во взрывобезопасном исполнении), установленном на крыше кабины 2. Часть лаковоздушной смеси 5 попадает на экран, по которому из верхнего циркуляционного бака 7 сливается вода. Вместе с водой она через сетку в в зоне А попадает в бак 8. Другая часть летучих элементов лака вместе с воздухом попадает на сетки А и оттуда последовательно проходит через внутриние водяные завесы В и С, где они отделяются от воздуха. Очищенный воздух поступает на последнюю ступень очистки D в сухом фильтре и возвращается на рециркуляцию через отверстие 3. Отфильтрованные частицы скапливаются в баке 8. Водяной насос 9 забирает воду из бака и подает ее в верхний циркуляционный бак 7. Вода проходит через систему сеток и очищается от отходов.

Для больших производств применяются автоматические распылительные установки, используемые в составе линий, включающих также сушильныекамеры. Подача щитов в камеру проходного типа производится ленточным конвейером с автоматической центрирующей системой, которая не позволяет ленте отклоняться от центрального положения (рис 55.3). Быстросъемная конвейерная лента выполнена из материала, отталкивающего лаки . Кроме того имеется механическое устройство, которое с помощью осциллирующих скребков удаляет лак не попавший на отделываемые щиты и направляет его на повторное использование. Все это оставляет внутреннее пространство станка чистым без дополнительной промывки растворителем. Внутри защитного кожухастанка находятся два суппорта с распылительными головками 2 и 3 , перемещение которых осуществляется по программе от микропроцессора с помощью шаговых электродвигателей. Удаляемый из камеры воздух слаковыми парами проходит через водяной и сухой фильтры.

 

Нанесение лакокрасочных материалов в электрическом поле высокого напряженияосновано на использовании электриче­ских сил для дробления, перемещения и осаждения заряжен­ных частиц лакокрасочного материала на отделываемой по­верхности. Обычно оно применяется для отделки решетчатых конструкций, таких, как стулья, оконные блоки и т. п., для сокращения (до 5...10%) потерь лакокрасочного материала в сравнении с обычным пневматическим распылением (40...70% потерь). Кроме того, этот метод позволяет автоматизиро­вать процесс отделки и улучшить санитарно-гигиеническяе ус­ловия.

Принципиальная схема установки для отделки изделий в электрическом поле высокого напряжения приведена на рис. 55.1, в. К распылителю (катоду) подводится отрицатель­ный электрический заряд напряжением 65...130 кВ, а к от­рицательному изделию (аноду) — положительный. Мелкие частицы лакокрасочного материала адсорбируют на всей по­верхности отрицательного электрода, ионы получают заряд и движение в направлении к изделию, образуя на его поверхно­сти лакокрасочное покрытие.

В качестве источника питания установок применяют ротор­ные электрические генераторы и высоковольтно-выпрямительное устройство, которое может работать по одно- и двухполупериодным схемам выпрямления тока с заземлением положитель­ного полюса. Преобразованный ток поступает на распылитель 3. Лакокрасочный материал, подаваемый из бака насосом в рас­пылитель, подается последним в зону распыления автомати­чески в момент прохождения изделия 2 на конвейер 1 со скоростью 1,4...2,5 м/мин.

Применяются распылители двух видов: электромеханические и электростатические. Более распространены электромеханиче­ские, представляющие собой диск, вращающийся с частотой 900—1500 мин^-1, чашу или грибок, в который подается различный отделочный материал условной вязкостью 18...30 с.

Схема отделочного конвейера, работающего по рассмотренному принципу приведена на рис 55.4. .Вследствие чрезвычайно низкой электропроводности древесину необходимо перед отделкой обработать специальными токопроводящими грунтовками или растворами. К недостаткам рассмотренного метода, связанного с необходимостью введения дополнительных операций нанесения и сушки токопроводящих грунтовок, можно отнести также и ограниченную область применения.

Нанесение лакокрасочных материалов окунанием производительно и наиболее просто по технике выполнения. Условием его применения является простая, хорошо обтекаемая форма отделываемого изделия без внутренних углов и гнезд, в кото­рых мог бы задержаться лакокрасочный материал (детали стульев, ножки столов, буфетов, ручки, вешалки и др.). Де­тали 1 (рис. 152, г) погружают в ванну с лакокрасочным ма­териалом, затем извлекают из нее, выдерживают до момента стекания излишков отделываемого материала и высушивают покрытие. Опускают и извлекают детали из ванны плавно и равномерно. Оптимальная скорость окунания — 0,2 м/мин, извле­чения — 0,1 м/мин. При небольшом объеме отделочных работ из­делия погружают в ванны и извлекают вручную. В массовом и крупносерийном производстве изделия транспортируются на подвесных конвейерах.

Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов ме­тодом струйного обливас последующей выдержкой в парах растворителя (рис. 152, д). Равномерные по толщине покрытия на поверхности изделий можно получить, помещая их сразу после обливания из разбрызгивающего устройства в атмосферу, содержащую высокую концентрацию паров растворителей. Ис­парение растворителей с поверхности нанесенного слоя жид­кого лакокрасочного материала замедляется, излишки его стекают с изделия и на поверхности остается равномерный слой.

Участки струйного облива имеют подвесной конвейер с мо­норельсом, на котором изделия 1 со скоростью 0,7 м/мин после­довательно проходят через входной тамбур с воздушной заве­сой, камеру облива и туннель с атмосферой, содержащей пары растворителей, для стекания излишков лакокрасочного мате­риала. Для быстрого и равномерного стекания вязкость лако­красочного материала должна быть 20...40 с по ВЗ-4.

Нанесение лакокрасочных материалов наливом получило широкое распространение при отделке щитов (рис. 55.1, е).

Деталь, перемещаемая конвейером с заданной скоростью, проходит через завесу жидкого отделочного материала, и ее верхняя поверхность покрывается равномерным тонким слоем. Существует несколько конструктивных схем образования за­весы (рис. 55.5, а). Завеса может быть образована при стекании отделочного материала, подаваемого через коллектор 3 по наклонному экрану 1. При этом достигается хорошее качество покрытия 2, но с большой открытой поверхности экрана интен­сивно испаряются растворители и загрязняют окружающую среду. Вторая схема образования завесы предусматривает использование наливочной головки с донной щелью. Недостатком этой схемы является трудность обеспечения постоянной тол­щины завесы по всей ее длине, образование воздушных пу­зырьков и засорение щели, что приводит к разрыву завесы отделочного материала.

По третьей схеме используется головка со сливной плоти­ной, таким образом трудно получить тонкие пленки (25...35 мкм). Применение таких головок приемлемо при работе с полиэфирными лаками.

Наиболее совершенными являются наливные головки (IV) со сливной плотиной и экраном. Внутренняя полость головки состоит из двух частей, разделенных вертикальной перегород­кой, в нижней части которой имеется переливная щель, пере­крытая капроновой сеткой. Лак, поступающий из коллектора 3 в левую часть головки, через сетку переходит в правую часть, и по мере повышения уровня переливается через плотину, растекаясь тонким слоем по экрану, и сливается завесой на поверхность проходящей детали 4. Излишки лака стекают че­рез лоток в бак 5, откуда насосом снова подаются в коллектор.

Лаконаливная машина (рис. , 55.5,б) состоит из двух лаконаливных головок 5, установленных на вертикальных подъемных стойках 3, механизмов подъема и установки головок в гори­зонтальное положение, трубопроводов 2 лакокрасочных мате­риалов, туннелей 6, служащих для защиты лаковых завес от воздействия воздушных потоков, конвейера 7 подачи заготовок с гидроприводом, двух насосных установок с баками 8 для ла­кокрасочных материалов и шнековых насосов 1 с фильтрами 9. Регулирование положения лаконаливных головок 5 по высоте осуществляется маховичком 10, а в горизонтальной плоскости — эксцентриковым устройством 4. Механизмы регулирования, го­ловки и конвейер подачи смонтированы на станине 11.

Равномерная подача лакокрасочного материала без вспенивания и образования пузырей воздуха при наливе обеспечива­ется применением насоса шнекового типа. Нанесение лака на обрабатываемую поверхность происходит при перемещении щита на конвейере под наливными головками 5, которые фор­мируют сплошные лаковые завесы. Количество наносимого лака регулируется бесступенчатым изменением скорости подачи кон­вейера и производительности насосов.

На машине можно обрабатывать детали с наименьшей дли­ной 400 мм, наибольшей шириной 1300 мм при скорости подачи 40...140 м/мин. Машина обеспечивает производительность 280 м²/ч.

Оборудование для нанесения лакокрасочных матеоиалов на детали округлой формы1 (рис 55.1,ж ). Этот вид оборудования реализует метод экструзии.

Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов вальцами аналогично оборудованию рассмотренному выше для подготовки поверхности древесины к отделке.

Глава 56.Оборудование для отверждения (сушки) покрытий.

В зави­симости от вида и агрегатного состояния нанесенного на поверхность лакокрасочного материала превращение его в по­крытие может быть результатом испарения летучих раствори­телей, химических превращений пленкообразователей и совме­стного протекания этих процессов.

Конвективные сушильные установки. Покрытия сушат нагретым воздухом, омываю­щим деталь (изделие). Воздух нагревается калориферами, теплоносителями в которых являются вода, пар, электричество или термомасло. Для сокращения длины сушильных камер их выполняют П-образными, что позволяет загружать и выгружать детали с одного места. Многоярусное расположение деталей позволяет увеличить емкость камер. Со стороны загрузки и вы­грузки туннели закрыты раздвижными дверями. Четырехколес­ные этажерки с уложенными на них деталями перемещаются внутри камеры с помощью цепного замкнутого конвейера, рас­положенного на потолке секции камеры.

Терморадиционные установки для нагрева­ния покрытия (или подложки) ИК-излучением. Для подогрева подложек ИК-излучением используют темные излучатели — трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и напольные нагреватели, обогреваемые газом, электричеством, термо­маслом или другими теплоносителями. Температура на обо­лочке ТЭНов достигает 450...700 °С, на поверхности панелей — 400 °С. Эти установки используют как для прямой сушки лака, так и для накопления (аккумуляции) тепла под­ложкой перед нанесением лака с последующей его сушкой на­копленным теплом. Для сушки толстых покрытий, когда тепла, аккумулированного подложкой, недостаточно для окончатель­ного отверждения, используют камеры конвективной сушки.

В термоконтактных установках отверждение лака осуществляется непосредственно от нагретой плиты пло­ского пресса или цилиндрического каландра. Основные требо­вания при сушке этим способом: отсутствие адгезии к горячим металлическим поверхностям и способность отверждаться под действием давления и тепла. К моменту контактирования на­гревательных элементов из лаковой пленки должна быть уда­лена вода.

Установка фотохимического отверждения покрытий УФ-излучением наиболее эффективно применяется для сушки прозрачных полиэфирных лакокрасоч­ных материалов: лаков, грунтовок, шпатлевок. Метод основан на способности пленкообразователей, входящих в состав поли­эфирного лакокрасочного материала, вступать в химическую реакцию полимеризации под воздействием УФ-лучей с длиной волн 0,3...0,4 мкм. Скорость отверждения увеличивается при введении в состав материала светочувствительной добавки — фотосенсибилизатора. Отделку можно вести как специальными лаками УФ-отверждения (ПЭ-2106, ПЭ-2116 и др.), так и лю­быми серийными лаками (ПЭ-246, ПЭ-265) с добавлением фо­тосенсибилизатора.

Источниками УФ-излучения служат трубчатые ртутно-кварцевые лампы высокого давления ДРТ мощностью 1...10 кВт, а также люминесцентные ртутные лампы низкого давления ЛЭР-30, ЛЭР-40 и ЛУФ-80-4 мощностью 30; 40 и 80 Вт.

УФ-сушильные камеры оборудованы облучателями, состоя­щими из соответствующих ламп, зеркальных отражателей, за­щитных кварцевых колб и пускорегулирующей аппаратуры. Корпус камеры представляет собой туннель длиной 4 м. Над корпусом смонтирована приточно-вытяжная вентиляция, внизу располагается пластинчатый конвейер для перемещения дета­лей. Над конвейером установлены облучатели.

Установки радиационно-химического от­верждения покрытий ускоренными электро­нами. Этот способ наиболее пригоден для отверждения поли­эфирных лакокрасочных материалов, которое длится несколько секунд. Поток ускоренных электронов получают в специаль­ных установках — ускорителях электронов, которые состоят из источника энергии постоянного тока (высоковольтного транс­форматора), генератора электронов (катода), вакуумной си­стемы, ускорительной трубки и пульта управления. Пучок элек­тронов, выходящий из ускорителя, имеет следующие техниче­ские характеристики: сила тока — 10 мА; энергия — 700 кВт; длина развертки — 1200 мм; ширина развертки — 20 мм. При­меняется ускоритель «Электрон-III». Установка представляет собой непрерывную поточную линию, состоящую из подающего роликового и конвейеров с защитными экранами, приемного ро­ликового конвейера и ускорителя электронов с выходным окном. Детали в камеру подаются и удаляются через специаль­ные окна, закрываемые защитными экранами.

Преимущества рассмотренного способа: практически мгно­венное (за несколько секунд) отверждение покрытий и возмож­ность полной автоматизации. Недостаток — высокие капиталь­ные вложения. Поэтому он экономически эффективен только на предприятиях с большим объемом выпуска продукции.

Установки с обогреванием покрытия токами высокой частоты (ТВЧ). Избирательная способность на­грева с помощью ТВЧ позволяет отверждать покрытие без на­грева подложки. Наиболее эффективен способ сушки ТВЧ для водоразбавляемых покрытий. Этот метод сушки пока не применяется в отечественной промышленности из-за отсутствия не­обходимого оборудования и материалов.

Оборудование для промежуточного шлифования. Промежу­точное шлифование лакокрасочных покрытий предназначено для удаления неровностей на высохшей лаковой пленке. Для этой цели применяются щеточно-, цилиндро- и виброшлифо­вальные станки.

Механизмы подачи и базирования аналогичны во всех этих станках. Детали перемещаются с помощью нижнего подающего роликового конвейера с приводными роликами, покрытыми ре­зиновыми бандажами с кольцевыми выступами. Базируются де­тали на верхние неприводные ролики. Их поверхность гладкая, обрезиненная, к ней обрабатываемая деталь прижимается по­дающими роликами. Такая схема базирования позволяет обра­батывать разнотолщинные детали. Разнотолщинность деталей компенсируется деформацией кольцевых выступов приводных роликов.

В щеточно-шлифовальных станках обрабатывающим рабочим органом является осциллирующий щеточный барабан (частота колебаний 90 мин^-1, амплитуда 10 мм), состоящий из набора дисков с пучками растительных волокон. Частота вра­щения барабанов 950 мин^-1, скорость подачи деталей 9 м/мин.

В цилиндрошлифовальных станках детали обра­батываются вращающимися и осциллирующими цилиндрами, либо обтянутыми шлифовальной шкуркой, либо состоящими из смеси нейлона и абразивных зерен.

В виброшлифовальных станках обработка ведется шлифовальной шкуркой, перематываемой автоматически с ба­рабана на барабан. Шкурка к детали прижимается двумя по­следовательно расположенными виброутюжками, которые пред­ставляют собой жесткую плиту с рабочей поверхностью, покрытой войлоком (первый по ходу детали) и латексом (вто­рой). Виброутюжки насажены на эксцентриковые валы приво­дов, что приводит их в колебательные движения в горизонталь­ной плоскости с амплитудой 4 мм и частотой 1500 мин^-1. При прохождении детали со скоростью 6...20 м/мин под первым утюжком сошлифовываются выступы на лакокрасочном покры­тии. Второй утюжок с более мягким основанием снимает под­нявшийся ворс.

Глава 57. Оборудование для облагораживания лакокрасочных покры­тий.

Выравнивание и полирование являются основными опера­циями облагораживания лакокрасочных покрытий. Оборудова­ние для выравнивания в зависимости от используемого инстру­мента подразделяется на станки, разглаживающие поверхность тампоном, и шлифовальные станки.

В станках для разглаживания (рис. 57.1, а) покрытия обра­батывают тампоном, представляющим собой шерстяную шайбу 2, вставленную в алюминиевый стакан и обтянутую трикотаж­ным материалом. Тампон установлен на выходном валу планетар­ного механизма 3, одновременно вращающегося вокруг своей оси и оси шпинделя электродвигателя 4. Механизм тампона смонти­рован над обрабатываемой деталью 1 на суппорте 7. В попереч­ном направлении по стрелкам А тампон перемещается по на­правляющим 5 каретки 6. Перемещение в продольном направ­лении по стрелкам Б осуществляется кареткой 6 по направляю­щим станины 8.

Для сухого и влажного шлифования лакокрасочных покры­тий на пластях деталей применяются специальные узколенточные и широколенточные шлифовальные станки с контактным прижимом (рис. 155, б, в, г, д, е). Часто с этой целью исполь­зуются шлифовальные станки общего назначения (см. главу 44 ).

Для полирования покрытий пастами применяются узколенточные шлифовальные и барабанные полировальные станки. Если на станке со шлифовальными агрегатами шлифовальные ленты заменить фетровыми, его можно использовать как поли­ровальный.

Барабанные полировальные станки получили более широкое распространение благодаря компактности кон­струкции и повышенной стойкости полировальных инструмен­тов, возможности придания им осциллирующего движения и использования для их изготовления сравнительно дешевых хлопчатобумажных тканей.

Главный рабочий орган таких станков — полировальный ба­рабан набирается из тканых дисков, состоящих из трех гофри­рованных тканых шайб, насаженных на фибровое кольцо. Ди­ски надеваются на специальные крыльчатки вала барабана, обеспечивающие обдув (охлаждение) полируемой поверхности.

В однобарабанном станке (рис. 57.2, а) полиро­вальный барабан 6 смонтирован в суппорте, расположенном в центральной части станка. На одном валу с ним установлен червяк 4, который входит в зацепление с червячной шестерней 5, сидящей на эксцентриковом валу. Шейки эксцентрикового вала связаны с корпусом суппорта шатунами 3. Таким образом, от электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2 при вращении вал барабана одновременно совершает осциллирую­щее движение. Деталь 7, закрепленная на каретке 8, совершает вместе с ней возвратно-поступательное движение под полиро­вальным барабаном. Привод каретки — гидравлический.

Многобарабанные полировальные станки (рис.57.2, б) оборудуются конвейерной подачей, они значительно производительнее и могут быть встроены в станочные линии. Ленточный конвейер 1 подает щиты 2 над шестью осцил­лирующими барабанами 3. Во время обработки щит прижима­ется к конвейеру прижимными роликами. К верхней поверхно­сти каждого барабана прижимается брусок полировальной пасты.

Недостатком многобарабанных станков является возмож­ность недополировки поверхности щита за один проход, даже несмотря на наличие шести барабанов.

Автоматические линии для полирования состоят из набора различных станков. В зависимости от условий производства и имеющихся площадей такие линии имеют переменные состав оборудования и компоновки. В одной из таких линий вакуумный питатель подает щиты на роликовый конвейер, по которому они поступают к двум узколенточным станкам. Затем следуют обработка на двух шестибарабанных полировальных станках, выдержка в камере нормализа­ции и обработка еще на двух полировальных станках и на глянцевальном устройстве. Готовые щиты укладываются в стопу вакуум-укладчиком.

Контрольные вопросы. 1. Приведите классификацию и принципиальные схемы оборудования для нанесения лакокрасочных материалов. 2. Объясните принцип действия машины для отделки древесины пленками. 3. Приведите классификацию и дайте краткое описание методов отверждения (сушки) лакокрасочных покрытий. 4. Нарисуйте принципиальную схему узколенточного станка для выравнивания лакокрасочных покрытий. 5. Приведите классификацию и схемы полировальных станков.

 

Раздел IХ. Оборудование лесопильного производства

Глава 58. Оборудование для подготовки сырья к переработке.

На современном лесопильном производстве поставляемые хлысты или бревна перерабатываются на пиломатериалы (доски, брусья, заготовки) и технологическую щепу. Технологический процесс лесопильного производства включает следующие основные операции: раскрой хлыстов; сортировку и складирование бревен гидротермическую обработку и окаривание бревен; продольное распиливание пиломатериалов; сушку пиломатериалов; сортирование и поперечный раскрой пиломатериалов; фрезерную обработку пиломатериалов; упаковку пиломатериалов; переработку кусковых отходов производства в технологическую щепу.

Подготовка сырья к обработке включает операции раскроя хлыстов, сортирования и окаривания бревен.

Поперечное распиливание хлыстов и бревен производится на балансирных однопильных торцовочных станках с полуавтоматическим циклом работы и автоматических многопильных торцовочных установках.

В однопильном торцовочном станке (рис. 58.1, а) базирование хлыста 1 производится по двум направляющим седлообразных роликов 3, используемых также для его перемещения. Пильный вал с пилой 4 диаметром 1000–1500 мм смонтирован на качающейся раме 5 в верхней части станины. Хлыст вначале прижимается к роликам 3 прижимом, а затем распиливается опускающейся с помощью гидроцилиндра 6 пилой. После подъема пилы и прижима бревно сбрасывается с конвейера, а хлыст перемещается в продольном направлении. Число двойных ходов пилы — 15–25 в минуту.

Когда торец хлыста нажимает на упор 2, срабатывает конечный выключатель и цикл работы станка повторится. Управление станком — дистанционное с пульта. Дистанционно управляемые выдвижные упоры определяют длину отпиливаемой части. Привод роликов конвейера — электромеханический, всех цикловых движений — гидравлический. Мощность станков 10–20 кВт.

Существуют два основных вида многопильных линий — слешеры и триммеры. Пильные валы в слешерах , закреплены в неподвижных опорах, в триммерах — в опорах с возможностью вертикального перемещения, что позволяет вводить в работу по команде оператора или устройства автоматического управления только те пилы. которые необходимы для оптимального раскроя. В тех и других хлыст движется в поперечном направлении на пилы крюками цепного конвейера, расположенного с углом подъема 10–15°. Это обеспечивает лучшую фиксацию хлыстов у подающих упоров, предотвращает перекосы и самопроизвольное накатывание хлыстов на пилы. Применение слешеров рационально только в случае необходимости раскроя хлыстов на бревна одной заданной длины (рис 58.1,б). В остальных случаях целесообразно использовать триммеры, позволяющие производить индивидуальный раскрой хлыстов.

Схема триммера приведена на рис. 58.1,в,г. Хлысты с накопителя 1 поштучно выдаются с помощью отсекателя 2 на роликовый конвейер 3, который перемещает их в продольном направлении до упора, определяющего положение хлыста в соответствии с принимаемой схемой раскроя. Крюки 4 поперечного конвейера 5 снимают очередной хлыст с конвейера 3 и подают к пилам 6. Подъем пил производится с помощью индивидуальных гидроприводов 7. Отпиленные отрезки поступают на конвейер 8 и далее в накопитель 9, откуда отсекателем 10 поштучно выдаются на продольный конвейер11 участка сортирования бревен. При необходимости бревна могут непосредственно с конвейера 5 поступать в бункер 12. Оценка размеров и качества древесины хлыста и выбор программы его раскроя на современных триммерах производятся автоматически с помощью компьютерных систем со сканирующими устройствами.

Системы сортирования пиловочных бревен применяют перед лесопильными рамами. На современных автоматизированных системах бревна подъемно-транспортным механизмом доставляются на площадку, оборудованную поперечными цепными конвейерами. На них бревна разделяются и по одному подаются на продольный цепной конвейер. Оператор определяет их породу и оценивает качество. Затем бревна проходят через измерительное устройство (светодиодное, лазерное и т. п.), которое выдает информацию о значениях их диаметра, длины и сбежистости. Вся информация поступает в компьютер, который в соответствии с заложенной программой определяет один из 36 щт. сортировочных карманов накопителей, расположенных вдоль продольного конвейера подачи бревен. При подходе к нужному карману бревно сбрасывается в него. Перед продольным распиливанием рассортированные бревна подвергаются окариванию.

Окорочные станки по принципу действия делятся на четыре группы: роторные с тупыми короснимателями, суппортные с фрезерующими головками, барабанные и гидравлические струйные. В лесопилении наибольшее распространение получили роторные станки. Толстые бревна диаметром свыше 80 см рекомендуется окаривать на станках с фрезерующими головками и в гидроустановках. Барабанные окорочные станки применяются в основном в производстве целлюлозы и плит.

Принцип действия роторного станка показан на рис. 58.2, а. Несколько тупых короснимателей 1 шарнирно закреплены на вращающемся роторе, сквозь которые подается бревно 3. Коросниматели (8 шт.) с помощью пружин, пневмо- или гидроцилиндров прижимаются к поверхности бревна, прорезают и отделяют кору 2 по камбиальному слою. Самораскрывание короснимателей при встрече с торцом бревна обеспечивается заточкой их серповидных кромок. Бревна подаются во вращающийся ротор вальцовым или конвейерным механизмом подачи. Имеются одно- и двухроторные станки этого типа.

В роторном станке ОК63-1 (рис. 58.2, б) окорочная головка состоит из неподвижного статора, вращающегося в нем ротора и механизма окаривания, включающего коросниматели и механизм их прижима к бревну. Ротор 3 представляет собой массивное стальное кольцо, устанавливаемое в статоре в двух радиально-упорных шарикоподшипниках. К ротору шарнирно крепятся шесть подпружиненных короснимателей 19. Коросниматели прижимаются к окариваемому бревну 15 индивидуальными пружинами растяжения 18, связанными между собой втулочно-роликовой цепью. Вращение ротора осуществлятся от электродвигателя / клиновыми ремнями 2, надетыми на плоский шкив.

Механизм центрирования и подачи окариваемых бревен состоит из двух групп вальцов: передней и задней. Каждая группа вальцов состоит из двух больших приводных седлообразных вальцов 11 и 12, укрепленных на качающихся рычагах 10 и 13, двух малых неприводных вальцов 20, зубчатых секторов и пружин. Седлообразные вальцы приводятся во вращение от трехскоростного электродвигателя 6 через двухступенчатую коробку подач, понижающий редуктор 7 и общий распределительный вал 4. С распределительного вала вращение на каждую группу вальцов передается с помощью пары конических шестерен 5 и цепной передачи 8. Прижим подающих вальцов к бревну осуществляется пружинами растяжения 9. Симметричный относительно оси ротора развод верхних и нижних подающих вальцов осуществляется с помощью зубчатых секторов 16, что обеспечивает надежное центрирование бревен. Для безударного сближения верхних и нижних вальцов после прохода бревна рычаги верхних вальцов соединены со штоками гидравлических амортизаторов 14 и 17.

В двухроторных окорочных станках одновременно с окоркой бревен происходит зачистка сучьев. Станок имеет две головки (окорочную и зачистную), вращающиеся в противоположенных направлениях и имеющие аналогичную конструкцию. Производительность таких станков на 40 % выше производительности однороторных, а удельная металлоемкость меньше.

К рассматриваемой группе станков следует отнести и оцилиндровочные станки, предназначенные для калибрования комлевой части бревен хвойных пород, имеющих чрезмерную тол щину или кривизну. Эти станки устанавливаются перед окорочными станками.

Технические характеристики окорочных станков

Диаметр просвета ротора, мм ................................................................................................ 400…800

Диаметр окариваемых лесоматериалов, мм........................................................................ 60…700

Частота вращения ротора, мин^-1............................................................................................ 150…350

Число короснимателей, шт. ......................................................................................................... 3…8

Общая установленная мощность, кВт.................................................................................... 30…80

Глава 59. Лесопильные рамы

Классификация головного оборудования для продольного распиливания бревен и брусьев. Головное лесопильное оборудование — это первичное оборудование для раскроя круглых лесоматериалов на двух- и четырехкантные брусья и доски для дальнейшей переработки. В качестве головного оборудования используются лесопильные рамы, ленточнопильные, круглопильные и агрегатные (фрезернопильные и фрезерно-брусующие) станки.

В мировой практике на подавляющем большинстве крупных и малых лесопильных заводов в качестве головного оборудования используются ленточнопильные станки (85% мирового лесопиления). Это объясняется рядом их преимуществ: ширина пропила в 2...5 раз меньше, чем круглопильных станков, и в 1,5...2 раза меньше, чем у лесопильных рам; отпадает необходимость в индивидуальной сортировке бревен; имеется возможность изменения толщины пиломатериалов, выпиливаемых из каждого бревна, что позволяет производить индивидуальное распиливание с учетом особенностей формы и качества лесоматериалов и тем самым максимизировать объемный и ценностный выход пиломатериалов и др. Последний может являться решающим, если учесть возрастающую стоимость древесного сырья и экологические требования к его сохранению. В то же время это самый сложный и дорогостоящий вид лесопильного оборудования.

Исторически сложилось так, что в нашей стране до последнего времени основным головным оборудованием в лесопильных потоках были двухэтажные, а на малых предприятиях одноэтажные лесопильные рамы. Существует множество стандартных решений по организации лесопильных потоков на их базе, отечественная промышленность выпускает стандартные средства механизации для таких потоков. Кроме того, имеются опытные кадры по эксплуатации пилорам и подготовки режущего инструмента. Все это говорит о том, что лесопильные рамы еще не скоро будут заменены на более технологичное, но менее приспособленное к российской реальности оборудование, хотя несомненно это со временем произойдет. В табл. приведены сравнительные характеристики основных типов бревнопильного оборудования. Эти данные использованы в дальнейшем при сравнительном анализе оборудования.

Лесопильные рамы. Лесопильными рамами называются машины, распиливающие бревна и брусья с помощью полосовых пил, натянутых в пильной рамке, совершающей возвратно-поступательные движения. В зависимости от расположения пильной рамки лесопильные рамы бывают вертикальные и горизонтальные. Наиболее распространены вертикальные лесопильные рамы, которые подразделяются на рамы общего и специального назначения.

Лесопильные рамы общего назначения предназначены для многопильного распиливания бревен и брусьев длиной 3,5...7 м, диаметром 14...70 см. Они подразделяются на двухэтажные и одноэтажные.

На рис. 59.1, а, б, в даны схемы крепления шатуна к пильной рамке (при сохранении постоянства r и l). Двухэтажные рамы высотой 4...5 м имеют один шатун, закрепленный в центре нижней поперечины пильной рамки (рис. 59.1 а). Одноэтажные лесопильные рамы высотой 2...3 м имеют два шатуна. При нижнем расположении привода (рис. 59.1 , б) шатуны крепятся к верхней поперечине. Раму размещают на одном этаже с некоторым заглублением нижней части. Здесь имеется несомненный выигрыш в площади, занимаемой оборудованием. Однако двухшатунные рамы имеют следующие недостатки: неизбежная неточность при изготовлении шатунов приводят к перекосу всей системы, что вызывает ускоренный износ при высокой частоте вращения кривошипного вала; низкая виброустойчивость. Поэтому быстроходные рамы (300 мин^-1 и более) строятся только одношатунными. При верхнем расположенин привода (рис. 59.1, в) двухшатунная рама становится одноэтажной.

Двухэтажные лесопильные рамы (рис. 59.1, г) характеризуются быстроходностью, непрерывностью подачи и высокой производительностью (до 100 м³ сырья в смену). Они используются на современных механизированных лесопильных заводах, поэтому они полностью механизированы. Пильная рамка 8 с укрепленным в ней поставом (набором) пил 10 двигается возвратно-поступательно по направляющим 7 от кривошипно-шатунного механизма 9. Распиливаемое бревно 2 находится вначале на двух впередирамных тележках 1 и 11. Клещевой зажим основной тележки 1 фиксирует комлевую часть бревна. Вспомогательная тележка 11 поддерживает вершинную часть. Тележки по рельсовому пути 12 подают бревно к раме, где его передний конец снимается с тележки 11 и за хватывается вальцовым механизмом подачи 3. Подъем и прижим верхних вальцов осуществляются гидроцилиндром 4. Распиливаемое бревно на выходе из лесопильной рамы подхватывается задними подающими вальцами и удерживается от поворота направляющими базирующими ножами 5. Бревно и пиломатериалы перемещаются по роликовому конвейеру 6.

Основные показатели лесопильной рамы: ширина просвета В, величина хода S и число ходов пильной рамки или частота вращения кривошипного вала n. Просветом пильной рамки называется размер между внутренними стенками ее стоек. Он определяет наибольший диаметр бревен, которые можно распилить на данной машине. В зависимости от просвета рамы делятся на узкопросветные (до 600 мм), среднепросветные (600...750 мм), широкопросветные (750...1000 мм) и особоширокопросветные (свыше 1000 мм). Ход S и частота вращения n обусловливают производительность рамы или эквивалентную ей скорость подачи v_s. Чем больше S и n, тем выше производительность рамы. Однако существенным препятствием повышения S и n являются инерционные силы от массы неравномерно возвратно-поступательно движущихся частей станка. В современных рамах S = 650…700 мм, n = 250…320 мин^-1.Подача на один двойной ход пильной рамки – 4…80 мм. Наибольшее число пил в поставе – 14…20 шт. Установленная мощность – 140…180 кВт.

Общий вид двухэтажной рамы с ходом 700 мм приведен на рис. 59.2, а. В приливах фундаментной плиты размещены опоры 20 коленчатого вала 19 с приводным шкивом 21. На фундаментной плите монтируется станина, состоящая из стоек 2 боковины 7, верхней связи 16 и нижних поперечных связей 11. Внутри станины расположен механизм резания, состоящий из пильной рамки 17, связанной шатуном 4 с коленчатым валом. Пильная рамка с пилами расположена под углом к вертикали, величина которого изменяется при изменении скорости подачи бревна. Уклон пильной рамки изменяется смещением верхних направляющих вместе с плитой от электродвигателя через червячый редуктор, зубчатый сектор и рычаги. Механизм 15 изменения уклона пильной рамки смонтирован на верхней части боковины. Автоматическая смазка направляющих пильной рамки осуществляется лубрикатором 13. На станине закреплен также вальцовый механизм подачи 6. Верхние вальцы 22 смонтированы в открывающихся воротах 14. Передний нижний валец установлен в открывающихся воротах 12, что облегчает доступ к пилам при их смене. Подающие вальцы приводятся от индивидуального электродвигателя, установленного на шарнирно укрепленной плите. Коленчатый вал останавливается ленточным тормозом 18 с ручным управлением от рукоятки 5 или дистанционным управлением с помощью гидроцилиндра 10. Сзади к станине крепится направляющий аппарат 8 из двух жестких пластин, базирующих брус. Наклонный лоток 2 служит для отвода опилок.

Кинематическая схема механизма резания изображена на рис.59.2,б. Пильная рамка 8 с пилами 9 совершает движения в плоскости, расположенной под углом к вертикали, величина которого изменяется при изменении скорости подачи бревна. Уклон пильной рамки изменяется смещением верхних направляющих 10 вместе с плитой 17 от электродвигателя 14 через червячный редуктор 13, зубчатый сектор 15 и рычаги 16. Уклон пильной рамки контролируется потенциометром 11, ось которого связана с валом червячного редуктора зубчатой передачей 12. Шкала потенциометра указывает не величину уклона пильной рамки, а скорость подачи бревна. Ползуны пильной рамки перемещаются по направляющим станины. Они неподвижно прикреплены к рамке или надеты на оси, укреп­ленные на концах поперечин. Ползуны изготовляют из анти­фрикционного износостойкого материала (древесины твердолиственных пород, эпана, лигнофоля, текстолита). Направляю­щие ползунов обычно чугунные, их конструкция позволяет м|енять изношенные ползуны без съема пильной рамки из направляющих. Смазка направляющих — принудительная от насоса (лубрикатора). В последних моделях лесопильных рам применяется водяное охлаждение направляющих.

Механизм резания приводится от электродвигателя / через клиноременную передачу 2 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала 3 с двумя маховиками 4, кри­вошипа 7 и шатуна 6, соединенного с валом с помощью под­шипника 5.

Конструкция пильной рамки и коленчатого вала приведена на рис. 29.14. Кривошипный вал помимо передачи движения от привода к пильной рамке осуществляет выравнивание и пере­распределение рабочих и инерционных нагрузок. Для этого он снабжается маховиками, противовесами и приводными шки­вами. Различают кривошипные валы коленчатые, с кривошип­ными дисками и комбинированные. Более технологичны две последние конструкции; в них на отрезки прямых валов наса­жены кривошипные диски, в которые вставлены пальцы криво­шипов. Шатун изготовляется из легированной кованой стали и выполняется ребристым, что обеспечивает при наименьшей наибольший моменцюпротивления.

Вальцовый механизм подачи лесопильных рам (рис 59.2,в) осуществляет непрерывную подачу бревен. Распиливаемое бревно (или брус) подается двумя парами вальцов: нижними / и верхними 10, смонтированными в воротах 2 и 11. Вальцы приводятся от индивидуального электродвигателя 4 постоян­ного тока через клноременную передачу 5 и редуктор 6. Пе­редний и задний нижние вальцы находятся на постоянном уровне и получают вращение через шестерни 7 и 3. Верхние вальцы установлены в перемещаемых вертикально воротах 11. Они приводятся во вращение через цепную передачу 8 и звздочки 9, а перемещаются от гидравлического цилиндра.

Гидравлическая схема механизма перемещения ворот и уп­равления тормозом приведена на рис. 59.2, г. Питание гидро­систем — от лопастного насоса 6. Гидроцилиндр / дистанци­онно управляет подъемом и прижимом верхних ворот 14 с- по­мощью реверсивного золотника 4 с электрогидравлическим управлением. Необходимое для подъема ворот давление уста­навливается с помощью предохранительного клапана 5 с пере­ливным золотником.

Схема обеспечивает проведение следующих операций: 1) подъем ворот при включении электромагнита 31; при этом масло под давлением поступает в верхнюю полость цилиндра / с неподвижно закрепленным штоком, а нижняя полость соеди­няется со сливом через обратный клапан 3; 2) прижим бревна под действием собственной массы ворот и вальца при обесточен­ных электромагнитах 91 и 92, при этом обе полости цилиндра соединяются через золотник 4 со сливом; 3) дополнительный прижим бревна цилиндром при включении электромагнита 92 при обесточении 91, при этом масло поступает в нижнюю по­лость цилиндра через редукционный клапан 2, снижающий давление в полости поижима ло необходимого уровня.

Для торможения коленчатого вала после отключения элек­тродвигателя служит ленточный тормоз, состоящий из двух стальных лент 10, охватывающих маховики. Он управляется гидроцилиндром 7, обеспечивающим натяжение тормозных лент 10 через рычаг 9. Гидроцилиндр 7 тормоза управляется двух-позиционным реверсивным золотником 8 с электромагнитом ЭЗ, при включении которого с пульта управления шток ци­линдра выдвигается, натягивая тормозные ленты 10.

В современных лесопильных рамдх осуществляется автома­тическое регулирование подачи в зависимости от высоты про­пила и загрузки главного двигателя. Механизм регулирования подачи представляет собой ламельный потенциометр 13, ползу­нок которого поворачивается с помощью пары шестерен 12 и рейки //, жестко связанной с верхними передними воротами 14. В зависимости от диаметра распиливаемого бревна ворота поднимаются или опускаются, смещая ползунок реостата и изменяя величину электрического сигнала, поступающего на вход системы автоматического регулирования привода подачи.

Технические	характеристики лесопильных	рам
	2Р75-3 (4)	2Р80-1 (2)	2Р100-1 (2)	Р63-4Б (Р63-6)	РК63 ;	РТ-40	РПМ
Просвет пильной
рамки, мм ... Ход пильной рам-
ки, мм .....
Наибольший диа-
метр распиливае-
мого материала,
мм . .
Наименьшая тол-
щина выпиливае-
мой доски, мм
Число двойных хо-
дов пильной рам-
ки, МИН"1 ....
Подача на один
двойной ход пиль-
ной рамки, мм	10 ... 80	8 ... 70	4...40	4...40	4 ...40 2... 6	1,6... 24
Наибольшее число
пил в поставе, шт.		14"
Общая установ­ленная мощность	179/183	138/168		52.4'	52,4	41,6	30,5
Габаритные разме-
ры, МЫ". длина ....						—
ширина . . .						—
высота . .	. 5439					—
Масса, т. . . .	17,0	15,5	14,6	6,0	7,0	5,0	8,9

 

Одноэтажные лесопильные рамы сравнительно тихоходны (200–250 мин^-1), имеют невысокую производитель ность (до 20 м³ бревен в смену) и предназначены для работы на небольших лесопильных заводах или вспомогательных предприятиях. Особенность этих рам — уменьшенная высота хода (200...400 мм) и наличие двухшатунного механизма главного движения с верхним креплением шатунов. Они оборудуются механизмом толчковой или непрерывной подачи. При толчковой подаче посылка бревна может производиться за рабочий или холостой ход пильной рамки.

Коротышевые лесопильные рамы РК. предназначены для распиливания коротких бревен и брусьев длиной от 1 м. Особенностью этих рам является восьмивальцовый механизм подачи. Увеличение числа подающих вальцов необходимо для более надежной фиксации положения бревна.

Тарные лесопильные рамы РТ предназначены для распиливания небольших брусьев на тарную дощечку. Особенностями таких рам является малый ход и небольшая высота пильной рамки. Благодаря уменьшению длины пил появляется возможность использовать самые тонкие пилы (толщиной 1 мм). Тарные рамы имеют восьмивальцовый механизм подачи и позволяют выпиливать дощечки толщиной до 6 мм.

Передвижные лесопильные рамы РПМ устанавливаются на передвижные автомобильные платформы и по своим характеристикам соответствуют одноэтажным лесопильным рамам общего назначения.

Для подачи бревен в лесопильные рамы и транспортиронания от них пиломатериалов используются впередирамные и позадирамные механизмы.

Впередирамная тележка выполняет центрирование бревна по поставу, закрепление его в нужном положении и подочу в лесопильную раму. Тележка представляет собой сварную раму на колесных скатах, перемещающихся по рельсовуму пути по направлению подачи бревна. Привод колес — от двух скоростного электродвигателя через зубчатую передачу и редуктор. В передней части рамы расположена головка с зажимными клещами, управляемая тремя гидроцилиндрами с независимым управлением. Питание гидросистемы — от лопастного насоса. Бревно зажимается клещами, перемещение торца бревна по высоте, поворот бревна в поперечном направлении производится гидроцилиндрами. Все механизмы тележки управляются непосредственно с рабочего места, расположенного на тележке позади головки, с помощью гидрораспределителей или с дистанционного пульта.

Позадирамные механизмы расположены за рамами. К ним относятся направляющие аппараты, которые чаще всего монтируются на самой лесопильной раме, роликовые конвейеры для продольного и механизмы для поперечного перемещения бруса и досок, сбрасыватели досок.

Основными преимуществами лесопильных рам являются:

- высокая производительность,определяемая непрерываной подачей бревен и большим числом пил одновременно участвующих в работе;

- невысокие абсолютная ( кроме двухэтажных рам) и относительная ( даже у двухэтажных рам) цены. (Относительная цена – отношение абсолютной цены к производительности;

- низкие текущие расходы.

Лесопильные рамы обладают рядом недостатков:

-большая масса возвратно-поступательно движущихся частей и большие силы резания вызывают необходимость уравновешивать силы в механизме резания, создание специального массивного фундамента накладывают жесткие ограничения на частоту вращения коленвала. Последнее не позволяет достичь оптимальной для сырой древесины скорости резания 40 – 50 м/сек (скорость на пилораме 15 – 25 м/сек );

- низкое качество пиломатериалов. Фрикционный тип механизма подачи с подвижным базированием приводит к перемещениям бревна относительно подающих вальцов на сучках и других неровностях бревна и, соответственно, к нарушениям геометрии и ухудшению чистоты поверхности пиломатериалов. Симметрично расположенные пилы в поставе испытывают различную нагрузку вследствие неоднородности древесины ( кривизны, крупных сучьев, гнили и пр.), что приводит к отклонениям подачи от прямолинейности, а иногда к проворачиванию бревна вокруг своей оси. Высокие силы резания и их циклический характер усугубляет эти явления. Это приводит к крыловатости пиломатериалов.

- высокие требования к подготовке пил, поскольку неравномерное уширение зубьев или их неравномерный ряд приводит к вышеописанным явлениям;

- невозможность индивидуального раскроя бревна, поскольку для изменения размера выпиливаемого пиломатериала надо переставлять пилы в поставе, что является довольно длительной и трудоемкой операцией. Все бревна одного типоразмера распиливаются одинаково, невзирая на их индивидуальные особенности. Нарушения разнотолщинности и чистоты поверхности вынуждают увеличивать припуски. Это, а также сортировка, как правило, через два четных диаметра приводит к потере как общего выхода, несмотря на тонкий ( 3 – 4 мм ) пропил, так и доли выхода дорогой ( толстой ) доски. С целью устранения этого недостатка появились лесопильные рамы, в которых крайние пилы постава могут перемещаться перед каждым бревном с помощью позиционеров, как в ленточнопильных сдвоенных станках. Но это усложняет конструкцию, снижает надежность лесопильной рамы и только частично решает задачу индивидуального раскроя;

- жесткие требования к сырью. Для получения качественной продукции бревна должны иметь кривизну до 1%, сучья, спиленные заподлицо и т.д. Этот недостаток характерен для любых станков проходного типа, рассматриваемых ниже;

- необходимость сортировки сырья по диаметрам, что вынуждает содержать

громоздкий и дорогостоящий сортировочный участок.

В заключение можно отметить, что лесопильные рамы хорошо приспособлены для промышленного лесопиления, но, являются устаревшим оборудованием с низким выходом продукции. Однако, существуют схемы лесопильных потоков с применением современных станков второго ряда ( многопильных круглопильных и ленточных делительных), которые позволяют минизировать влияние недостатков лесопильных рам и максимально использовать их достоинства. Модернизация существующего рамного потока на основе таких схем существенно дешевле и быстрее построения нового и дает неплохие результаты. В случае же организации нового производства, лучше привлечь более современное оборудование.

Производительность лесопильных рам определяетсяпо формуле

 

 

Глава 60. Ленточнопильные станки для распиловки бревен и бруса.

В зависимости от назначения ленточнопильные станки в лесопильном производстве подразделяются на бревнопильные и делительные. Бревнопильные станки в свою очередь делятся на вертикальные и горизонтальные. Принципиальное отличие в конструкционном расположении механизма – вертикально и горизонтально. При горизонтальном расположении чаще всего бревно жестко фиксируется и пиление происходит за счет движения механизма резания по направляющим. При вертикальном все происходит наоборот. Те и другие станки условно делятся по классам: легкие, с шириной ленточного полотна 32 – 80 мм, средние 80 – 130 мм. тяжелые 130 – 280 мм и более. Выпускаются модели как с одним, двумя и даже несколькими пильными механизмами. Существуют три различных системы базирования бревна в таких станках:

- на тележке-манипуляторе с боковыми клыковыми захватами, удерживающими бревно по длине;

- по базовой стенке с прижимным роликом;

- на тележках с торцовыми захватами, когда бревно распиливается сразу с двух сторон.

Вертикальный ленточнопильный станок с кареткой. (рис. 60.1,а) предназначен для продольного распиливания бревен в лесопильном потоке, распиливания крупномерной фаутной древесины хвойных пород и раскроя древесины ценных твердолиственных пород. Он состоит из механизма резания, механизированной тележки, передвигаемой по рельсовому пути, загрузочного и разгрузочного конвейеров и пульта управления.

Нижний приводной 1 и верхний натяжной 4 шкивы смонтированы на плите 2 и стойке станины 3 . Бревно с загрузочного конвейера поступает на тележку 7 механизма подачи и фиксируется в нужном положении зажимами, расположенными на стойке 5 тележки. После этого тележка перемещается по рельсам и происходит продольный рез. По окончании реза тележка возвращается в исходное положение, а бревно подается на пилу на величину, соответствующую толщине отпиливаемой доски. Управление работой станка осуществляется с пульта. Кинематическая схема механизма резания дана на рис. 60.2. Пильная лента 1 шириной 175 - 280 мм натянута на приводном 26 и натяжном 11 шкивах и приводится в движение от электродвигателя 20 через ременную передачу 21 . Вал 25 нижнего приводного шкива закреплен стационарно в двух сферических роликоподшипниках. Нижний шкив выполняется более массивным и служит маховиком, не давая ослабиться натяжению ленты в верхней зоне в случае ее торможения при пилении.

Верхний шкив - ведомый, облегченный. Его вал 10 также смонтирован в двух сферических роликоподшипниках, но их корпуса могут вертикально перемещаться с помощью винтов 7 и 15 . Это перемещение осуществляется специальным механизмом, состоящим из электродвигателя 18, цепной передачи 19, вала 3 с двумя червяками 17 и 6 , двучервячных гаек-шестерен 24 и 8, взаимодействующих с винтами 7 и 15.

Механизм наклона верхнего шкива, служащего для обеспечения правильного набегания ленты на шкив, состоит из маховика 9 и зубчатой муфты 2, установленной на валу 3. Когда зубчатая муфта выведена из зацепления, вращением маховика поворачивают левую гайку-шестерню 8, что приводит к изменению положения подшипников вала 10.

Устройство для натяжения пильной ленты представляют собой систему рычагов 13, на одном конце которой находится верхний шкив, а на другой груз 14 (пружина или пневмоцилиндр). Груз обеспечивает постоянное натяжение ленты (1, 2…1,5 МПа), компенсируя удлинение ее в результате нагревания и мгновенных перегрузок. При смене ленты верхний шкив опускают, в результате чего рычаг с грузом поворачивается вниз и достигает упора 16.

Для увеличения поперечной жесткости пилы под бревном и над ним предусмотрены направляющие, уменьшающие свободную длину рабочего участка пилы. Верхняя направляющая выполнена подвижной и устанавливается в зависимости от высоты пропила от электродвигателя 12 через винт 4.

Нижний шкив при отключении электродвигателя 20 останавливается ленточным тормозом 23, приводимым в действие цилиндром 22.

Тележка механизма подачи перемещается по рельсам от канатно-барабанного привода. Бревно крепится на тележке стойками с захватами, срабатывающими от гидроцилиндров. Для придания бревну нужного положения на одной из стоек имеется кантователь. Стойки могут перемещаться все вместе на одну и ту же величину или индивидуально каждая на свой размер. В первом случае перемещение производится от электродвигателя постоянного тока через цепную, конические и винтовые передачи.

Управление двигателем осуществляется счетно-импульсной позиционной системой. С пульта дистационного управления оператор задает необходимые положения стоек для выпиливания бруса или доски определенной толщины. Последние модели станков имеют компьютерные системы управления движением стоек. Данные от сканирующего устройства, определяющего геометрию бревна до его погрузки на тележку, поступают в запрограммированный компьютер и на мониторы перед оператором. Оператор выбирает наиболее выгодный из 20 вариантов поставов, который предлагает компьютер. Данная система автоматически обеспечивает распиливание ( поворот бревна, перемещение стоек и т.д. ) с учетом данных о породе и требований спецификации выпиливаемых пиломатериалов.

Технические характеристики ленточнопильных станков для распиловки бревен

 

Диаметр пильных шкивов, мм ……………………………….1250…3000

Наибольшая ширина пильной ленты, мм………………………175…280

Мощность главного двигателя, кВт………………………………55…125

Наибольшая скорость подачи, м/мин:

при рабочем ходе………………………………………………80…100

при холостом ходе…………………………………………….125…160

 

К преимуществам вертикальных ленточнопильных станков можно отнести следующее:

- высокий обьемный (до 70% ) и ценностной выход продукции за счет тонкого пропила 2,5 мм и возможности индивидуального раскроя бревна;

-высокое качество получаемых пиломатериалов как по геометрии, так и по шероховатости поверхностиобработки, что обеспечивается малыми силами резания и жестким базированием бревна;

-высокая производительность, которая у наиболее мощных моделей превосходит в ряде случаев двухэтажные лесопильные рамы. Ширина пилы и отсутствие ее нагрева позволяет пилить на скоростях подачи до 80 м/мин. Отсутствует эффект выгибания бревна горбом в сторону отпиленной части, что освобождает от необходимости переворачивания бревен между пропилами.

- станки, как правило, не требуют специального фундамента и сортировки сырья;

- низкий уровень текущих расходов, обеспечиваемый высокой степенью механизации и автоматизации производственного процесса, большим ресурсом режущего инструмента, высокой производительностью;

- низкая относительная цена (отношение абсолютной цены к производителности), обеспечиваемая высокой производительностью.

К недостаткам вертикальных ленточнопильных станков относится:

- сложность эксплуатации станка и подготовки режущего инструмента. Требуется высокая квалификация производственного и обслуживающего персонала;

- высокая абсолютная цена с учетом стоимости монтажа, пусконаладки, режущего инструмента, заточного оборудования;

- длительный срок запуска производства, требующий привлечения специалистов производителя станков.

Со значительным эффектом возможности ленточнопильного станка реализуются в сдвоенных ленточнопильных линиях при раскрое средних и малых диаметров. Они представляют собой два вертикальных ленточнопильных станка 2, 3 ( рис. 60.1, б ), установленных на подвижных каретках симметрично относительно продольной оси общего конвейера или каретки с возвратно-поступательным движением. Расстояние между станками изменяется по командам оператора с пульта управления или автоматически от измерительной системы с помощью гидравлических ( или электромеханических) позиционеров 1 и 4 .

Механизм подачи представляет собой каретку, которая перемещается по рельсовому пути над бревном. Каретка имеет две опущенные вниз штанги с торцевыми упорами,, одна из которых неподвижна, вторая - перемещается пневмоцилиндрами. По команде оператора бревно подается на кантователь, где оно разворачивается кривизной вниз и центрируется. После этого пневмоцилиндр перемещения подвижной штанги и бревно зажимается торцевыми упорами. Каретка с зажатым бревном движется по рельсовому пути от электродвигателя постоянного тока, управляемого тиристорным приводом через редуктор, приводной барабан и канатную передачу.

На базе сдвоенных ленточнопильных станков созданы линии автоматизированного раскроя бревен. Они состоят из конвейерного подающего механизма с торцевым зажимом распиливаемых бревен и четырех сдвоенных ленточнопильных станков. Окоренные бревна поступают на поворотное устройство. Оператор, вращая бревно, осматривает его из отгороженной кабины и поворачивает так, чтобы оно расположилось выпуклостью вниз, после чего сориентированное бревно фиксируется рычагами торцевых зажимов и подается через электронное сканирующее устройство. Здесь с помощью импульсных светодиодных датчиков измеряются диаметр и длина бревна. Полученная информация автоматически запрашивается и принимается электронной системой. Информация о диаметре, длине и качестве используется компьютером для определения наилучшего варианта автоматической установки пил. Выбранный вариант сохраняется в памяти компьютера до тех пор, пока бревно не пройдет все пильные агрегаты.

Перед первым сдвоенным станком ( рис. 60.3 ) фрезерные головки 2 измельчают в щепу горбыли с двух противоположных сторон бревна 1. Затем две пилы 3 отпиливают крайние доски. Расстояние между пилами устанавливается по команде с пулта управления. Пильные суппорты 6 перемещаются по направляющим 7 с помощью гидроцилиндров 5 . Устойчивость в зоне резания пильным лентам обеспечивают односторонние отжимающие направляющие 4 . Затем брус проходит через два-три последовательно расположенных ленточнопильных станка, на которых выпиливаются боковые доски, размер которых выбран компьютером. Производительность такой линии в среднем 6 бревен в минуту.

В заключение можно констатировать, что ленточнопильные вертикальные станки и линии на их основе являются наилучшим типом оборудования для промышленного лесопиления на крупных и средних предприятиях. В случае высокой стоимости сырья, например, при доставке по железной дороге, этот вариант практически безальтернативен.

Горизонтальные ленточнопильные станки тяжелого типа ( рис. 60.1,в) применяют для раскроя твердолиственных пород диаметром свыше 1 м на кряжи Они имеют небольшое распростанение. Тележка этих станков не имеет стоек и механизма бокового перемещения бревна. После каждого раза оба пильные шкива 1 опускаются по колонкам 2 станины на толщину отпиливаемой доски. Бревно 3 на тележке 4 крепится торцевыми зажимами 5 вдоль продольной оси и может быть повернуто необходимой стороной во время остановки между проходами.

Значительно большее распространение получили станки легкого и среднего типа со шкивами небольшого диаметра (500-750 мм и тонкой пильной лентой (толщиной 0,9 – 2 мм.), которые позволяют распиливать бревна диаметром до 90 см. на необрезные и обрезные пиломатериалы заданной толщины со скоростью подачи до 30 м/мин. Ленточнопильный механизм резания 5 среднего станка (рис. 60.4) смонтирован на каретке, перемещающейся вдоль бревна по направляющим сварной станины 7 станка. Он может перемещаться вертикально по двум ходовым винтам от электродвигателя на толщину отпиливаемой доски 4 через клиноременную передачу. Этот размер устанавливается на управляющем дисплее, после чего механизм резания автоматически опускается на эту величину перед началом очередного реза. Привод пилы от электродвигателя 4 через клиноременную передачу (со скоростью 25 м/с) . Бревно 6 загружается в станок двухрычажным загрузчиком 9, затем выравнивается манипулятором-переворачивателем 8 и фиксируется упорами с регулировкой высоты. Все эти перемещения осуществляются от гидросистемы. Скорость подачи механизма резания осуществляется от электродвигателя 11 и плавно регулируемая с помощью преобразователя частот. Текущее значение скорости отображается на дисплее и контролируется также амперметром и звуковым сигналом при превышении ее оптимального значения. Специальная дисковая пила с пластинами твердого сплава, смонтирована на рычаге 3 и приводимая во вращения электродвигателем прорезает в бревне перед ленточной пилой паз, удаляя из коры и поверхности бревна посторонние предметы, которые могут вызвать ее ускоренный износ или даже поломку.

Принцип работы легких станков тот же, что и средних, но конструкция значительно проще. Кресло оператора размещается не далее механизма резания и перемещается вместе с ним. У совсем простых станков это перемещение осуществляется самим оператором, идущим вдоль бревна. Настроечные перемещения на толщину доски и установка бревна производится вручную с помощью специальных приспособлений. Производительность таких станков до 8 м³ в смену.

Главными достоинствами горизонтальных ленточнопильных станков является низкая абсолютная цена, малая потребляемая мощность и простота установки. Для них не требуется фундамент и часто их монтируют на автомобильном прицепе. Кроме того, индивидуальный раскрой и узкий (2 – 2,5 мм) пропил обеспечивают высокий выход продукции, а жесткое базирование и пренебрижимо малые усилия резания – высокое качество продукции. Не требуется сортировка сырья и высокий квалификации персонала по подготовке режущего инструмента.

К недостаткам можно отнести следующее:

- Низкая производительность из-за малой скорости подачи и множества ручных операций (на легких станках). Скорость подачи ограничена способностью пильной ленты сохранять устойчивое положение в пропиле. Поскольку выброс опилок при пилении в горизонтальной плоскости затруднен, при увеличении скорости подачи межзубовые впадины не справляются с выводом опилок из пропила и происходит нагрев полотна пилы и, как следствие, отклонения ее от нормального положения. В результате пиломатериалы приобретают волнистую поверхность. Подобные отклонения пилы происходит и при ее первоначальном врезании в бревно. Эти факторы определяют скорость подачи для узкой (35 – 50 мм) ленты на уровне 10 – 20 м/мин. С увеличением ширины ленты на средних станках скорость подачи увеличивается до 25 м/мин, а производительность вырастает до 15 – 20 м /смену.

- выгибание бревна под действием внутренних напряжений в древесине. Выгибание (обычно горбом в сторону отпиленной части) происходит в процессе обработки, когда бревно частично распилено с одной стороны. Дальнейшая распиловка приводит к существенной разнотолщиности доски, поэтому приходится регулярно переворачивать бревно для симметричного распиливания с обеих сторон;

- потери времени на ручные операции (укладка и закрепление бревна, кантование, удаление пилопродукции). Попытки же их механизировать и автоматизировать лишают станки их главного преимущества - низкой цены;

- малый ресурс режущего инструмента , вызванный небольшой шириной ленты и неблагоприятными условиями ее работы на шкивах малого диаметра;

- высокие текущие расходы и очень высокая относительная цена вследствие низкой производительности, большой доли ручного труда и малым ресурсом режущего инструмента;

плохо встраиваются в лесопильные потоки, т.к. отпиленную доску приходится убирать с бревна вручную.

Анализ достоинств и надостатков позволяют прийти к выводу, что легкие горизонтальные ленточнопильные станки идеально подходят для частного использования, для чего они изначально и задуманы. Промышленное лесопиление с такими станками представляется нецелесообразным из-за мало эффективной экономики такого производства. Средние ленточнопильные станки можно использовать на предприятиях малой мощности.

Делительные ленточнопильные станки. Делительные (ребровые) ленточнопильные станки предназначены для распиливания поставленных на ребро брусьев, толстыз досок и горбылей. Механизм резания незначительно отличается от механизма резания бревнопильного станка, но меньше по размерам (диаметр шкивов 1250 мм).

Механизм подачи имеет вертикальное исполнение (рис 60.5). Он смонтирован на столе станка и состоит из базового суппорта 1, механизма установки наразмер и прижимного суппорта. Базовый суппорт представляет собой пластинчатый конвейер 4 , приводимый в действие от гидромотора через редуктор и зубчатую передачу. Скорость подачи в диапозоне 5…90 м/мин регулируется бесступенчато. Базовый суппорт перемещается на размер обработки по направляющим 6, получая движение от гидроцилиндра 5. Прижимной суппорт обеспечивает надежный прижим распиливаемого материала 10 к базовоц поверхности конвейера и состоит из одного приводного рифленого вальца 8 и трех сдвоенных гладких прижимных вальцов 9. Приводной валец получает вращение от того же привода, что и базовый конвейер. Перемещается прижимной суппорт по направляющим от гидроцилиндра 7. В случае симметричного распила оба суппорта разводятся на одинаковое расстояние от пилы 3 с помощью специального настроечного механизма с согласующим зубчато-реечным устройством.

Глава 61.Круглопильные станки для продольного распиливания бревен и брусьев.

Эту группу станков отличает большое разнообразие функциональных схем. Традиционно начнем рассмотрение со схемы станков с подачей бревен кареткой.

Механизм перемещения тележки состоит из регулируемого гидропривода (насоса 10 и гидромотора 11), цилиндрического зубчатого редуктора 12, приводного… Механизм резания может состоять из одного или двух расположенных один над… Преимущества круглопильных станков в этом случае перед лесопильными рамами и ленточнопильными станками заключаются в…

Глава 64. Оборудование для поперечного распиливания пиломатериалов.

Поперечное распиливание (торцевание) пиломатериалов в лесопильном потоке производится с целью придания торцу доски прямоугольной формы, удаления дефектов и получения досок определенной длины. Имеется два основных места торцевания: в конце лесопильного цеха на участке сортирования — пакетирования сырых пиломатериалов. Следовательно, торцевание нельзя отделить от сортирования, что и предопределяет конструкцию оборудования для поперечного распиливания.

Применяются одно- и многопильные торцовочные станки. Однопильные станки бывают маятниковые, суппортные, рычажно-шарнирные и балансирные. Первые три вида станков используются в раскройных и деревообрабатывающих цехах, реже в лесопильных. Балансирные торцовочные станки широко используются в небольших, маломеханизированных цехах

На ленточнопильных и рамных лесопильных потоках с высокой степенью механизации и автоматизации поперечного распиливания пиломатериалов применяются высокопроизводительные многопильные станки и линии. Многопильные станки — триммеры, принцип работы которых рассмотрен выше (см. рис. 58.1,в,гб), представляют собой цепной поперечный конвейер с расположенной под ним батареей круглых пил. Пилы располагаются обычно на расстоянии 600 мм друг от друга на концах качающихся рычагов. По команде оператора или автоматически нужная пила пневмоцирдром опускается, чтобы отрезать от перемещающейся под пилами доски дефектное место на торце или в середине доски. Крайние пилы станка — неподвижные. При распиливанни на таких станках теряется 10...25% деловой древесины, поэтому в последнее время получили распространение линии с рассредоточенными однопильными торцовочными станками, дающими только 3...8% потерь деловой древесины.

На линии ЛТ-1 производится торцевание сырых обрезных пиломатериалов с градацией по длине 250 или 300 мм (рис. 64.1). Доски подаются в приямок загрузочного устрой­ства. Наклонный цепной конвейер 17 транспортирует их неболь­шими партиями к роликовым шинам механизма поштучной вы­дачи, где создается однослойный ковер досок. Механизмом, поштучной выдачи доски передаются на упоры главного кон-! вейера 3, приводимого от мотор-редуктора 12. На участке оценки комлевого конца все доски роликовым конвейером 4 вы­равниваются по торцу до постоянного упора 16 и механизмом кантования 2 переворачиваются с одной пласти на другую. Опе­ратор 15 оценивает качество комлевого конца доски с обеих пластей и с кнопочного пульта дает команду на торцевание вы­бракованной части доски. Торцевание ведется на один из восьми размеров (0...1500 мм). В зависимости от заданного размера доски роликовым конвейером 5 выдвигаются относительно ос-новной пилы торцовочного устройства 14 на указанную вели­чину. Вспомогательная пила 13 предназначена для деления длинномерных обрезков.

Главным конвейером доски подаются на участок оценки вер­шинного конца. Роликовый конвейер 18 перемещает ее до по­стоянного упора 6, который смещен относительно зачистной пилы 7 на величину, кратную 300 мм. Пилой отрезается часть доски, и она поступает на кантователь /. Оператор 8 произво­дит оценку качества доски, подает команду на обрезку выбра­кованной вершинной части и задает сорт. Длина отрезаемой ча­сти выбирается ступенчато от 0 до 1500 мм с интервалом 300 мм. При дальнейшем движении доски конвейером 9 выдви­гаются на заданную величину относительно пилы 10 торцовоч­ного устройства и отрезаются. После окончательного формиро­вания длины на обе пласти досок автоматическим маркировоч­ным устройством // наносятся метки сорта.

Технические характеристики линий торцевания сырых пиломатериалов

ЦТЭ-2М ЛТ-1

Размеры обрабатываемых пиломатериалов, мм:

толщина ................... 13 ... 100 16 ... 80

ширина.................... 60 ...250 75 ... 300

длина .................... До 7 500 До 6 600

Диаметр пил, мм................. 630 500

Число основных пил, шт.............. 3 3

Общая установленная мощность, кВт ....... 34,5 53,7

Габаритные размеры, мм:

длина .................... 14 850 16 500

ширина.................... 8 390 10 000

высота.................... 1 200 1500

Масса, кг .................... 8 185 6 448

 

Оборудование для торцевания сухих пиломатериалов встраивается в линии окончательного сортирования пиломатериалов, конструкция которых отличается от рассмотренных выше. Однако принцип работы участков торцовки и само торцовочное оборудование то же, что и в линии ЛТ-1. Эффективность торцевания повышается в настоящее время за счет применения компьютерных сканирующих систем, позволяющих оптимизировать эту операцию. Оптические камеры сканирующего устройства дают информацию для идентификации длины и толщины доски, глубины обзола и контуров конца доски. Микрокомпьютер получает данные, собранные сканирующим устройством, и рассчитывает оптимальную величину торцевания по критерию максимальной стоимости продукции. Компьютер, на который поступает решение оптимального торцевания, подает команды на торцовочные агрегаты для реализации решений.

Глава 65. Оборудование сушки, окончательной обработки пиломатериа­лов и переработки отходов

Большая часть пиломатериалов после продольного и поперечного раскроя высушивается. При­меняемое для этих целей оборудование изучается в курсе «Ги­дротермическая обработка древесины».

Линии для окончательной обработки пиломатериалов пред­назначены для окончательного торцевания досок после сушки, сортирования их по сортам и длинам, маркировки и формиро­вания транспортных пакетов.- В промышленности работают та­кие импортные линии фирмы «План-Селл» и «Валмет» (Фин­ляндия) и отечественного БТСМЗО-2 производства.

К этим линиям поступают сушилвные штабеля, которые ав­томатически разбираются спомощью наклонного разборника и ряда последовательно расположенных поперечных цепных кон­вейеров. Затем происходит выравнивание досок по комлевому концу, оценка его и отторцовка. В отличие от рассмотренной выше линии ЛТ-1 здесь располагаются пульты управления двух операторов, определяющих рациональный размер торцевания, каждый из которых оценивает только свою дорку. Сбазирован-ные по отторцованному комлевому торцу доски поступают на участок окончательной общего торцевания, обслуживаемый тремя операторами. На участке имеются три кантователя. Опе­ратор осматривает обе пласта доски, проходящей только через его кантователь, и задает команду на сброс, доски в тот или иной карман в соответствии с ее сортом. Он же задает команду на размер торцевания вершинного конца доски.

Команды операторов передаются в мини-ЭВМ и синхронно с доской поступают в нужный момент на участок торцевания. Отсюда доски передаются на ускорительный конвейер, а с него укладываются на крючья распределительного конвейера. Перед этим их длину измеряют датчиком и результаты замера пере­даются в ЭВМ, которая перерабатывает информацию о сорте и длине доски, заданную вершинным оператором. В результате ЭВМ определяет адрес кармана, в который направляются доски определенных сорта и длины. При достижении доской, движу­щейся на крючьях распределительного конвейера, заданного кармана ЭВМ дает команду на сброс доски.

После заполнения кармана доски по команде оператора вы­гружаются на конвейер, который подает их в разборник, форми­рующий однослойный ковер досок. Затем доски поштучно про­ходят маркировочное устройство и укладываются в плотный пакет. Величина пакетов и их порядковый номер, а также дата, сорт, порода, ширина и толщина пиломатериалов программиру­ются оператором. В результате на каждый пакет обработанных пиломатериалов автоматическое печатное устройство, находя­щееся на пульте управления машины для их обжима и об­вязки, выдаетпаспорт

На всех стадиях процесса выработки пиломатериалов полу­чаются кусковые отходы обработки в виде реек, горбылей, срез­ков и т. п. Для их переработки в технологическую щепу применяются рубительные машины. Их классификация, описание и техническая характеристика приведены ниже.

 

Контрольные вопросы. 1. Изобразите принципиальную схему лесопильной рамы и объясните принцип ее работы. 2. На каких видах оборудования возможно продольное распиливание бревен? 3. Чем отличается бревнопильный станок с кареткой от сдвоенного ленточнопильного станка? 4. Объясните принцип действия обрезного станка. 6. Перечислите виды окорочного оборудования и изобразите схему роторного окорочного станка. 6. На каком оборудовании осуществляется поперечное распиливание бревен и пиломатериалов

 

Раздел X.Оборудование фанерного производства

 

Глава 66. Оборудование для получения сырого шпона.

Технологический процесс производства фанеры включает следующие основные операции: складирование древесины и сортирование древесного сырья по породам; гидротермическую обработку и окорку сырья; разделку древесного сырья по длине и диаметру; получение сырого шпона и его рубку в размер; сушку и сортировку шпона; приготовление рабочего раствора клея; нанесение клея на шпон и сборка пакетов фанеры; прессование фанеры; форматную обрезку и раскрой фанеры; шлифование листов фанеры; сортировку и складирование листов фанеры.

Линии лущения, рубки и укладки шпона.В современном фанерном производстве оборудование для лущения, рубки и укладки шпона, т.е. для всего комплекса работ с сырым шпоном, используется в виде линий с различной степенью автоматизации. Ниже представлены варианты линий фирмы «РАУТЕ» для обработки разных древесных пород, которые обеспечивают различную производительность.

Базовая лущильная линия (рис.66.1, а) позволяет обрабатывать чураки длиной 1400...2800 мм различного диаметра мягколиственных и твердолиственных пород древесины. Конвейером-накопителем 1 чураки подаются на подъемный элеватор 2 и поступают в центровочнозагрузочное устройство (ЦЗУ) 3 . Сцентрированный чурок переносится в лущильный станок 4. Лента шпона поступает на выходной транспортер 5, а шпон-рванина и карандаши падает на конвейер 10. Далее шпон рубится на форматные куски гильотинными ножницами 6 и передается конвейером на место для укладки шпона 7 , а далее на сортировочный конвейер 8. Кусковые отходы от рубки шпона конвейером 9 возвращаются на конвейер 10. Размеры рубки по ширине изменяются путем простой перенастройки ножниц. Линия легко обслуживается благодаря простой релейной техники управления. Производительность - 3 чурака в минуту. Линия имеет резерв увеличения производительности за счет замены или добавки отдельных более совершенных механизмов и станков.

Применение широко используемой техники управления на базе программируемой логики позволяет сделать линию полуавтоматической и повысить производительность до 5 чураков 9 (диаметром до 600 мм ) в мин (рис 66.1, б ). Участки от загрузки чураков до лущения имеют тот же состав оборудования, как и на базовой линии. Его быстродействие в совокупности с полуавтоматической системой управления обеспечивает высокую скорость операций и короткие интервалы смены чураков. Ускорительный двухэтажный конвейер 11 на выходе лущильного станка обеспечивает подачу ленты шпона на ножницы. Рубка шпона выполняется под управлением импульсного датчика. Вакуумно-ленточный стопоукладчик 12 укладывает листы шпона в разные стопы в зависимости от сорта, размеров и влажности шпона.

Когда производственные затраты по выпуску фанеры высокие и необходимо достичь максимального использования древесного сырья, наилучшие результаты дает полностью автоматизированная лущильная линия (рис 66.1, в) с аппаратурой управления на базе микропроцессоров (7 чураков в мин). Непрерывность автоматической подачи чураков на ЦЗУ обеспечивается многоступенчатой (конвейер-накопитель 13 и дозатор 14) системой поштучной подачи чураков, которая начинает упорядочивать чураки задолго до поступления их на ЦЗУ. Высокоточное электронное центрирование позволяет повысить выход шпона и увеличить количество бездефектных листов шпона. Данные по геометрии чурака, полученные во время центровки используются для управления процессом лущения автоматического контроля за оцилиндровкой и сокращением продолжительности цикла. Автоматическая оцилиндровка предполагает очень точный и быстрый переход с режима предварительного лущения на чистовой, что исключает потери делового шпона. Чтобы ее осуществить на высоких скоростях требуется быстродействие ЦЗУ и лущильного станка. Это достигается, наряду с другими условиями, за счет применения лущильных станков с гидравлической подачей ножевого суппорта с цифровым управлением и режущего отсекателя шпона-рванины. Для увеличения производительности применяются роторные ножницы 15.

Высокопроизводительная (до 10 чураков в минуту) автоматизированная линия (рис. 66.1,г) оснащена наиболее совершенными достижениями технологии и устройствами управления. Система дозировки обеспечивает непрерывную подачу чураков. ЦЗУ, автоматика управления оцилиндровкой, гидравлика ножевого суппорта лущильного станка с цифровым управлением и приводные прижимные ролики обеспечивают максимальную производительность лущения. Роторные ножницы 15 работают под управлением сканирующего устройства. Вакуумный распределитель 16 и рациональная система транспортеров 17 исключает образование затора на линии. Рассортировка полноформатных листов, деловых кусков и отходов выполняется также автоматически. Линия включает влагомер сырого шпона, позволяющий сортировать шпон на три сорта по влажности, что уменьшает затраты на сушку и повышает производительность. Эффективность линии исключительно высока, благодаря малой потребности в людских ресурсах и большой производительности.

Загрузочно-центрируюшие устройства. Сущность процесса центрирования заключается в том, чтобы придать чураку такое пространственное положение между шпинделями лущильного станка, при котором, в реальную форму чурака вписывается цилиндр оптимального размера. Под оптимальным понимается диаметр, дающий наибольший выход высококачественного шпона .Центрирование чураков производится с помощью устройств с механическими и электронными системами. Механическое центрирование осуществляется рычагами, базирующими чурак по трем (рис. 66.2 , а) или четырем (рис 66.2,б) точкам. Последним методом достигается более точное совпадение геометрической оси чурака с его «экономической» осью и, как следствие, повышение выхода делового шпона. В центровочно-загрузочной установке с конвейера 3 отсекателем 5 от пневмопривода 4 подается очередной чурак. Вначале срабатывают рычаги 1 вертикального центрирования, а затем рычаги 2, фиксирующие положение рычага в горизонтальной плоскости. Сцентрированный чурак захватывается торцевым зажимным механизмом 6 и переносится из положения 1 в положение 11 между шпинделями лущильного станка.

При таком способе центрирования невозможно учесть такие дефекты чурака, как кривизна, неровности поверхности, наросты вокруг сучков, конусность, трещины и другие отклонения, вызывающие неточность центрирования. При оцилиндровке таких неточно сцентрированных чураков значительная часть ценного и пригодного для использования сырья уходит в отходы,

В ЦЗУ с электронным способом центрирования осуществляется лазерное сканирование чурака (рис. 66.3, а). Вдоль чурака 1 располагается ряд лазерных сканеров (мультисканер), которые производят замеры его радиусов при повороте на 360 ° со скоростью 16000 точек в секунду или с интервалом 0,022тградуса. В зависимости от длины чурака применяется от 3 до 7 лазерных сканеров, что означает от 48000 до 112000 точек замера на чурак. На основе этих данных для окончательного расчета отфильтровывается 36 точек поперечного сечения за три ступени. При этом отфильтровывается эффект нечетных величин, полученных под влиянием остатков коры, сучьев, трещин и щелей. Для окончательного расчета используется от 108 до 252 точек.

Имеются варианты, когда подвижное сканирующее устройство перемещается сверху над чураком от одного его конца к другому, снимая очертания всего чурака. Один проход он совершает за 5 - 10 оборотов чурака с той же скоростью сканирования, что и у стационарного устройства. В этом случае производится от 80000 до 160000 точек замера на чурак. На основе этих данных для окончательного расчета отфильтровывается 50 точек поперечного сечения за три ступени. При этом отфильтровывается эффект нечетных величин от остатков коры, веток, трещин и щелей. Для окончательного расчета используется от 250 до 500 точек. Система лазерного сканирования передает данные на компьютер 3 (рис. 66.3 ,б), обрабатывающий данные и определяющий центральную ось вписываемого в чурак оптимального цилиндра, который дает максимальный выход шпона из чурака.

Управляемые компьютером гидравлические сервоцилиндры 4 производят размещение торцов чурака в осях координат X и У (рис. 66.3 , в).Кроме того, на основе этих данных компьютер точно рассчитывает нужный момент перехода лущильного станка от оцилиндровки к лущению, и, таким образом, позволяет осуществить автоматическое управление работой лущильной линии (рис 66.1).

На рис. 66.4 наглядно показано преимущество, которое дает электронное устройство: на 10 -15 % увеличивается выход полноформатных листов шпона и на 20 -50% меньше шпона-рванины и кускового шпона. Сцентрированный чурак захватывается в его оптимальном положении передаточными рычагами и подается на лущильный станок, где останавливается в позиции ожидания заканчивания лущения предыдущего чурака. Когда лущение чурака закончилось и шпиндели станка раскрылись, подается следующий чурак. (рис. 66.3 ,г). Во время выполнения этих действий происходит центрирование следующего чурака. Одно лазерное ЦЗУ XV может обеспечить точное центрирование чураков для нескольких лущильных линий. Оптимальное положение центрирования отмечается на обоих торцах чурака.

Лущильные станки.На лущильных станках (рис. 66.5,а) в результате равномерного надвигания суппорта с закрепленным в нем ножом 4 на вращающийся в центрах чурак 1 срезается непрерывная стружка 3 (шпон) равномерной толщины. Чтобы значительно уменьшить вероятность появления трещин в шпоне чураки подвергаются термической обработке (провариванию или пропариванию), а на суппорте устанавливается прижимная линейка 2.

Значение заднего угла λ зависит от диаметра чурака и меняется в процессе лущения одного чурака. По мере лущения этот угол нужно уменьшить, чтобы усилие на чурак не было очень большим и не возникли вибрации в системе чурак - нож- станок. Особенно это важно для чураков больших диаметров. Рекомендуемые значения изменений заднего угла при лущении всех пород древесины составляют:

для чураков диаметром до 300 мм.......................................................................... 0,5...-2,0°

для чураков диаметром 300 - 800 мм........................................................................ 2,0.. .-3,0°

Высота установки ножа h колеблется в пределах ± 1 мм и зависит от конструкции суппорта лущильного станка), знак «+» показывает, что нож расположен выше оси шпинделей, знак « - « ниже оси).

Важнейший параметр лущения - величина обжима шпона. Обжим достигается за счет того, что зазор между ножом и прижимной линейкой устанавливается меньшим, чем толщина шпона (S₀ < Sш) - Это позволяет упрочнить древесину в зоне резания и резко снизить глубину трещин на внутренней стороне шпона. Оптимальная величина обжима эмпирически оценивается по формулам:

для мягколиственных пород (ольха, осина, липа) Δ = 7S_Ш +14%;

для остальных пород Δ =7S_Ш + 9%;, где S_Ш - толщина шпона, мм

При известном значении степени обжима Δ величина Sо находится из выражения

 

(66.1)

 

Высота установки линейки над лезвием лущильного ножа (h₀) составляет 0,2 - 0,3 мм. Прижимные линейки имеют угол заточки в пределах 48 - 63° и закругленную нажимную кромку с радиусом 0,2 - 0,3 мм. При лущении шпона толщиной более 2 мм следует применять прижимную линейку с нажимной микрогранью шириной 3-8 мм и принимать h₀ = 0.

Возможен обжим шпона без применения прижимных линеек, например, с помощью вращающегося ролика диаметром 12 - 19 мм (рис. 66.5 ,б), который обеспечивает плавное уменьшение напряжений сжатия на выходе шпона. Особенно это оправдано при получении толстого шпона из хвойного сырья. Находит применение и сжатый воздух под давлением 0,8-1,0 МПа, который через сопло подводится в зону обжима со скоростью до 80 м/с. Преимущество этих методов заключается в простоте конструкции и в том, что отпадает необходимость делать периодическую прочистку зазора между ножом и линейкой.

Для получения шпона постоянной толщины необходимо, чтобы вращение чурака 1 и движение суппорта 4 происходили синхронно. При лущении методом жесткой кинематической связи суппорт перемещается ходовыми вин­тами 6, кинематически связанными с механизмом вращения чурака ( рис 66.6, а). Изменение скорости подачи суппорта, а следовательно и толщины шпона проводится с помощью смены шестерней в кинематической цепи привода или с помощью серводвигателя переменного тока. Во втором случае становится возможным изменение толщины шпона без остановки процесса лущения.

В серийном отечественном лущильном станке ЛУ 17-10 (рис. 66.7,а) чурак автоматически зажимается левым и правым шпинделями. Шпиндели двойные, телескопические. Лущение чураков диамет­ром 700...120 мм производится при зажиме наружными 8 и 15 шпинделями с диаметром зажимного кулачка 110 мм, а даль­нейшее лущение до диаметра 70 мм — при зажиме внутренними 9 и 14 шпинделями с кулачком 65 мм. Существенным фактором, повышающем выход шпона наряду с точным центрированием является умение достичь при лущении чурака минимального диаметра карандаша. С этой целью выпускаются станки с тройными кулачками, позволяющие долушивать карандаш до диаметра 62 мм. Осевое перемещение шпинделей производится гидроцилиндрами 20 и 21. Первыми сра­батывают цилиндры 20, через муфты с подшипниками качения они перемещают внутренние шпиндели. После того, как кулачки врежутся в чурак, срабатывает реле давления, которое вклю­чает электромагнит, переключающий -поток масла на гидроци­линдры 21. Сила сжатия чурака наружных шпинделей контро­лируется реле давления, которое настраивается на давление 600 Н/см ².

Телескопические шпиндели, установленные в опорах качения, получают вращательное движение от главного вала I через ко-созубые зубчатые цилиндрические колеса 4, 5, 6 и 17, 18, 19. Вращение главного вала осуществляется от электродвигателя 1 через клиноременную передачу 3 включением муфты-тормоза 2 главного привода. При поступлении сжатого воздуха в рабочую полость муфты-тормоза происходит сцепйение вращающегося шкива со ступицей муфты-тормоза, в результате начинается врашение вала 1. При выпуске воздуха из рабочей полости про­исходит расцепление шкива со ступицей и под действием пру­жин сжатия — мгновенное торможение главного движения.

Суппорт 35 состоит из ножедержателя 1 (см. рис. 16.17,6), траверсы прижимной линейки 5 и механизма обжима. Суппорт опирается на ползуны серпообразными опорами 36 ножедержа­теля, которые в свою очередь опираются на рабочие поверхно­сти наклонных направляющих 37 (рис. 16.17,а), прикрепленных к бабке станка. Фактический задний угол α в процессе, луще­ния уменьшается (см. раздел 3.6). С помощью такого устрой­ства автоматически меняется угол а и создаются наилучшие условия резания. Кроме того, на ножедержателе устанавлива­ется лущильный нож и траверса прижимной линейки. Последняя смонтирована на эксцентриковом валу, который своими цапфами опирается на опоры скольжения, расположенные на боко­вых ребрах ножедержателя. На суппорте также имеются сле­дующие механизмы (рис. , б) дополнительного изменения угла резания 2; подъема прижимной линейки 6; регулирова­ния заднего угла резания 3; установки прижимной линейки 4, 7.

При наладке и настройке станка регулирование зазора между рабочей кромкой линейки 9 и лезвием ножа 10, опреде­ляющего степень обжима шпона, производится вручную враще­нием маховичка 13 (рис. 16.17,а). При этом через шестерни 11, 56, 55, 57 и червячную пару 53, 54 эксцентриковый вал по­ворачивается на угол, соответствующий горизонтальному пере­мещению траверсы прижимной линейки на необходимую вели­чину, контролируемую по лимбу. Степень обжима можно регу­лировать с пульта управления, с. помощью гидроцилнндра 34, который через реечную передачу 33, 52 и постоянно включенную под действием пружины муфту вращает червячный вал 53.

Механизм перемещения суппорта обеспечивает два движения подачи при лущении — обдирочное и рабочее — и два движения холостых ходов — подвода суппорта к чураку перед обдиркой и отвода в исходное положение по окончании лущения. Ускоренный ход суппорта осуществляется при отключенной муфте-тормозе главного привода от электродвигателя 46, смонтированного на левой бабке станка, через клиноременную передачу 45, 42, конические зубчатые передачи 31, 39, 30 и 32, вал III, ходовые винты 50, 51 и ползуны 24 и 48, сообщающие суппорту поступательное движение. Перед началом врезания ножа в чурак производится переключение суппорта с ускоренного подвода на обдирочную подачу . От левого шпинделя через цепную подачу 7, 47, 44 вращение передается на свободно установленную на валу звездочку 41 с кулачковой полумуфтой сцепления 40. При ее включении, с помощью пневмоцилиндра 28, тяги 38 н рычага 58 вращение передается через конические колеса 31, 39, 30 и 32 на ходовые винты 50 н 51, которые сообщают суп­порту поступательное движение обдирочной подачи.

После обдирки траверса прижимной линейки переводится в рабочее положение и включается рабочая подача. От правого шпинделя через звездочки 16, 23, 25 и 27 двухконтурной цепной передачи н сменные зубчатые колеса а, б, в, г вращение переда­ется на вал III, на который на шпонке посажены предохрани­тельная муфта 29 и полумуфта сцепления. При включении с помощью пневмоцнлиндра муфты 29 через пары конических ко­лес 31, 39, 30 и 32 вращение передается на ходовые винты, сообщающие суппорту движение рабочей подачи.' Скорость ра­бочей подачи, а следовательно, и толщина шпона регулируются с помощью, сменных шестерен о, б, в, г, обеспечивающих раз­личные передаточные отношения. Звездочки 26, 22, 49 и 43 слу­жат для натяжения цепей.

По мере уменьшения диаметра чурака его жесткость умень­шается. При достижении диаметра чурака 150 мм вводится в действие ограничитель прогиба 8 (см. 'рис. 16.17,б). Его тра­верса, подвешенная на двух рычагах К бабкам стайка, поворачи­вается вокруг оси IV (см. рис. 16.17,а) от двух гидроцнлиндров 10 через систему рычагов и тяг. Прижимные ролики 12 пере­дают усилие давления гидроцилиндров на чурак, предотвращая .его прогиб от воздействия сил резания. В это время убираются наружные шпиндели 8 и 15 и чурак продолжает вращаться, удерживаемый внутренними шпинделями меньшего диаметра.

При диаметре чурака 70 мм автоматически выключается рабочая подача, суппорт отводится в исходное положение, а также отводятся дополнительный прижим и внутренние шпиндели, остаток чурака (карандаш) падает вниз.

Более эффективны станки, в кото­рых подача осуществляется гидроцилнндром 7 (рис. 66,6,б). При применении такого привода упрощается кинематическая схема станка, можно регулировать толщину шпона в процессе лущенир без остановки станка, а следовательно, и обеспечить экономию сырья, увеличить скорость подвода ножевого суппорта вплотную к чураку без опасности столкновения. В то же время усложняется гидравлическая схема станка, которая должна обеспечить ста­бильность скорости рабочего хода в меняющихся температурных условиях про­изводства и повышаются требования к качеству изготовления и техническому обслуживанию станка.

Нужно добавить что лущильный станок с гидравлической подачей имеет скорость отвода ножевого суппорта 70-160 мм/с, гидравлическое закрепление лущильного ножа, вращающуюся прижимную линейку, амортизирующую систему длинных прижимных роликов, автоматический переход от цилиндровки к лущению с помощью лазерного сканера в который заложен в качестве критерия оптимальная ширина кускового шпона.

Техническая характеристика лущильных станков моделей

Технические данные

Россия, «Пролетарская свобода»

Финляндия,«Рауте Вуд»

Италия

«Кремона»

«OLM»

ЛУ17-10

3VККТ

33VМ

VVМ* 8800 х 1700

WVH/VS* 800

VVЕ 600х 1400

VVЕ 600х 1700

VVЕ 800 х 2700

SSFH 800-1400

SSFН 800-1650

SSFН 800-2700

SSFА 11000 х 1360

SSFА 11000 х 2000

SSFА 11000 х 2700

1. Длина ножа, мм

2 . Длина чурака, мм:

-наибольшая:

- наименьшая .

-

-

-

3. Диметр чурака, мм:

- наибольший:

- наименьший .

-

-_

-_

4. Диаметр кулачков.мм

110/65

110/65

1100/65

1125/

1125/ 75

1170/ 105/ 60

1170/ 105/ 60

1180/ 1125/ 75

1115/ 102/ 65

1140/ 110/ 70

1180/ 140/ 82

1140/82

1140/82

1140/82

двойные

тройные

двойные

5. Толщина шпона, мм

0,3-4,0

0,5-4.0

11,0-3,8

11,0- 44,5

11,0-4,5

11,0-4,5

11.0- 44,5

.1.0-4.5

00,6-6,0

00,6-6,0

00,6-6,0

00,3-6,0

00,3-6,0

00,3-6,0

6 Число оборотов шпинделей, мин.ˉ¹

113, 151,

150,200, 300

ддо 450

ддо 550

ддо 550

ддо 550

ддо

ддо

ддо 350

ддо 350

д   до 350

ддо 500

ддо 500

ддо 500

7. Общая мощность, кВт

46,4

-

-

-

8. Габариты, мм

-длина

-

-

-

-ширина;

-

-

_

-высота

-

-

-

9. Масса, кг

- •-

-

_-

-

-

-

-

-

Примечание: 1. Модели VМ 800 и VН/VS 800 выпускаются для чураков длиной 1330 мм и 2600 мм. 2. Обозначения:• VМ - механическая подача суппорта; • VЕ - электрический серводвигатель подачи; • VS - гидравлическая подача суппорта; • VН - гидроподача суппорта, вращающаяся прижимная линейка.

В бесшпиндельных лущильных станках ( рис 66,6, в)чурак вращается между тремя вальцами, длина которых равна длине чурака. Вращение чураков осуществляется за счет приводных рифленых роликов, расположенных под углом 120⁰ друг к другу. Верхний валец служит прижимной линейкой, а нижние перемещаются прямолинейно по мере уменьшения текущего диаметра чурака. Каждый валец оснащен индивидуальным гидроприводом. В процессе лущения ножевой суппорт немного поворачивается относительно чурака, что обеспечивает опти­мальные параметры лущения от исходного диаметра до диаметра ка­рандаша 50 мм. Положение валов, толщина шпона я угол резания регулируется микро-ЭВМ.

Показатель	SL 400 х 1700	SL 400 х 2800
Максимальный диаметр чурака, мм Длина ножа, мм Толщина шпона, мм Максимальная скорость дущения, м/мин Время смены чурака, с Установленная мощность, кВт Диаметр карандаша, мм Масса, кг Производительность, шт/мин	1,0-4,5 1-2 22 500 8 - 16	1,5-4,5 1-2 27 000 8 - 16

Применение станка рационально для чураков с внутренней гнилью, что особенно характерно для осины, и для долущиванния карандашей с диаметра 70 -100 мм до диаметра 50 мм. Недостаток конструкции - высокие требования к форме чураков. Поэтому для чураков неправильной формы требуется проводить их предварительную оцилиндровку. Технические параметры бесшпиндельных лущильных станков:

 

Производительность лущильного станка, м³/ч,

 

(66.2)

где К_р – коэффициент рабочего времени ( 0,94 – 0,95);

V_c – объём чурака, м³;

Р_д.ш. – выход делового шпона, %;

t_ц – время цикла лущения одного чурака, с.

Ножницы для рубки шпона.Ленту шпона, выходящую из лущильного станка, рубят на листы определенной длины. Для этой операции применяются станки, называемые ножницами. На современных предприятиях применяются автоматические ножницы, снабженные уклад­чиком для укладки листов шпона в стопу. По принципу действия узла резания ножницы классифицируются на гильотинные и ро­торные.

На рис. 66.8 приведена схема гильотинных автоматиче­ских ножниц с укладчиком НФ18. Лента шпона 20 подается в станок между подающими роликами верхними 2 и¹ нижними. Верхние ролики, сидящие на одном валу, имеют пневмоприжим 1.

Вращающийся в шарикоподшипниковых опорах поворотный вал 9 несет четыре эксцентрично установленных приводных ро­лика. Два боковых 3 и два средних 4 ролика установлены так, что могут попеременно выступать над рабочей плоскостью стола или утапливаться. Вал роликов приводится в движение от пневмоцнлиндра через систему рычагов. Такая, конструкция обеспечивает попеременный контакт одной из двух пар привод­ных роликов с прижимными роликами 2. Привод роликов осу­ществляется от электродвигателя 10 через зубчатую 8 и цеп­ные 7.и 5 передачи. Ролики 3 вращаются с большей частотой, чем ролики 4, следовательно, скорость движения ленты шпона в первом случае будет больше во столько раз, во сколько число зубьев звездочек 6 меньше чем звездочки 22.

В средней части станка смонтирована ножевая траверса с режущим ножом 30, приводимым в возвратно-поступательное движение пневмоцилиндром через систему рычагов. На раме со стороны выхода шпона из-под режущего ножа смонтирован ленточный конвейер 13, приводимый через цепные передачи 11 и 12. Часть конвейера 29, прилегающая к ножу, поднимается с помощью пневмоцилиндра 26 и системы рычагов. Отрублен­ный первый кусок ленты шпона надает вниз и удаляется с по­мощью механизма отбора, а направляющее устройство конвёйеру занимает горизонтальное положение. Прижимные ролики 28 ножниц опускаются на шпон, а лента подается на режущий нож, направляющее приспособление и далее на приводные ремни конвейера. При движении по конвейеру передний участок ленты шпона пересекается с лучом первого фотореле 27, в результате чего подается команда на переключение движения подающих роликов.

Дальнейшее движение ленты шпона происходит на малой скорости до пересечения лентой с лучом второго фотореле 31, в результате чего подается команда на отрез форматного листа и переключение на большую (первоначальную) скорость.

Отрезанный лист шпона с конвейера поступает на направ­ляющие пластины и далее в ремни листоукладчика, которые продвигают его в зону укладки со скоростью большей, чем ско­рость конвейера 13. При этом кромка листа действует на дат­чик, который дает команду на сброс листа. По бокам листоукладчика на двух поворачивающихся валах смонтированы три пары дугообразных рычагов, верхние концы которых 23 выпол­няют роль толкателя для ускорения падения листа, а нижние концы, соединенные угольником, несут ряд мелких капроновых роликов 25. Лист заходит между ними и прижимными роли­ками 24, По сигналу датчика срабатывает пневмоцилиндр 21, который поворачивает через систему рычагов 18 вал с рыча­гами. Рычаги опускаются и лист, доставляемый толкателями, укладывается в стопу 17 на стол укладчика. В конце поворота рычаги упираются ,в цилиндр 19, снижающий их скорость. По сигналу конечного выключателя с щупом срабатывает ме­ханизм автоматического опускания стола. При накоплении пол­ной стопы 17 подача шпона приостанавливается и цепной кон­вейер 14 вывозит стопу из-под укладчика. Привод конвейера — от мотор-редуктора 16 через зубчатую передачу 15.

В роторных ножницах ( рис 66.9,б) нож 1 распологается горизонтально между двумя одинаковыми контрвалами 2 и 3, облицованными специальной эластичной оболочкой, толщиной около 20 мм. По команде нож поворачивается причём в его вертикальном положении перерубает ленту шпона 4. Периодичность заточки ножей от 2 до 3 недель в зависимости от скорости рубки и породы древесины ( ресурс ножа примерно 4 месяца). При нормальной работе контр валы меняются через год.

Приводом вращающегося ножа управляет микропроцессор 5, который связан со сканирующим устройством 6, состоящим из балки со сканером 8 и считывающего и оптимизирующего запустройства 6 ( рис 66.9, а). Сканер информирует о моменте, когда начинает идти лента шпона без дефектов, а считывающее устройство даёт команду на рубку. Согласованный со скоростью шпона и контрвала поворот ножа производится гидравлическим серводвигателем 9. Полностью автоматизированные роторные ножницы производят рубку со скоростью подачи шпона 150 м/мин с точностью ± 2,5 мм. Минимальная ширина отрубаемой полосы 70 мм получается при скорости 70 м/мин. Подача осуществляется конвейром с клиновидными ремнями. Высокая скорость подачи, быстродействие ( нож режет быстрее, чем успевает расколоться шпон), и высокая надёжность механизма рубки обеспечивает равномерный поток шпона на этом участке. Система сканирования управляет также сбрасыванием икускового шпона и отходов после их отделения от форматного шпона, который направляется на автоматическую укладку.

Отрезанный лист шпона поступает на промежуточный конвейер 5 состоящий из двух конвейеров с четырьмя ветвями клиновых ремней. Привод от мотор-редуктора и двухконтурной цепной передачи обеспечивает скорость движения листов шпона 2,6 м/с. Между конвейерами расположено устройство сброса неделовых кусков шпона. Оно представляет собой си­стему неприводных роликов смонтированных на поворотных рычагах. При подходе неделового шпона по команде сканирующего устройства срабатывает пневмоцилиндр, рычаги поднимаются и лист шпона падает.

Два клиновых ремня подают лист шпона к механизму укладки, конструкция которого аналогична той, которая использована в выше рассмотренном станке с гильотинным ножом.

Основные достоинства роторных ножниц: процесс рубки шпона непрерывный без остановки ленты шпона; отмеривание листов шпона осуществляется автоматически; достигается высо­кие точность и производительность. Недостаток: - невозможность прирубки шпона с минимальным отходом.

Технические характеристики гильотинных автоматических

ножниц для рубки сырого шпона.

 

	Россия	Финляндия
НФ18	НФ13-3	APL
Размеры листов шпона, мм: толщина длина ширина Скорость подачи ленты пона, м/с Установленнаямощность,кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса, т	1,15 … 1,9 1,2   2.8   2,35	0,4 … 3,2 0,38 –   8.6   5,85	0,4… 4,0 - 1200 - 2750 0,8 – 1,5   16.7 ­ - - - 2,00 – 3,95

 

Производительность ножниц рубки сырого шпона, м³/смена:

(66.3)

где Т_см — длительность смены, мин; р — продолжительность рубки ленты шпона на листы (принимается 60 ... 80% продол­жительности всего цикла обработки шпона из одного чурака); l, b, s, — соответственно длина, ширина и толщина листа сырого шпона, м; τ — длительность прохождения одного форматного листа шпона через ножницы и отрезки его от ленты, с (принимается 1.5...3 с); К_р — коэффициент использования рабочего времени смены (принимается равным, К_р — при работе лущильного
станка).

Для успешной работы ножниц большое значение имеет правильная и точная укладка в стопу отрубленных листов. Существуют различные способы укладки. Наиболее распространены устройства с откидными направляющими, рассмотренные выше, и вакуумные укладчики (рис. 66.10)

Лента шпона 9 подается конвейером 11 под нож 10. Затем разрубленные листы конвейером 12 транспортируются в вакуумукладчик. Последний представляет собой металлический короб 7, в котором смонтирован ременной привод конвейера 8. Ва­куумметрическое давление, создаваемое вентилятором 4 и регулируемое дроссельными заслонками 5, прижимает поступающий лист 9 к ремням, вместе с которыми он перемещается вперед. В конце хода лист шпона нажимает на рычаг 1 конечного вы­ключателя, дающего команду на срабатывание пневмоцилиндров. Цилиндр 3 поворачивает дроссельную заслонку 6, отклю­чая вакуум. Лист начинает падать. В этот момент цилиндр 2 приводит в действие рычаг 14, который быстро опускается и укладывает лист в стопу. Когда стопа наполняется, ее выка­тывают из укладчика по роликовому конвейеру 13.

Глава 67. Оборудование для сушки и сортирования шпона.

Комплект оборудования для сушки и сортирования лущеного шпона (рис.67.1) состоит из роликовой сушилки, топочного отделения и участка сортирования шпона.

Стопа сырого шпона поступает, на подъемный стол 1 с помощью загрузочного механизма с манипулятором 2 подается в сушильную камеру 3. Сушильная камера имеет несколько этажей, каждый из которых образован рядами парных приводных роликов, вращающихся в противоположных направлениях. Между ними подаются листы шпона. Нижние ролики имеют на одном конце звёздочку и приводятся от электродвигателя, вариатора и цепь с пневматическим натяжением. Вращение на верхние ролики передаётся через шестерни, закреплённые на противоположных концах верхнего и нижнего ролика. Диаметр ролика 104 мм, они изготовлены из цельногнутых труб. Подвод тепла к листу шпона осуществляется конвекторным способом от транспортирующих роликов.

Обычно применяется непрямой обдув сушилок, при котором теплогенератором служит пар, вода или термомасло. Система нагрева и циркуляции воздуха включает в себя калориферы, распологаемые в междуэтажном пространстве, воздуховоды и вентиляторы. Более эффективны сушилки с сопловым дутьём, но они имеют меньше этажей ( 4 вместо 5). Возможен также прямой обогрев сушилки, например газовыми горелками. Такие сушилки проще конструктивно, в них отсутствуют калориферы и есть возможность увеличения числа этажей до 8.

Техническая характеристика сушильных агрегатов.

 

Параметры	Россия, завод «Пролетарская свобода»	Финляндия, «Рауте Вуд»	Германия, «Бабкок»	.
	СПК-4 _(СУР-4)	СПК-9 (СУР-9)	СПС(СРГ-25М)	СРСГ(СРГ-35)	VТ5К 14 + 2x4*4800	РДIV 460/16
1 . Число этажей, шт.
2. Число секций, шт.			-
3. Рабочая длина камер, м:					:
- сушки;	12,96	19,44	14,2	12,96	28,0	16,0
- охлаждения	1,62	1,62	2,16	1,62	4,0	2,0
4. Габаритные размеры, м:
- длина;	19,86	24,9	26.0	24,0	35,2	33,725
- ширина;	5,6	5,6	6,12	8,6	6,725	6,2
- высота;	3,5	3,5	4,25	4,3	4,35	4,58
5. Диаметр роликов, мм					101,6
6. Расстояние между осями роликов по длине сушилки, мм						-
7. Давление пара, МПа	0,6-0,7	0,6-0,7	-	-	-	0,6-0,7
8. Расход пара на 1 м3 шпона, кг			-	-	-	-
		-
10. Температура вочдуха в кошдах сушилки, 0С:
- сыром;
- сухом;
1 1 . Часовая производительность при сушке березового шпона толщ. 1,5 мм с начальной, влажностью 70-90% до влажности 6-10%	1,7		4,2	6,0		4,6
12. Общая мощность всех электро­двигателей, кВт	49,5					-
13. Масса сушильного агрегата, кг						-

Производительность сушильного агрегата, мг³/ч.

П_час=60 К_р l_р S_шn(L/t)K_ШK_д(L/(L-1)) (67.1)

где К_р=0,87 - 0,9; l_Р - длина ролика, м; S_ш - толщина шпона, м; n - чис­ло этажей роликовой сушилки; L - рабочая длина сушилки, м; l - длина секций охлаждения, м; t- время сушки шпона, мин; К_ш - коэффициент заполнения ширины сушилки, К_ш=0,7-0,8; K_д - коэффициент заполнения длины сушилки, K_д= 0,9-0,98.

Сушка шпона в ленте. Преимущество этого способа в том, что сни­жаются потери шпона при его рубке в транспортировке в сухом виде на 3-5%, а трудозатраты сокращаются в 2-2,5 раза. Приме­няют двух- и четырехэтажные сетчатые (ленточные) сушилки. Шпон транспортируется с помощью металлической сетки и передается с этажа на этаж. На нижнем этаже имеются камеры охлаждения, а на выходе из сушилки - ножницы для рубки шпона. Ме­таллические сетки опираются на ролики, между сетками расположены сопловые короба. Скорость движения ленты до 45 м/мин.

Недостатками сетчатых сушилок являются значительное коробление шпона, так как отсутствует проглаживание шпона роликами, появление разрывов шпона при незначительной неравномерности скоростей по длине сушилки, так как шпон движется здесь в направлении поперек волокон. Кроме того, газовая сушилка может работать только на при­родном газе, ибо все остальные виды топлива загрязняют шпон.

После разгрузочного механизма 4 лист шпона поступает на приемный конвейер, скорость которого (1,0... 2,5 м/с) выше скорости разгрузочного устройства (0,6...1,2 м/с). Для удаления некондиции и листов, идущих без разрыва, предусмотрено подъемное устройство с верхним и нижним ремнями (типпель), срабатывающее от пневмоцилиндра. Листы шпона передвигаются по конвейеру к участку сортирования, основной частью которого является вакуумный распределитель, состоящий из восьми унифицированных секций 5. Вакуумная секция выполнена в виде усеченного конуса, закрепленного на жестком каркасе, в верхней части которого установлен осевой вентилятор и воздушные заслонки. Транспортирование листов шпона осуществляется клиноременными конвейерами.

Лист шпона с конвейера под действием создаваемого вентилятором вакуума прижимается к клиновым ремням конвейера и перемещается вдоль участка сортирования. При подходе к нужной секции по команде оператора заслонки перекрывают трубопроводы вентилятора, отключая вакуум. Одновременно срабатывает пневмоцилиндр, приводя в действие механизм укладки, представляющий собой рычажную систему с плоско-параллельным движением. Лист шпона укладывается на подстопное место 6. По мере наполнения стол опускается с помощью пневмоцилиндра, а после набора стопы она вывозится с помощью тележки.

Глава 68. Оборудование для обработки сухого кускового шпона.

Шпонопочиночные станки предназначены для удаления дефектных мест в листах шпона и заделки отверстий вставками из доброка­чественного шпона.

Станок ПШ-2А (рис. 68.1,а) имеет два кулачковых вала IIи III, приводимых от одного электродвигателя. Верхний вал установлен в хоботе станины, нижний - под столом 35 с укрепленной на нем матрицей. При включении станка вращение от электродвигателя 4 через клиноременную передачу 5, 3 передается на вал I, при этом электромагнит 9 (ЭДО510 ЗУЗ) поднимает фиксатор 10 педали 17. При нажатии педали ролик 8 тягой 11 сбрасывается с ку­лачка на шестерне 7 и пружиной 12 включается фрикционная муфта, связанная шестернями 6, 2, 1, 7 с валами II и III. На этих валах установлены кулачки 13, 14, 30, 31, 32, которые че­рез рычажную систему приводят в возвратно-поступательное движение верхний ползун 29 с просечкой 33 и прижимным коль­цом 34 и нижний ползун 15 с установщиком.

Вертикальное движение толкателя 28 осуществляется через рычажную систему от кулачка 30. Вращение кулачкового вала подачи ленты шпона осуществляется через звездочки цепных передач 24, 25, 26 и 27.Поворот валов II и III вручную при настройке станка произ­водится от маховичка 22 через червячную передачу 19 и 20. На валу IV крепится кулачок 18, который при повороте вала нажимает на ролик пневмопереключателя 16 и сжатый воздух подается к месту удаления вырубленного дефекта. На том же валу установлен кулачок 23, который приводит в действие под­пружиненный клапан узла подачи клея 21. После схода кулач­ков 18 и 23 с роликов подача сжатого воздуха и клея прекра­щается.

Работа станка происходит следующим образом. Лист шпона укладывается на стол 35 станка и дефектным местом, ориенти­руясь на подсветку, устанавливается под просечку. При пово­роте валов начинает опускаться верхний ползун с просечкой 2, прижимным кольцом 1 и толкателем 3 (положение I на рис. 16.21,б). Дефектный участок в листе шпона 4 плотно при­жимается кольцом 1 к матрице 6, укрепленной в столе 5, и при дальнейшем поворачивании валов просечка врезается, в шпон (положение II) и вырубает дефектное место 9, которое толкателем 3, двигающимся за просечкой, выталкивается из матрицы 6 и струей воздуха удаляется из станка. При дальнейшем вра­щении валов начинается подъем просечки (положение III), тол­кателя и нижнего ползуна с установщиком 8 вставок. В это время кассета с заложенной в ней лентой шпона 7 подается вправо и установщик, прижимая ленту к режущей кромке мат­рицы, вырубает вставку. Вставка 10 под давлением рабочей по­верхности установщика продвигается в глубь матрицы вверх до уровня стола и устанавливается в отверстие, вырубленное просечкой в листе шпона. При этом на кромки вставки перено­сится клей, находящийся в канавке матрицы. Объем подаваемого клея регулируется. После установки вставки нижний и верхний ползуны возвращаются в исходное положение, что соответствует повороту валов на 360°.

Техническая характеристика шпонопочиночных станков

Показатели	Россия	Финляндия
ПШ	ПШ-2	VPR-85	VPR-165	Плайтек, (ПШ-2А*)
1. Число ударов в минуту
2. Толщина шпона, мм	До 4	0,8-3,8	До 4	До 6	0,8-3,8
3. Наибольший размер просечек, мм	80 × 40	80 × 40		110 × 80	80 × 40
4. Ширина полосы шпона для вставок, мм	28 - 49	28 - 49	-	-	28 - 49
5. Вылет хобота, мм
6. Мощность электродвигателя, кВт	1,7	0,81	1,5	2,2	3,0
7. Габаритные размеры станка, мм
- длина
- ширина
-высота
8. Масса, кг

Оборудование для обработки кромок шпона. Большое количество лущенного шпона (15…20% объема) после сушки выходит в виде кусков размерами меньше стандартных .Для возможного их сращивания в полноформатные листы куски обрабатывают по кромкам на кромкофуговальных станках и гильотинных ножницах.

В кромкофуговальных станках пачку шпона укладывают на стол, выравнивают по линейке и зажимают прижимной балкой. Суппорт с двумя ножевыми головками или пилой и одной ножевой головкой станки КФ-7, КФ-9М по направляющим перемещается вдоль кромок шпона и обрабатывает их. Первой головкой призводится предварительное фугование, второй — окончательная обработка. На суппорте может быть установлен клеенаносящий валец, который намазывает клеем обработанные кромки.

На гильотинных ножницах обрезка шпона производится прямолинейным ножом, закрепленным в перемещающейся вертикально траверсе. По сравнению с кромкофуговальными станками ножницы имеют ряд преимуществ: обработанные куски шпона имеют строго параллельные кромки, улучшаются условия и повышается производительность труда на этом участке.

В станке НГ-30 ( рис.68.2) пакет шпона укладывается на стол. Отрезаемую кромку располагают относительно линии реза, совпадающей со световой ориентирующей полоской. Затем подается команда на опускание прижимной траверсы 31, при­вод которой осуществляется от гидроцилиндра 2 через систему рычагов 23. Концы траверсы связаны тягой для равномерного прижима пакета и предотвращения перекоса. После достижения необходимого давления прижима срабатывает ножевая тра­верса 1, подвешенная на системе рычагов 22 таким образом, что нож в верхнем положении находится под углом 45⁰ к пло­скости стола, а по мере резания выравнивается. Последние мо­дели станков этого типа имеют два синхронно работающих ножа: первый производит черновой рез, второй — окончательную обработку.

Привод ножевой траверсы — от электродвигателя 9 через ре­менную передачу 10, фрикционную многодисковую муфту 11, три пары зубчатых колес 12, 16, 17, 18, 19, 20, кривошип 21 и шатун. Для удержания траверсы в крайнем верхнем положении входной вал редуктора тормозится с фрикционной муфтой 13. Управление муфтами (включение одной и выключение другой) осуществляется штоком 14 гидроцилиндра 15. После каждого двойного хода ножевая траверса автоматически останавлива­ется в верхнем положении, после чего поднимается прижимная траверса. Пакет шпона на столе перемещается под нож на тре­буемую величину кареткой 29 с упорами 30. Привод каретки — от электродвигателя 24. через ременную 25, червячную 26 и цепные 27 передачи. Ширина обрезаемого пакета контролируется с помощью механизма отсчета 3. Ручное перемещение каретки — с помощью маховичка 4.

Упоры 30 при пропуске обрезанного пакета шпона на проход или развороте пакета больших размеров могут опускаться с помощью гидроцилиндра 28. Питание гидросистемы станка осуществляется насосами 5 и 8, приводимыми через клиноременную передачу 6 и 7 от электродвигателя 9. В ряде гильотинных ножниц смонтирован дополнительный суппорт с клеенаносящим вальцом. После окончания реза он перемещается вдоль пакета шпона, нанося клей на обработанные кромки.

 

Технические характеристики оборудования кромок шпона.

	КФ-7	КФ-9М	НГ-18-1	НГ28	НГ3О
Размеры обрабатываемой пачки шпона, мм: длина ( наибольшая) высота при резании ширина Скорость подачи, м/мин Частота вращения режущего инструмента, мин-1 Мощность электродвигателей, кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг	90/- -   5,34         11,5	50 … 120/- 100 – 800           24,5	80/30 75 – 1000   цикл 3,6 с.   8,1	90/30 75 - 1000   цикл 4 с.   5,7	90/30 75 – 2000   цикл 4 с.   5,33
Примечание. В числителе – вдоль волокон, в знаменателе – поперёк волокон

Ребросклеивающее оборудование предназначено для склеивания кусков шпона по их кромкам (ребрам) в полноформатные листы. В ленточных ребросклеивающнх станках РС-6, РС-7, РС-9 (рис.68.3, а) куски шпона соединяются гуммированной лентой 3 шириной 20 ... 25 мм, одна сторона кото­рой покрыта мездровым клеем. Лента из рулона 4 проходит через ванночку с водой 5, а затем пропускается через электро­нагреваемый ролик 2, под который одновременно поступают подаваемые рифлеными роликами 6 плотно прижатые кром­ками друг к другу два куска шпона 1. В результате нагрева бумага склеивается со шпоном и подсушивается.

Более совершенны безленточные ребросклеиваюшие станки РС-5, РС-8 и РСП-2. Клей на них наносится на кромки шпона при их обработке на гильотинных ножницах или в кромкофуговальных станках, а затем куски склеивают, пропуская под обогреваемым прижимом. Различают станки с продольной и поперечной подачей.

Безленточный ребросклеивающий станок с продольной подачей (рис. 68.3,б) имеет стол, в котором смонтирован пластин­чатый конвейер 3 и два нижних подогревателя. Над столом рас­полагается регулируемая по высоте траверса с верхними подо­гревателями 2 и стягивающие конусные ролики 4. Куски шпона 1 подаются в станок вручную и захватываются роликами 4. При их движении происходит смачивание кромок, прогревание клеевой прослойки и плотное прижатие.

В безленточном ребросклеивающем станке с поперечной подачей (рис. 68.3,в) после склеивания кусков образуется непрерывная лента, которую можно разрезать на листы необходимых размеров. В отличие от станков с продольной подачей здесь контакт кромок шпона обеспечивается за счет разности скоро­стей подающих роликов 1 и конвейера 4 в зоне нагрева пли­тами 2 и 3.

Наиболее прогрессивны и экономичны станки для склеивании я нитью с термопластичным клеем (рис. 68.3 ,г). Нить из стекловолокна, покрытая термопластичным клеем, с катушки 3 . подается в электронагреваемый укладчик 2, совершающий колебательное движение по дуге окружности. Расплавленная в укладчике нить укладывается волнообразно на оба соединяемых листа шпона и прижимается к ним роликами 1. Куски шпона подаются вращающимися дисками 5, а затем ускоренно выбрасываются роликами 6.

Для склеивания усованного шпона применяются узколенточные прессы (рис. 68.3,д). Склеиваемые куски 1 укладываются на подающую каретку и подаются под нагревом плиты 3 и 4. Давление создается цилиндрами 2.

Технические характеристики ребросклеивающих станков

Размеры склеивания полос, мм: ширина толщина Скорость подачи, м/мин Установленная мощность электродвигателей, кВт

от 80 0,5 … 5 3 … 40   0,6 … 4,5

 

Разработаны линии ребросклеивания, которые повышают эффективность набора пакетов за счёт высокой степени автоматизации процесса. Листы сухого кускового шпона с наклонного подъёмника 1 (рис. 68.4, а), по одной подаётся в ребросклеивающий станок 2. Полотно шпона просматривается сканером. Сканирование дефектов основано на пропускании света через шпон. Отверстия выявляются фоторезисторами 3 разрешающей способностью 7 мм вдоль волокон и 1,7 мм в направлении подачи, что обеспечивает весомую точность поиска дефектов. Вырубка дефектов производится гидравлическими ножницами. В момент входа листа шпона (рис. 68.4, б) стол 5 нож 7 и подающий конвейер 6 опущены (положение I). По сигналу сканера компьютер вводит команду подача прекращается и подающее устройство вместе с ножом поднимается вверх. Происходит прирубка переднего конца шпона (положение II). В верхнем положении, когда стол и контрнож 8 находится на одном уровне, включается подача и лист шпона заходит в промежуток между верхним ножом 9 и контрножом 8 (положение III). После того как лист шпона продвинулся на заданный размер по команде от компьютера происходит остановка подачи, подающее устройство опускается и верхний нож прирубает задний конец листа шпона. Обрезки падают на конвейер отходов (рис. 68.4, а). Затем на соединяемые куски наносится точечным методом клей и наклеивание пропитанной клеем нити. Точечное склеивание обеспечивает прочность шпона в направлении волокон, а клеевые нити - в поперечном направлении. После нанесения клея куски шпона плотно сжимаются в месте сшивки до тех пор пока не произойдёт отвердение клея. Склеенные листы укладываются на гидравлический автоукладчик 3.

Управление основными операциями ребросклейки осуществляется компьютером. Все установочные значения вводятся на клавиатуре. Система управления производит оптимальное сканирование по критерию максимального выхода. Имеется программа самодиагностики.

 

 

Технические характеристики линий ребросклеивания

 

	Россия	Финляндия “Raute”	Германия
	РСП-2	С 1800	С 2700	“КУПЕР” ДМР/1800
Длина ножа ножниц, мм	-
Толщина шпона, мм	1,15 – 3	1,5 – 4,2	1,2 – 4,2	1,5 – 6
Минимальная ширина шпона, мм
Длина шпона, мм	-	1300/1600	1300 – 2600	1300/1600
Скорость линии, м/мин	3 – 15			1,5 – 10
Число нитей, шт		4/5	4 – 8	4 – 4
Количество точек клея, шт	-	4/5×6	4 – 8×6	-
Количество точек сканирования	-			-
Минимальный размер дефекта	-			-
Ширина ребросклееного листа	-	1000 – 4000	1000 – 4000	-
Установленная мощность, кВт	43,9			1,25

 

Производительность ребросклеивающей линии.

 

С продольной подачей (68. )

 

С поперечной подачей (68. )

где Т_см – длительность смены, мин;

V_s – скорость подачи шпона, м/мин;

K_p=0,96 – 0,98 – коэффициент проклеивания шпона;

Коэффициент прослаевания шпона: К_с1 – 0,96, К_с2 – 0,85;

l_k – длина кусков шпона, м;

n – число клеевых швов в форматном листе шпона;

b – ширина листа сухого форматного шпона.

Глава 69. Оборудование для сборки и склеивания пакетов фанеры.

На современных предприятиях пакеты фанеры собираются на механизированных линиях, оснащенных устройствами для выполнения всех операций до пресса с минимальным применением ручного труда. В линии ЛСП-4 (рис. 69.1) на подъемные столы 5 подаются стопы шпона на жестких поддонах. На пер­вый от механизма сборки 4 подъемный стол устанавливается стопа 8 с обращенными вверх (верхние наружные слои пакета), на второй стол - стопа 7 с обращенными вниз лицевыми сто­ронами шпона (нижние наружные слои пакета). На подъемный стол 1 перед клеенамазывающими и вальцами 2 устанавливается стопа, на листы шпона которой будет наноситься клей (внут­ренний слой).

В первом, начальном цикле, вакуум-податчик из стопы 7 нижнего наружного слоя выдает листы шпона на конвейер подачи 9, который транспортирует их в механизм сборки 4. Вы­ровненный относительно продольной оси лист шпона захваты­вается боковыми зажимами каретки и подается в зону укладки, где освобожденный от зажимов он укладывается на ролики на­копителя 10 стопы пакетов. Одновременно с подачей нижнего наружного слоя механизм подачи подъемного стола 1 выдает лист шпона внутреннего слоя. Шпон проходит через механизм калибрования, где удаляется с двух сторон припуск по ширине листа и поступает в клеенаносящие вальцы 2. После нанесения клея шпон транспортируется по дисковому конвейеру 3 до упо­ров, расположенных перед зоной укладки. Каретка вакуум-податчика, доставившая к зоне укладки наружные листы шпона, обратным ходом захватывает внутренний лист шпона и укла­дывает на нижний слой пакета.

Во втором цикле вакуум-податчики верхнего 8 и нижнего 7 наружных слоев одновременно выдают по одному листу шпона на конвейере подачи. Таким образом, первый пакет сформирован за два цикла, а все последующие пакеты в набираемой стопе формируются одним повторяющимся циклом. Набранная стопа пакетов вывозится конвейером 3. При наборе пятислойного па­кета фанеры используются подстопные места 6.

Техническая характеристика линии Л СП -4

Размеры листов шпона (сырья), мм: ' -

длина ........................................................... 1600±5

ширина ............................................... 1650±10

толщина ......................................................... 1,15 ... 2,25

Расчетная производительность при набо­ре трехслойных пакетов для фанеры толщиной 4 мм, м³/ч,

не менее ……………………… 3

Цикл сборки трехслойного

пакета, с …………………………….. 8,4

Слойность пакета шпона ………………... 3; 5

Число обслуживающих ........................................ 2

Габаритные размеры, мм:

длина ..................................................................... 2 100

ширина............................................................ 5500

высота.................................................................. 3 500

Масса, Кг, не более ........................................ 16000

Существует различное оборудование для нанесе­ния клея: клеенамазывающие вальцы, клееналивные и клеераслылительные машины, экструзионное оборудование и т. д. Наиболее распространены для двустороннего намазывания клеенамазывающие вальцы. Клей наносится двумя горизон­тальными, расположенными один над другим, вращающимися в противоположные стороны чугунными барабанами. Рядом с ним и расположены дозирующие валики. Клеевой раствор насосом подается по трубопроводам в пространство между до­зирующими валиками и барабанами. Вращаясь, барабаны забирают клей и переносят его на движущийся между ними, лист шпона.

Склеивание шпона производится двумя основными способами:
1) сухим, горячим, при котором шпон высушивают и склеивают под давлением 1,5 ... 5 МПа, нагревая пакет до определеннойтемпературы;

2) сухим, холодным, при котором высушенный шпон склеивают под давлением до 1,5 МПа без нагрева па­кета.

Для каждого из этих способов применяются гидравлические прессы.

Наиболее широко применяются многоэтажные прессы пе­риодического действия с жесткими нагревательными плитами. Наибольшее распространение в промышленности получил пресс П714Б. Однако для работы в составе полуавтоматических ли­ний рекомендуется пресс Д4038 или реконструированный пресс П714Б (с увеличением числа этажей до 10 или 25).

На рис. 69.2 приведена гидравлическая схема колонного пресса П714-Б для горячего склеивания. В массивном основании 38 установлены колонны 41, связыва­ющие основание с верхней неподвижной траверсой-архитравом 43. На основании также расположены вертикальные плунжер­ный рабочий цилиндр 36 и вспомогательные цилиндры 37. На плунжеры опирается подвижная траверса 39 и стол, который служит для передачи давления от плунжера к плитам 42. К подвижной траверсе и архитраву через теплоизолирующие прокладки прикреплено по одной нагревательной плите, между;
которыми установлены остальные.

Нагрев плит осуществляется в основном паром, перегретой водой и электричеством. Наиболее распространен нагрев паром под давлением 0,4...1,3 МПа. Пар подают по трубопроводу;
к парораспределительному коллектору 40, а оттуда через шарнирные паропроводы в плиты. Пар, отдавая свою теплоту, нагревает плиты пресса и затем, конденсируясь (превращаясь в воду), удаляется через пароотводящий коллектор 2 и конденсационный горшок 35. Для охлаждения плит пресса к распределительному коллектору подводят холодную воду через паропроводящие и пароотводящие трубки при закрытых паровых вентилях. Некоторые прессы имеют подъемный стол для загрузки и выгрузки фанеры, который поднимают и опускают 1 с помощью вспомогательного цилиндра 3.

При индивидуальном насосном приводе после загрузки пакетов в пресс с пульта управления включают электродвигатели 16 и 13 гидравлических насосов 14 и 12 высокого давления. Рабочая жидкость из бака 17 через вентиль 15 по трубопроводу 11 достигает распределителя 6 и трубопроводу 18 посту­пает во вспомогательные цилиндры 37. Под действием жидкости плунжеры вспомогательных цилиндров поднимают стол пресса. Происходит быстрое смыкание плит, в это же время, жидкость через трубопровод 28 и клапан наполнения 34 поступает в рабочий цилиндр 36.

После смыкания плит пресса 42 и создания в гидравлической системе давления 17 ... 18 МПа реле давления 19 включает электромагнит распределителя 6 и жидкость начинает поступать в рабочий цилиндр 36. При достижении, давления 20 МПа электроконтактный манометр 4 отключает электродви­гатели насосов. С этого момента фанеру выдерживают в прессе. Длительность выдержки контролируется реле времени, которое подает сигнал на включение электромагнита клапана сброса давления, находящегося на распределителе 6. При этом определенное количество жидкости сливается в бак через трубопровод 27. Спустя некоторое время включается электромагнит кла­пана размыкания плит и происходит размыкание плит пресса и слив жидкости в бак через трубопровод 5, клапан наполне­ния 34 и вентиль 23. После этого все подвижные части пресса возвращаются в исходное положение.

Для предохранения гидравлической системы от перегрузки установлены предохранительные клапаны. На трубопроводе 11 рабочих цилиндров установлен клапан 10, на трубопроводе 18 вспомогательных цилиндров — клапан 7.

Для подъёма стола загрузки и выгрузки с пульта управления включается электродвигатель 22 шестерного насоса 21, который подает жидкость по трубопроводу 29 через клапан 32 гидрораспределителя в цилиндр подъемного стола. Для опус­кания стола в нижнее положение клапан 31 гидрораспределителя пульта управления прессом переключается, и жидкость через клапан 33 поступает в сливную магистраль. Для предо­хранения системы подъема стола от перегрузки служит пре­дохранительный клапан 20.

Пар поступает в плиты пресса через редукционный клепай 26, позволяющий регулировать давление пара манометром 1. Конденсат сливается через конденсационный горшок 35. Вода для охлаждения плит подается через вентиль 24 при закрытом паровом вентиле 25. Давление жидкости в гидросистеме кон­тролируют электроконтактным манометром 4 и манометрами 9 и 30, температуру — дистанционным термометром 5.

Производительность многоэтажного пресса, м²/смена:

, (69.1)

где Тсм — продолжительность смены, мин;

Р₀ — площадь (фор­мат) листа обрезной продукции, м²;

S_Г — толщина готовой про­дукции, мм;

п — число листов продукции, загружаемых в один рабочий промежуток пресса;

т — число рабочих промежутков многоэтажного пресса;

K_р=0,95 ... 0,97;

τ_ц — продолжитель­ность цикла одной запрессовки, мин.

,

где τ_в — продолжительность снижения давления в прессе;

τ_гк — продложительность выдержки пакета в прессе;

τ_СП — продолжительность вспомогательных операций (загрузка, раз­грузка, смыкание, размыкание плит и т. д.).

Гидравлический пресс для холодного склеивания ЦНИИФ в отличие от пресса для горячего скле­ивания не имеет междуэтажных плит н обогревательных уст­ройств. Склеивают шпон пакетами, состоящими из пачек, раз­деленных прокладками. Цилиндры пресса вместе со столом поднимают и прижимают пакет к верхней траверсе. Для созда­ния давления при упрессовке пакета подают жидкость сначала пой давлением 5 МПа, а затем для прессования под давле­нием 30 МПа. После этого пакет стягивают с помощью кара­бинов-стяжек, давление снимают, а пакет вывозят на место выдержки, где он остается до тех пор, пока не затвердеет клей. Затем пакет вновь укладывают в пресс, создают давле­ние. развинчивают карабины и снимают стяжки. Таким образом, пресс служит для обжима пакетов и создания между листами шпона необходимого контакта.

 

Технические характеристики клеильных пресов

	П714Б	ДА4438	Д4038	П20	П25
Усилие пресса, МН Давление прессования, МПа Число этажей Размер плит пресса, мм длина ширина толщина Высота рабочего промежутка, мм Теплоноситель Число цилиндров Диаметр плунжеров цилиндров, мм Скорость смыкания плит пресса, мм/с Установленная мощность, кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина общая высота высота от уровня пола Масса, т	6,3   2,2       1/2 600/160 41,5	6,3 2,2     2/2 450/90 96,5	6,3 2,2     2/2 -	6,3 2,2     1/2 600/160 30,5   60,3	6,3 2,2     1/2 600/160 30,6   64,3

Механическая обработка фанеры заключается в обрезке до стандартных размеров на форматных круглопильных станках и шлифовании. Описание этих станков приведено в главах 15 и 65.

Глава 70.Строгальные станки.

В строгальных станках (рис.70.1,а) ножевым суппортом 1 с обрабатываемого бруса 3 сострагивается слой древесины 2 (стружка-продукт) постоянной толщины. При этом главное движение осуществляет нож при неподвижной в процессе среза стружки древесине или древесина при неподвижном ноже. Траектория главного движения может быть прямолинейной или по дуге окружности большого радиуса, когда условия резания приближаются к прямолинейному. В зависимости от направления главного движения по отношению к направлению древесных волокон различают поперечное продольное строгание.

Наиболее распространены станки с прямолинейным резанием древесины поперек волокон, которые в свою очередь подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

В горизонтальном строгальном станке (рис. 70.2,а) суппорт 2 совершает возвратно-поступательное движение по двум направляющим 17, получаемое им от кривошипно-ползунного механизма. От электродвигателя 8 через клиноременную передачу 6, редуктор 7, имеющий выходной тихоходный вал с шестернями 25 на обоих концах, вращение передается на зубчатые колеса 4. Эти колеса на выступающих рычагах-кривошипах 26 несут шарниры-пальцы для установки шатунов 3, которые соединены с суппортом 2. Частота враще­ния главного привода, а следовательно, и скорость резания регулируются электромагнитной муфтой.

Чтобы обеспечить плавность врезания ножа в заготовку и выхода из нее, нож или заготовку располагают под углом 6 ... 30° нормали к вектору скорости резания. На ножевой траверсе суппорта имеется съемный блок (рис. 70.2,б), включающий корпус 8 ножедержателя, нож 7 накладку 6 и прижимные башмаки. При применении съемного блока можно устанавливать и выверять ной вне станка, в инструментальной мастерской. Подготовленный блок закрепляют на ножевой траверсе 9 болтами 4. Траверса 2 прижимной линейки 3 имеет вертикальные и горизонтальные настроечные перемещения. Кроме того, по­ложение самой прижимной линейки на траверсе может регули­роваться на траверсе винтами 1. Этой регулировкой достига­ется требуемая степень обжима шпона по всей ширине строгания.

На столе 5 ( рис. 70.2, а) гидрозажимами 18 или с по­мощью вакуумного устройства закрепляется брус 1. Вакуум-стол имеет резиновую поверхность с присосками, которые развивают усилия прижима до 100 кН. Основными преимущест­вами такого прижима являются возможность строгания бруса до толщины 3 мм, предохранение брусьев от деформации и растрескивания, которые происходят в случае применения зажимов, быстрота и удобство работы. Стол 5 имеет рабочее и настроечные перемещения. Рабочее движение заключается в подъеме стола бруса на толщину срезаемого шпона. Оно выполняется при холостом ходе суппорта от эксцентрика 20. Рычаг 21, соприкасающийся с эксцентриком, совершает качательное движение, которое через тягу 24, рычаг 22 с передвижным шарниром, рычаг 23 передает рычагу 14 с храповой собачкой, поворачивающей храповое колесо 13. Вращение храпового колеса через вал I передается подъемным винтом 16 с помощью цилиндрических 9 и конических 15 шестерен коробки передач. За счет использования коробки передач можно устанавливать 46 размеров толщины шпона в диапазоне 0,2…6 мм. Эта операция выполняется регулированием длины качающегося рычага в храповом механизме и включением соответствующей ступени трехступенчатой коробки передач.

Для быстрого отвода стола в исходное положение и его настроенных перемещений имеется отдельный привод. Он состоит, из электродвигателя 12, червячной передачи 11 и муфты включения 10. Возможно также ручное настроечное перемещение от маховичка 19. Существуют станки с гидравлическим приводом перемещения стола.

Срезаемый шпон удаляется из ножевого суппорта вручную или с помощью специальных устройств. При большом числе двойных ходов суппорта ручное удаление шпона становится весьма затруднительным и опасным, поэтому современные строгальные станки оснащены разгрузочными устройствами. Одно из таких устройств показано на рис. 70.2, в. Оно состоит из смонтированных на траверсах 6 и 7 суппорта многоленточных верхнего 2 и нижнего 4 конвейеров, между которыми переносятся срезанные листы 3 шпона. При рабочем ходе суппорта зубчатое колесо 12 передает вращение рабочему валу I нижнего конвейера 4, рабочие ветви которого получают движение влево вверх (от ножа). Одновременно зубчатым колесом 12 от рейки 5 приводится во вращение рабочий вал II и верхний конвейер 2, рабочие ветви которого также начинают двигаться вверх.

Срезаемые за первый рабочий ход суппорта листы шпона по мере выхода из зоны резания захватываются конвейерами и перемещается вверх, располагаясь на наклонном участке (до поворота). Во время холостого хода листы остаются неподвижными. За время второго рабочего хода эти листы перемещаются на горизонтальный участок конвейеров, а на их место поступают листы, срезанные за второй рабочий ход. В течение третьего рабочего хода суппорта листы с горизонтального участка конвейеров переносятся на поддон 1. При последующих рабочих ходах суппорта на поддоне, расположенном над приводом станка, формируются кноли 10. Точность укладки листов шпона кноли достигается установкой минимальной высоты падения листов с конвейера на поддон. По мере увеличения высоты кнолей стол 8 опускается гидроцилиндром 9.

В некоторых станках горизонтальной компоновки направляющие суппорта имеют наклон 12° в сторону рабочего хода. В результате снижаются силы трения между ползунами суппорта и направляющими, создаются более благоприятные условия для удаления листов из полости суппорта и наблюдения за процессом строгания.

В вертикальных строгальных станках (рис. 70.1, б) движение резания осуществляет стол 4 с закрепленным на нем брусом по трем, наклонным вертикальным направляющим 6. Привод стола - от электродвигателя через зубчатые передачи и кривошипно-шатунный механизм 5. Брус крепится к столу с помощью электромеханических и гидравлических зажимов или вакуумных устройств. Ножевой суппорт 1 установлен на горизонтальных направляющих 7, по которым он перемещается на величину, равную толщине шпона, в течение каждого холостого хода траверсы с помощью ходовых винтов 8. Ускоренный отвод суппорта — от отдельного привода. Суппорт снабжен гидравлическим механизмом мгновенного отодвигания ножа от поверхности резания во время обратного хода траверсы вверх, что дает возможность брусу передвигаться в это время. Листы шпона из суппорта выносятся ленточными конвейерами, скорость которого соответствует скорости строгания.

При одинаковых производственных параметрах горизонтальные станки занимают несколько большую площадь по сравнению с вертикальными, но обеспечивают более высокую жесткость и виброустойчивость. Крепление заготовки более удобно у горизонтальных, а съем готовых листов шпона — у вертикальных станков.

Производительность строгальных станков, м^э/смена:

(70.1)

где Т_см — продолжительность смены, мин; H — высота брусьев (ванчесов), мм; Н₁ — толщина отструга, мм (для станков с гидравлическими механическими зажимами H₁ = 25...40 мм, с вакуум-присосами H₄ = 5...10 мм); H₂ —суммарная толщина срезков, мм (H₂ = 5...7 мм); m - число брусьев, устанавливаемых одновременно на станке; S, l, b — соответственно толщина, длина и средняя ширина сырого шпона; К_Р=р0,93.. .0,95; τ_ц — продолжительность цикла или полное время, расходуемое на строгание брусьев одной закладки и вспомогательные операции, мин.

где τ₁ — длительность строгания закладки брусьев; τ₂ — длительность вспомогательных ручных операций по закреплению, кантованию брусьев (обычно τ₂ =5...6 мин); τ₃ — длительность холостого хода в начале строгания (τ₃ = 1,5...2 мин).

Технические характеристики горизонтальных ДКВ-4000, ТN/35 и вертикальных SМ/36 и SМ/52 строгальных станков приведены ниже.

Технические характеристики строгальных станков

 

	ДКВ-4000	TN/35	SM/36	SM/52
Число двойных ходов суппорта, мин -1	12…35		17…85	14…70
Длина ножа (бруса), мм
Максимальная ширина блока брусьев (стола), мм
Толщина шпона, мм	0,1…6	0,1…3	0,025…3	0,025…3
Мощность главного электродвигателя, кВт
Габаритные размеры, мм:
длина		-
ширина		-
высота		-
Масса, т	29,95	28,5	31,5	40,0

Техническая характеристика станков серии SL

Размеры бруса, мм:

ширина 200…600

толщина 240... 300

Размеры ножа, мм:

ширина 800

толщина 3…8

Мощность электродвигателей, кВт 5,5…16

Габаритные размеры, мм:

длина 1300...2000

ширина 2250

высота 2000

Масса,т 2...10

 

В станках с продольным строганием шпона резание осуществляется неподвижным ножом, установленным под острым углом к направлению подачи (рис.70.1 в). Брус 10 (ванчес) прямоугольного сечения подается на проход с возвратом в исходное положение ленточным конвейером 9. При этом в работе одновременно находятся несколько брусьев различной толщины. Автоматическое регулирование переднего стола 11 и угла наклона ножа (75...85°) позволяет добиться оптимальных условий строгания и осуществляется с помощью электронного управления.

Станки этого типа компактнее и масса их значительно меньше, чем у других фанерострогальных станков. Длина ножа и прижимной линейки также в несколько раз меньше, что сокращает затраты на заточку ножей и продолжительность их установки. Толщина остающейся части бруса снижается до 3…12 мм, что резко увеличивает полезный выход шпона. Повышается качество шпона, так как осуществляется продольное резание. Основной недостаток данных станков — их более низкая (в 8...10 раз) производительность. Наиболее целесообразно применять такие станки при переработке древесины малого диаметра в производстве шпона, паркета и тарной дощечки.

Цилиндровые шпонострогальные станки (рис. 70.1, г) с вращательным движением суппорта имеют большую производительность, в них исключено возвратно-поступательное движение суппорта. При большом диаметре вращающегося барабана 12 кривизна не влияет на качество шпона. Существуют станки этого типа, вырабатывающие шпон длиной до 1300 мм и шириной до 600 мм. Частота вращения барабана с двумя ножами — 60 мин^-1. Однако эти станки не получили широкого распространения.

Ротационный шпонострогальный станок (рис. 79.1, д) состоит в основном из элементов, присущих обычным строгальным станкам, однако, в отличие от них, стол 13 скользит по двум направляющим в радиальном направлении, совершая одновременно перемещение по дуге окружности. Брус зажимается на столе зажимными кулачками, входящими в пазы, несколько пар дополнительных гидравлических зажимов страхуют кряж в том случае, если масса его значительна. Конструкция узлов ножа и прижимной балки сходны с конструкциями этих узлов вертикального шпонострогального станка. То же относится и к выгрузке листов шпона на подстопное место. Степень обжима, угол резания и толщина шпона регулируются автоматически. Подача ножа при уменьшающейся высоте заготовки осуществляется следующими способами: стол по направляющим перемещается на толщину шпона (радиус резания остается постоянным); суппорт периодически выдвигается вперед (радиус резания соответственно уменьшается); стол и суппорт одновременно движутся навстречу друг другу.

 

Техническая характеристика ротационного станка

Максимальнаядлина бруса, м 4

Предельныйрадиус резания, мм 900

Толщинашпона, мм 3,3

Число резов в минуту до 110

Масса, т 43,5

Контрольные вопросы.1. Приведите принципиальную схему(с элементами кинематики) лущильного станка, его техническую характеристику и объяснитепорядок работы на нем. 2. Какие методы рубки ленты сырого шпона на форматные листы вам известны, в чем их преимущества и недостатки? 3. Приведите принципиальную схему и основные технические характеристики оборудования для сушки шпона, заделки дефектных мест и обработки кромок. 4. Дайте классификацию оборудования для склеивания кусков шпона в полноформатный лист. 5.Расскажите о принципе действия горячего многопролетного пресса для склеивания фанеры. 6. Дайте классификацию строгальных станков. 7. Приведите принципиальную схему горизонтального строгального станка, его техническую характеристику, порядок работы на нем.

 

Раздел XI.Оборудование производства древесностружечных плит

Глава 71. Оборудование для подготовки сырья перед измельчением

Древесностружечные плиты (ДСтП) изготовляются методами экструзии или плоского прессования. Подавляющее большин­ство плит выпускается методом плоского прессования на заво­дах мощностью 10...250 тыс. м³ плит в год. Оборудование таких заводов изготовляется комплектно. Выпускаются плиты размерами (после обрезки кромок) и (после форматного раскроя), толщиной от 10 до 22 и плотностью 550 – 820 . Общая установленная мощность комплекта оборудования 3000 – 4000, масса около 1000.

Технологический процесс производства ДСтП включает следующие основные операции: складирование и сортирование древесного сырья по видам и породам; гидротермическую обработку и окорку древесины; разделку древесного сырья по длине и диаметру; измельчение древесины; измельчение стружки; сушку измельченной древесины; сортирование измельченной древесины, приготовление рабочего раствора, связующего; дозирование и смешивание компонентов связующего, гидрофобных и антисептических добавок и измельченной древесины; формирование стружечного ковра или пакетов; подпрессовку; стружечного ковра или пакетов; прессование плит; обрезку по формату, выдержку, калибрование и шлифование плит; сортирование и складирование плит. В зависимости от вида применяемого сырья и требуемых конструкций и качества плит некоторые из перечисленных операций могут быть исключены или, наоборот, введены дополнительные.

Участок подготовки сырья оснащен оборудованием для окаривания, поперечного распиливания и раскалывания полученных заготовок. Окаривание и поперечное распиливание осу­ществляются на тех же станках, которые были подробно рассмотрены выше. Часть полученных заготовок, имеющих гниль или другие не­допустимые пороки, раскалывают. Затем из них удаляют гниль, после чего подают в дальнейшую переработку. Раскалывают также обрезки слишком большого диаметра. Механический ко­лун с гидравлическим приводом предназначен для раскалыва­ния заготовок длиной 1...1.25 м и диаметром 15...100 см на две, четыре или шесть частей за один цикл.

Глава 72.Оборудование для выработки древесных частиц

Технологические схемы выработки древесных частиц. Сырьем для производства плит могут быть круглые лесомате­риалы (дрова), отходы лесопиления и деревообработки (гор­быль, рейки, торцевые обрезки, стружки-отходы, опилки), от­ходы лесозаготовок (ветви, сучья) и отходы сельского хозяй­ства (костра, хлопчатник). Условия изготовления древесных, частиц в зависимости от вида исходного сырья, его породы и L влажности различны.

При наличии в качестве исходного сырья круглых лесома­териалов или горбылей процесс начинается с переработки сырья в барабанном или дисковом стружечных станках, после чего частицы попадают в бункер. Затем их вторично измельчают в молотковых, лопастных или дисковых мельницах (дро­билках), сушат в сушилке и делят на два, потока. В первом частицы без дополнительной обработки подают для насыпки внут­ренних слоев, во втором для получения высококачественной стружки их дополнительно измельчают в станках вторичного измельчения.

При наличии в качестве исходного сырья, щепы, стружек-от­ходов и опилок их накапливают в бункере, затем измельчают в станках вторичного измельчения, сушат и затем распреде­ляют по потокам наружных и внутренних слоев с дополнитель­ным доизмельчением частиц для наружных слоев.

Если завод перерабатывает в качестве сырья отходы лесо­пиления и деревообработки, то их измельчают в, щепу на дис­ковых или барабанных рубительных машинах, подают щепу в бункер, откуда она поступает в стружечный роторный ста­нок; где вырабатываются частицы. Затем следуют сушка и раз­деление частиц на два потока: для наружных и внутренних - слоев.

Для измельчения лесосечных и сельскохозяйственных отходов применяют рубительные машины барабанного типа, ноже­вые и молотковые дробилки. Полученные частицы из бункера попадают на вторичное измельчение, сушку и разделяются на. Два потока: для наружных и внутренних слоев.

По технологическому принципу оборудование для изготовления древесных частиц можно разделить на оборудование для переработки сырья в технологическую щепу, оборудование для изготовления ре­заной стружки и оборудование для повторного измельчения стружки.

Оборудование для переработки сырья в технологическую щепу. Измельчение бревен или кусковых отходов (реек, горбы­лей, карандашей) в щепу происходит с помощью вращающихся ножей, закрепленных в диске или барабане рубительных машин.

Наибольшее распространение получили дисковые рубителъные машины (рис. 72.1,а), основной частью которых является массивный диск в диаметре 1200...3000 мм, вращающийся с частотой 100...600 ', на котором радиально или под некоторым углом к радиусу диска (для смягче­ния удара) установлены от 3...12 ножей 3. Диск 6 заключен в кожух 2 и закреплен на стальном валу 1, вращающемся, в двух или трех подшипниках. Для подачи древесного сырья 4 к диску служит патрон 5, нижней кромкой которого является упорный нож, или контрнож. В зависимости от конструкции машины патрон располагается под углом 45...50° к плоскости диска (машины с наклонной подачей сырья) или под уг­лом 38° к плоскостей диска в горизонтальной плоскости (машины с горизонтальной подачей сырья). При увеличении этого угла растет длина щепы, уменьшаются ее повреждение и расход энергии, но одновременно увеличивается содержание пыли.

Для определения часовой производительности дисковых рубительных машин можно пользоваться формулой

(72.1)

где - частота вращения ножевого диска, ; - число режущих ножей, шт.; - длина щепы, ; - площадь сечения перерабатываемого мате­риала, ; - коэффициент использования машинного времени по загруз­ке (0.3-0.5); - коэффициент использования рабочего времени (0.7-0.8).

В барабанных руби тельных машинах (рис. 72.1, б) ножи 1 закреплены на образующей барабана 3 диа­метром 800... 1200 , вращающегося с частотой 400..'. 1500 . Особенностью этих машин является наличие сито­вой обечайки 5, которая охватывает нижнюю половину ноже­вого барабана. Крупные куски, получающиеся при измельчении кусковых отходов, задерживаются в машине, пока не будут из­мельчены до размеров меньших ячеек сита (обычно или ). Вдоль Траектории движения ножей установ­лены верхний 3 и нижний 4 контрножи.

Подающие устройства рубительных машин различаются по виду перерабатываемого сырья: бревен, горбылей, реек, шпона. Древесину 2 можно подавать в станки гравитационным мето­дом (рис. 72.1, б), через наклонную приемную воронку, с по­мощью горизонтальной воронки и механизма подачи (рис. 72.1, в), который состоит из конвейера 3 и приводных валь­цов 1 с шипами.

Производительность барабанной рубительной машины, имеющей механизм принудительной подачи материала, определяют по формуле

(72.2)

где , - ширина и высота приемного окна механизма подачи, мм; - ско­рость подачи, сырья, ; ,- коэффициенты использования машинно­го и рабочего времени (соответственно 0.7-0.8 и 0.8-0.9); - коэффици­ент заполнения приемного окна (0.3-0.7); - коэффициент полнодревесности сечения перерабатываемого сырья в обжатом состоянии (для сучьев и ветвей 0.2-0.3, для горбылей и реек 0.3-0.5, для маломерного кругляка).

Для измельчения больших кусковых отходов, таких, как обрезки фанеры, иногда применяются также молотковые дробилки (рис. 72.1,г). На роторе их закреплены била 1, при вращении разбивающие древесные куски на части, которые просеиваются сквозь решетку 2..

Технические характеристики рубительных машин

	МРГ-40	MPH-IOO	РМО-1600
Производительность,	До 40	До 100	9 ... 12
Размеры продольного сечения патрона,	350X585	550X550	320X225
Диаметр ножевого барабана (диска),
Частота вращения ножевого барабана (диска),
Число режущих ножей, шт.
Максимальный диаметр перерабатываемого сырья,
Установленная мощность, двигателя привода диска (барабана),
Габаритные размеры, :
длина			-
ширина			-
высота			-
Производительность,	13.9	26.9	4.136
	РМО – 2500	ДШ – 3	ДУ – 2А	ДШ – 4
Производительность,	35…45	15…10	До 20
Размеры продольного сечения патрона,
Диаметр ножевого барабана (диска),
Частота вращения ножевого барабана (диска),	275…330
Число режущих ножей, шт.
Максимальный диаметр перерабатываемого сырья,
Установленная мощность, двигателя привода диска (барабана),	110 – 142
Габаритные размеры, :
длина	–
ширина	–
высота	–	–	–	–
Производительность,	12.5	6.1	8.3	9.85

 

 

Оборудование для изготовления резаной стружки. Древе­сину измельчают в высококачественную стружку определенной длины и толщины в стружечных станках. Стружка срезается вращающимися ножами, закрепленными на диске, ножевом валу или барабане. Выбор станка зависит от вида сырья, влаж­ности древесины, формы вырабатываемых частиц и производи­тельности. В большинстве из них заготовка подается к ножу в ориентированном положении, чтобы срезалась поперечная стружка.

Дисковые стружечные станки исполняются с го­ризонтальными и вертикальными дисками (рис. 72.2, а, б). Горизонтальный диск 1(рис. 72.2, а) закреплен на валу 4, приводимом во вращение от электродвигател 2 с частотой 450...500 через клиноременную передачу 3. Подача осу­ществляется двумя питателями 6 и 7, каждый из которых представляет собой две вертикальные тяговые цепи 5 с кулачками. Сырье предварительно разрезается по длине на мерные заго­товки и вручную загружается в питатель. Каждый питатель имеет свой привод от электродвигателя через асинхронную муфту скольжения, клиноременную передачу, редуктор и зуб­чатые передачи. Скорость подачи (0.3...1.2 ) регулиру­ется с помощью асинхронной муфты скольжения.

Ножевой диск 1аналогичен диску рубительных машин, но снабжен дополнительными подрезными ножами, определяю­щими длину вырабатываемой стружки. На ножевом диске диа­метром 1500... 1700 устанавливается до 16 ножевых рам, в которых заранее смонтированы режущие и подрезающие ножи. Ножевые рамы меняются комплектно.

Толщина получаемой стружки определяется величиной вы­ступа режущих ножей и скоростью подачи. Срезаемая стружка проваливается в окно на диске и под действием вентиляцион­ного эффекта вращающегося диска выбрасывается через окно станины в присоединительный патрубок пневмотранспортера.

Дисковые станки дают наиболее плоскую и высококачествен­ную стружку из всех стружечных станков при относительно не­высокой мощности. Толщина частиц 0.62... 1.52 . Однако требуются большие затраты труда на разделку сырья перед загрузкой в станок, поэтому их производительность ниже, барабанных.

Барабанные (цилиндровые) станки имеют не­сколько конструктивных схем. Основное различие между ними состоит в том, что на одних можно перерабатывать заготовки определенной длины (рис. 72.2, в), на других — заготовки сме­шанных длин (рис. 72.2, г).

Стружечный станок ДС-8 (рис. 72.3) оборудован ножевым валом диаметром 565 . На образующей вала параллельно его оси вращения расположены 14 рядов ножей. Режущим кромкам ножей при заточке придается ступенчатая форма, бла­годаря чему отпадает потребность в подрезных ножах. Ноже­вой вал 4 приводится во вращение от электродвигателя 8 через эластичную муфту 7 с частотой вращения 1000... 1500 .Для приема сырья с подающего устройства служит вспомо­гательный конвейер 1, состоящий из трех подающих цепей 14. Привод конвейера, от электродвигателя 13 через ременную пе­редачу 15, червячный редуктор 16 и зубчатую передачу 18.

Затем сырье подхватывается питателем и подается по длине параллельно оси ножевого барабана, который перерабатывает ее в стружку. Питатель включает нижний 2 и верхний 3 четырехцепные конвейеры, расположенные наклонно под углом 60° к горизонтали. Каждый конвейер включает четыре контура тяговых двухрядных цепей 5 и 19 с упорами. В шахте пита­теля между рядами- цепей установлены стальные склизы, на которые опирается сырье. В нижней части шахты между веду­щими валами конвейеров установлены опорные гребенчатые пластины. Под нижней пластиной смонтирован контрнож. Тол­щина стружки, регулируется изменением величины выступа ножей и скорости подачи. Привод питателя состоит из тиристорного двигателя 17, клиноременной передачи 12, цилиндриче­ского редуктора 11 и цепных передач 10, 9 и 6. Привод позво­ляет менять скорость подачи в интервале 0.3… 1.5 . Ба­рабанные станки имеют самую высокую из всех стружечных станков производительность и вырабатывают стружку высокого качества, однако трудозатраты на подготовку сырья при их ра­боте велики.

Последнего недостатка лишены станки с подачей ножевым барабаном (рис. 72.2, г). Конструкция барабана такая же, как в только что рассмотренном станке, но в самых больших стан­ках этого типа барабан имеет длину 1.47 и диаметр 1 .Режущий суппорт, который состоит из электродвигателя 9, ременной передачи 8 и ножевого барабана 13, перемещается по горизонтальным направляющим 11 с помощью гидропри­вода. Материал 12 подается вальцовым 10 или конвейерным пи­тателем при отводе барабана 13 в исходное положение.

Цикл работы станка следующий. Пакет сырья подается до упора на величину до 1.4 м. После его прижима включается подача и происходит надвигание суппорта на древесину. После окончания реза срабатывает конечный выключатель, суппорт возвращается в исходное положение, а пакет освобождается от прижима и вновь подается до упора. Толщина древесных частиц — 0.2... 0.76 .

На этих станках можно перерабатывать древесину различ­ной длины, даже целиком хлысты диаметром до 762 . В этом случае исключаются такие операции, как торцевание, раскалы­вание и транспортирование сторцованных кряжей. Кроме того, они могут успешно применяться для получения частиц из горбылей и реек, которые подаются в станок связанными в пачки.

Центробежные (роторные) стружечные стан­ки предназначаются для переработки щепы, кусковых отходов древесины и крупных стружек в игольчатую резаную стружку. Применяются два вида центробежных стружечных станков: 1) в котором кольцо с ножами вращается либо 'в одном на­правлении с крыльчаткой, либо навстречу (рис. 72.2, д); с неподвижными ножами (рис. 72.2, е).

Наибольшее распространение получила схема со встречным вращением, по которой изготовлен станок ДС-7 (рис. 72.4), Он состоит из следующих основный узлов: крышки 4 с загрузочной воронкой 1, корпуса 5, в котором размещается ножевой; барабан 6 и крыльчатка 7. Полый вал 12 установлен в подшипниках 10 и 14. На торце его 9 крепится обойма 8 ножевого барабана 6. Барабан состоит из 42 опорных сегментов на каждом из которых с одной стороны закреплен нож 17 ( рис. 72.4, б), с другой подпорная планка 18. Ножевой барабан приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и цепную передачу 11.Сквозь полый вал 12 проходит вал 13 крыльчатки 7, приводимый во вращение от электродвигателя 16 через муфту 15. Крыльчатка выполнена сварной, на ёе лопастях закреплены била 19 из износостойкой стали.

Щепа с помощью дозирующего конвейера загружается в приемник 3 с магнитными сепараторами, на которых задержива­ются металлические предметы, а щепа через загрузочную во­ронку 1 с направляющим козырьком 2 попадает в корпус станка. С лопастей крыльчатки щепа центробежными силами; отбрасывается на вращающийся в противоположную сторону ножевой барабан. При дальнейшем движении она прижимается билами 19 крыльчатки к ножам 17 (рис. 72.4, б), в резуль­тате чего срезается стружка поперек волокон. Стружка про­ходит в зазор между ножами и подпорными планками, попа­дает в полость корпуса и затем через нижнее окно выбрасы­вается из станка на конвейер или приемник.

Толщина срезаемой стружки (0.3…0.6 ) определяется величиной выступа ножей над внутренней поверхностью бара­бана.. Длина стружки определяется в основном длиной щепы. После затупления ножей барабан заменяется другим, с ост­рыми ножами. Затупившие била крыльчатки заменяются без ее съема со станка.

Производительность стружечных дисковых станков

(72.3)

где - расстояние между цепями питателя, ; - максимальная длина перерабатываемого чурака, ; - частота вращения диска, ; - число ножей; - толщина стружки, ; - коэффициент использования станка; - коэффициент рабочего времени; - коэффициент полнодревесности подаваемого слоя.

Производительность барабанного стружечного станка

(72.4)

где - коэффициент заполнения ножа древесиной.

Производительность центробежных станков для переработки щепы и мелких кусков отходов

(85)

где - скорость резания, ;- ширина ножа, .

Технические характеристики стружечных станков ДС и дробилок ДМ

	ДС – 6	ДС – 8	ДС - 5	ДС – 7	ДМ – 3	ДМ - 4	ДМ – 7
Производительность при пересчете на абсолютно сухую стружку, , при толщине,:
0.2			–	–
0.4						–
Длина вырабатываемой стружки,			–	–	–	–	–
Диаметр ножевого барабана,
Частота вращения, :
ножевого вала
крыльчатки	–	–			–	–	–
Число ножей, шт.					–	–	–
Длина ножа, мм					–	–	–
Ширина ротора,	–	–	–	–
Число лопастей крыльчатки, шт.	–	–
Установленная мощность, :
ножевого барабана					–	–	–
крыльчатки	–	–
механизма подачи	4.5	4.5	–	–	–	–	–
Габаритные размеры,
длина					–	–	–
ширина					–	–	–
высота					–	–	–
Масса станка,	12.3	14.2	5.6	8.34	5.0	3.2	6.4

Оборудование для вторичного измельчения стружки.Для доизмельчения древесных частиц до размеров и формы, необ­ходимых для получения высококачественных поверхностейДСтП, применяются молотковые, лопастные, зубчатоситовые и дисковые мельницы (дробилки). Для измельчения стружки по ширине наиболее часто используют; молотковые и лопастные дробилки.

Молотковая дробилка (рис. 72.5) имеет в качестве рабочего органа ротор, состоящий из 14 стальных дисков 3, на­саженных на вал 4. В каждом диске имеется 6 открытых, пазов, в которых установлены оси 2 для насадки молотков 1. На каждую ось надевают по 150 молотков, представляющие собой стальные пластины толщиной 3 . При вращении ро­тора молотки под действием центробежной силы располага­ются по радиусу. Поступающая через загрузочную воронку ' стружка под действием центробежной .силы ротора отбрасывается

к ситовым вкладышам 6, закрепленным в корпусе 5. Здесь стружка разбивается быстродвижущимися молотками на более мелкие частицы (в основном по ширине). Измельченные час­тицы проходят через отверстия ситовых вкладышей и воздуш­ным потоком, создаваемым вращающимся ротором, выбрасы­ваются из дробилки, вниз. Применяя сита с отверстиями раз­личных размеров, можно получить древесную массу различного фрикционного состава.

Влопастных дробилках ударные органы выполнены в виде пластин, закрепленных на лопастях ротора. На внутренних боковых поверхностях корпуса расположены рифленые кольца, способствующие измельчению стружки. Стружка, по­ступающая на измельчение, лопастями вращающего ротора от­брасывается на ситовую обечайку, где быстродвижущимися лопастями измельчается по ширине, проходит через ячейки си­товых вкладышей и удаляется из корпуса дробилки под дейст­вием воздушного потока создаваемого крыльчаткой.

Молотковые и лопастные дробилки — простые по конструк­ции машины, легкие в обслуживании и с дешевыми быстроиз­нашивающимися частями. Недостаток их — небольшие возможности управления формой получаемых частиц.

Дли получения ДСтП с мелкоструктурной поверхностью на­ружные слои лучше всего формировать из древесного волокна. Для получения их в основном применяют зубчато-ситовые и дисковые мельницы (рафинеры).

Основными узлами зубчато-ситовых мельниц являются крыльчатка и барабан. От рассмотренных выше цент­робежных стружечных станков они отличаются конструкцией барабана. В зубчато-ситовых мельницах внутренняя поверхность барабана образована из чередующихся Губчатых блоков и ситовых вкладышей. Древесные частицы, отбрасываемые на зубчатые пазы, расщепляются главным образом вдоль длины во­локна. Для создания оптимальных условий измельчения необ­ходима высокая скорость (90 м ). Различаются мельницы с неподвижным и вращающимся барабаном.

Для влажного материала более предпочтительно использо­вание машин со встречным вращением барабана и крыльчатки. Эта схема использована в зубчато-ситовой мельнице ДМ-8 (рис. 72.6). Поток стружки через дозирующее устройство 5 попадает в приемник 1, оборудованный регулируемыми шиберами 4 так, чтобы крупные частицы древесины и посторонние включения с большой массой по инерции выпадали через открытое дно приемника. Материал за счет вентиляционной тяги, создавае­мой лопастями крыльчатки 2, попадает в рабочую полость станка, увлекается во вращательное движение лопастями крыльчатки и под действием центробежной силы прижимается, к внутренней поверхности вращающегося навстречу барабана. Тяжелые частицы будут сильнее ударяться о зубчатые пазы, чем более легкие, в результате чего измельчение частиц, достиг­ших нужной степени размола, прекращается раньше. Последу­ющий просеивающий эффект в машине осуществляется потоком воздуха, который уносит размолотый материал с зубчатых па­зов и протаскивает его сквозь сито. Отдельные частицы, кото­рые были недостаточно измельчены на зубчатых пазах, будут раздавлены между лопастями крыльчатки и поверхностью сита.

Вращение на крыльчатку передается от электродвигателя' 10 через муфту-9, на барабан 3 — от электродвигателя 11 через редуктор 12, цепную передачу 6 и полый вал 8, на шнек доза­тора 5 — через цепную передачу 7.

Дисковые мельницы(рис. 72.7) предназначаются для измельчения стружки в пучки волокон в результате трения и сдвига поперек волокон. Перерабатываемый материал подается в центр мельницы и перемещаемый центробежными силами к периферийной части размалывается на волокна плитами. В дисковой мельнице (рис. 72.7, а) один диск 1 неподвижен, другой 2 вращается. Существует конструкция (рис. 72.7, б), в которой применена комбинированная схема: дисковой и зубчато – ситовых мельниц. В ней диски 3 и крыльчатка 4 враща­ются навстречу друг другу. Обе модели мельниц не имеют сит. Размолотый материал покидает зубчатые сегменты через ре­гулируемый промежуток между ними.

 

Технические характеристики оборудования для вторичного измельчения стружки

	ДМ – 3	ДМ – 4	ДМ – 7	ДМ – 8
Производительность в пересчете на абсолютно сухие стружки, :
для наружных слоев
для внутреннего слоя		–		–
Размеры ротора, :
диаметр
ширина
Частота вращения ротора,				50/990
Число лопастей или рядов бил
Установленная мощность электродвигателей;
Масса,	5.0	3.2	6.4	8.34

Глава 73.Оборудование для сушки и сортирования древесных частиц.

В сушилках стружка, имеющая влажность перерабатываемой древесины ниже 30—40%, доводится до влажности 2—6 %. Сушка стружечной массы проводится за несколько минут илисекунд при относительно высокой температуре. Для сушки стружки в основном используют конвективные сушилки, кото­рые в зависимости от способа перемещения материала делятся на барабанные и с сопловым дутьем. Их конструкция рассмат­ривается в дисциплине «Гидротермическая обработка древе­сины»

Высушенная до требуемой влажности стружка на специаль­ных сортирующих устройствах отделяется от пыли и мелочи.

В механических сортировочных устройствах древесные частицы разделяются просеиванием стружечной массы через сита с различными диаметрами отверстий. Эти устройства можно разделить на вибрационные с высокими час­тотами вращения и малыми амплитудами колебаний и качаю­щиеся с малой скоростью и большими амплитудами.

В вибрационном сепараторе (рис. 73.1, а) рама с ситами 1 устанавливается на гибких опорах 3 с незначитель­ной жесткостью. На раме крепится несбалансированный вра­щающийся ротор 2. Возникающие при его вращении неуравно­вешенные силы вызывают колебания рамы и сит. Просеивае­мый материал подбрасывается вверх и одновременно продвига­ется по поверхности сита.

В качающемся сепараторе (рис. 73.1, б) набор сит 1 мо­жет совершать возвратно-поступательное или круговое движение в плоскости сит. Привод осуществляется от электродвига­теля через клиноременную передачу и кривошипно-шатунный механизм или вертикально расположенный эксцентриковый вал с противовесом. Короб смонтирован в подшипниках на бетон­ном фундаменте.

Качающиеся сортировки по производительности уступают вибрационным. Кроме того, их недостатки — шум и вибрация фундаментов. Имеются также сепараторы с трехмерным движе­нием, где совмещены вертикальное и горизонтальное движения сит. В этих сепараторах можно использовать также воздух как вспомогательное средство для разделения частиц.

Техническая характеристика сортировки ДРС-2

Размеры ячеек сит,
Амплитуда колебаний,
Частота, .	150…180
Производительность,
Габаритные размеры, :
длина
ширине
высота
Масса, шт.	4.3

На сортировке ДРС-2 стружка разделяется на две фракции.

Схемы различныхпневматических сортировок приведены на рис. 73.1, в-е.

Инерционный сепаратор (рис. 73.1, в) состоит из корпуса 3 с нагнетательным патрубком-диффузором 5, через который поступает воздух с древесными частицами. При повороте по­тока в корпусе стружка прижимается к обечайке 3 и поступает в разгрузочное отделение 4, а воздух с пылью во взвешенном состоянии поступает через щели сепарирующей решетки 2 во всасывающий патрубок 1.

Одноступенчатый сепаратор (рис: 73.1, г) состоит из вер­тикальной цилиндрической трубки 4, рассекателя 5 и корпуса 3. Сухая стружка, из циклона 1 попадает через шлюзовой питатель 2 и вертикальную трубу на рассекатель; ударяясь о который, отбрасывается к стенкам корпуса. Воздух поступает колонку через нижнее отверстие и проходит навстречу пада­ющим древесным частицам со скоростью, меньшей скорости их .витания, но большей скорости витания пыли и мелочи. Поэтому последние подхватываются потоком воздуха и отсасываются пневмосистемой.

В каскадном сепараторе (рис. 73.1,д) стружки поступают через воронку 5 и направляются на наклонный лоток, перфорированный в его рабочей части, где подхватываются потоком воздуха 6 и выносятся в корпус 2 с зигзагообразными каналами 1. В перегибах каналов при изменении скорости потоков выпадают крупные частицы. Мелкие частицы уходят вместе с воздухом через патрубок 4 в циклон, где разделяются. Вы­павшие крупные частицы возвращаются на решетку и скатываются с нее сборную воронку 3.

В конвейерно-инерционном сепараторе (рис. 73.1, е) частицы через приемную воронку 1 попадают на быстродвижущийся лен­точный конвейер 2. Сбрасываемая с конвейера стружка в зави­симости от ее массы, обладает различной кинетической энер­гией, а в зависимости от формы по-разному тормозится воз­душной средой в камере 3. Так как частицы описывают различные траектории, то они попадают в соответствующие отсеки 5 и 6, что отчасти регулируется и заслонкой 4. Толстые стружки летят дальше от конвейера, мелкие ближе, а пыль в самый ближний к конвейеру отсек.

Глава 74.Оборудование для нанесения связующего на древесные час­тицы (смесители).

Смесители предназначены для равномерного нанесения связующего на поверхность древесных частиц. Сме­сители можно разделить на две группы; с воздушным и -без­воздушным распылением связующего. В настоящее время ши­роко применяется быстроходный смеситель с безвоздушным распылением связующего (рис. 74.1), в котором можно одновременно наносить связующее на стружки внутренних, наружных и облицовочных слоев. Частицы покры­ваются связующим в основном в результате перемазывания его с частицы на частицу за 5.. .50 с.

Камера смесителя представляет собой, барабан, на оси ко­торого расположен вал 7 в сферических роликоподшипниках, установленных в охлаждаемых водой корпусах. Барабан имеет двойные стенки, между которыми подается вода с температурой для охлаждения. Вал пустотелый внутри его имеется перегородка. В одну часть вала вводится связующее, в другую — охлажденная вода.

Древесные частицы поступают в загрузочную воронку 2 и, захватываются быстровращающимся валом 7 с пустотелыми лопастями 8. Под действием центробежных сил стружки раз­личных размеров располагаются в корпусе в виде концентри­ческих слоев. Связующее насосом 6 подается внутрь вращаю­щегося вала, а оттуда под действием центробежных сил в распылители 5, которые расположены по винтовой линии. Кольцо древесных частиц из зоны нанесения связующего под действием вновь поступающих порций стружки перемещается в зону пе­ремешивания, где происходит перемазывание смолы с частицы на частицу. В этой зоне вал также имеет лопасти. Для дости­жения высокого качества нанесения связующего необходимо, чтобы заполнение барабана было по всей длине одинаковым. Это достигается с помощью заслонки 4, открываемой только при достаточном давлении. Чтобы быстроходный смеситель не нагревался от трения лопастей о частицы и не происходило преждевременного затвердевания связующего, предусмотрено охлаждение водой корпуса смесителя и части вала. Вода подается от насоса в трубу 1 и трубки 3 в лопастях.

Технические характеристики смесителей

Конструкции В Н ПО«Союзнаучплитпром»

	ДСМ-5	I	III
Производительность,	1 ....8	До 6	До 12
Диаметр камеры смешивания,
Частота вращения вала,	770; 980;
Число лопастей
Число распиливающих сопел
Расход воды,		—	—
Установленная мощность электродвигателей,
Габаритные размеры, :
длина
ширина
высота
Масса,	2.5	3.57	3.5

Глава 75.Оборудование для формирования стружечного ковра (паке­тов).

Равномерное распределение стружечно-клеевой массы по площади стружечного ковра выполняется формирующими ма­шинами, под которыми равномерно перемещаются поддоны или лента. Это необходимо для получения плит равномерной толщины и прочности. Существует несколько способов формирования ковра.

В формирующих машинах с воздушным фракционированием (рис. 75.1,а) применен

принцип воздушной сепарации, или рассеяния, для формирования ковра многослойных плит. Стружечная масса поступает в бункеры 1, откуда лен­точными конвейерами 2 подается внутрь машины, в центре ко­торой установлен вентилятор 3. Создаваемые им воздушные потоки подхватывают частицы. Наиболее тонкие из них сдува­ются в самый конец машины, в то время как более тяжелые падают почти вертикально. В результате получается ковер, имеющий на лицевых поверхностях тонкие частицы, без резко отличимых слоев, если для насыпки лицевых и центральных слоев не используются отдельные головки.

Формирующие машины с механическим фрак­ционированиемработают по принципу объемного или объемно-массового дозирования.

В машинах с объемным дозированием 3 (рис. 75.1, б) ма­териал поступает через воронку 1 и подается конвейером 6 к дозирующей щели, образуемой конвейером 2. Дополнительное дозирование осуществляется разравнивающим и дозирую­щим 4 валиками. Древесные частицы, падая с конвейера, попадают на разбрасывающий валец 5. Под действием кинетической энергии, которая сообщается стружкам, более крупные, из них летят дальше (большая по отношению к поверхности масса и меньшее сопротивление воздуха), чем мелкие, которые ссыпаются вниз непосредственно у формирующей машины. В результате получается ковер с плавным переходом между центральным и наружным слоями.

Более распространены машины с объемно-массовым дозированием (рис. 75.1, в). В машине ДФ-6 материал из бункера-дозатора подается конвейерами 6 и 3 в ковшовые весы 2. Для выравнивания слоя стружки имеются вспомогательный 5, и разравнивающий 4 вальцы. Через равные промежутки вре­мени створки весов открываются с помощью кулачкового ме­ханизма и стружка высыпается на медленно движущийся дон­ный конвейер 7, который подает стружку к зубчатым вальцам 1, сбрасывающим её на формирующий конвейер. Такая схема усиливает разброс массы и повышает равномерность насыпки стружки по площади.

В формирующей машине с воздушно-механическим фракционированием(рис. 75.1, г) верхняя часть машины работает по тому же принципу, что и машины, с механическим дозированием. Стружка поступает из воронки 3 в дозирующее отделение, откуда вальцами 2 сбрасывается в регулируемый воздушный поток, создаваемый вентилятором 1 в камере 5. Тонкие частицы пролетают по наибольшей траектории, а крупные по более короткой. Пыль уносится с выбра­сываемым воздухом в трубопровод 4. Такое сочетание методов фракционирования дает наиболее равномерное и строго дозированное распределение древесных частиц в ковре.

С целью совершенствования процесса формирования ковра предложено новое устройство формирующей машины для линий средней мощности. Машина (рис 75.2) формирует многослойный ковёр 10, причем его верхнюю половину 12, а нижнюю половину формирует зеркально расположенная вторая такая же машина. В бункере 2 проклеенной стружки происходит объёмное дозирование частиц ворошителем 1 и разбрасывающим валиком 3. Движет древесные частицы 4 к валику донный конвейер 5 бункера. Древесные час­тицы 8 распределяются валиком 3 на верхнюю систему рифленых роли­ков 6. Продвигаясь по роликам частицы, классифицируются (фракциони­руются или сортируются) по размерам. Мелкие частицы проваливаются в левой части машины, а более крупные в правой части. Винтовой конвей­ер 9 удаляет посторонние тяжелые предметы (металл, камень и т. п.). На нижние ролики 7 поступают крупные частицы и здесь также классифици­руются по размерам. Под машиной создается слабый отсос воздуха 11, по­этому на ленту конвейера осаждаются сначала очень мелкие частицы, а за­тем по возрастающей более крупные.

При выпуске трехслойных и многослойных плит устанавли­вается последовательно несколько машин, каждая из которых насыпает свой слой. Их число определяется

производитель­ностью всей линии. Чем больше используется машин, тем более равномерным получается ковер.

Формирующие машины настраивают на заданную производительность , с учетом их автоматической работы в »е главного конвейера по формуле

(75.1)

где— заданная плотность плит, ;

— ширина стружечного пакета, ;

— толщина внутреннего слоя или суммарная толщина наружных слоев, ;

— расстояние между передними или задними кромками двух соседних стружечных пакетов при прохождении их под формирующими машинами или участок длины ковра при бесподдонном прессовании, ;

— влажность осмоленной стружки, %;

— установленный ритм главного конвейера, ;

— число машин, формирующих наружные или внутренние слои плит.

При всех рассмотренных способах формирования стружеч­ного ковра создается хаотичное расположение стружки в плоскости. Ориентирование же в одном направлении стружки только наружных слоев формируемого пакета позволяет полу­чить плиту с повышенной прочностью. Стружки ориентируют механическим способом или в электростатическом поле. Из механических способов промышленное применение получила продольная ориентация с помощью дисковых вальцов или продольная и поперечная ориентация с помощью колеблющихся, параллельных пластин. Принцип ориентирования стружки в электростатическом поле заключается в том, что стружка представляющая собой диполь, попадая между вертикальными электродами, поляризуется, ориентируется вдоль силовых ли­ний поля и в таком положении фиксируется в ковре.

Технические характеристики формирующих машин с объемно-массовым дозированием

	ДФ-1	ДФ-2	ДФ-6
Максимальная производительность
Масса отвешиваемой порции стружки,	2 ... 10	4…15
Число тактов срабатывания весов,	2…8	1…6
Вместимость бункера-дозатора,	3.4	1.5	3.0
Установленная мощность,	5.3	9.4	10.2
Габаритные размеры, :
длина
ширина
высота
Масса,	5.0	5.70	5.62

 

Глава 76. Прессы для предварительного прессования.

Операция предварительного прессования позволяет уплотнить стружечный ковер (пакет) и тем самым уменьшить просыпание мелких частиц и осыпание кромок при транспортировании, обеспечить свободную (по тол­щине) загрузку их в пресс для горячего прессования; улучшить условия прессования. Для этих целей в зависимости от техно­логии изготовления плит используют прессы периодического и непрерывного действия,

В линиях с многоэтажными прессами и поддонами приме­няются одноэтажные прессы периодического дей­ствия(рис, 76.1, а). В станине рамной конструкции переме­чается верхняя подвижная траверса 4. Рабочее давление в прессе до 15Х10⁵. Па создается шестью цилиндрами 3 двойного действия, закрепленными по два в каждой секции. На нижней, плите пресса имеются боковые прижимные планки 2, предохраняющие пакет от разрушения во время прессования. Применение таких прессов требует использования сложной си­стемы ленточных конвейеров и устройств для ускорения и за­медления движения пакета.

Другие конструкции прессов, приведенные на рис. 76.1, обеспечивают непрерывную подпрессовку в процессе движения ковра.

В плоском прессе сопровождения (рис. 76.1,6) стружечный ковер подается лентой 5 формирующего конвейера. С помощью специального приводного механизма 6 пресс движется на катках 8 по рельсам синхронно ленте конвейера. В это время опускаются боковые стенки, ограничивающие расширение боковых кромок ковра при его уплотнении. Затем на ковер опускается верхняя подвижная плита 7 и он прессуется при удельном давлении до 4 МПа в течение 2.5.. .2.8 с. Давление снижается, боковые стенки поднимаются в исходное положение и пресс открывается. По окончании прессования открытый пресс, возвращается в исходное положение и цикл повторяется.

Конвейерный пресс (рис. 76.1, в) оснащен двумя непрерывными верхним 9 и нижним 12 конвейерами с шарнирное соединенными стальными пластинами. Конвейеры натянуты на шестигранные приводные колеса и во время движения подогреваются до 200...220°С горелками, расположенными под и над прессом. Стружечный ковер подается в пресс бесконечной стальной лентой 13 на нижний, конвейер и огибает его. Верхний конвейер смонтирован в раме с вертикальным настроечным перемещением. Когда ковер поступает в зону прессования, пластины с помощью вальцов 11 создают давление около 0.69 МПа. По мере продвижения ковра давление постепенно увеличивается до 3.45 МПа. Привод подачи обеспечивает изменение скорости до 18 , что позволяет сделать ее рав­ной скорости главного конвейера. Верхний конвейер огибается дополнительной лентой 10, предупреждающей налипание стружечно-клеевой массы на рабочие поверхности пластин. Чтобы образуемый ковер не расширялся во время прохождения через пресс, конвейер-питатель закрыт с боков щитками.

В линиях с ленточным прессованием для предварительного прессования применяются вальцовые прессы(рис. 76.1, г). Лента 17 со стружечным ковром проходит между двумя вальцами 14 и 15. Усилие подпрессовки (26...200 т) создается двумя гидроцилиндрами 16, прижимающими верхний ведущий валец к ниж­нему. Вращение вальцам передается от электродвигателя че­рез редуктор и валы с шарнирными муфтами. Скорость движе­ния ковра 9...50 . С помощью маховика верхний валец устанавливается на нужный размер по высоте.

Технические характеристики одноэтажного стационарного ПР-5, подвижного Д-4045 и непрерывного прессов для предварительного прессования

	ПР – 5	Д – 4045	Фирмы «Земан»
Формат прессования, :			–
длина
ширина		31.5
Общее усилие прессования,	1.5		–
Максимальное удельное давление на пакет, МПа
Высота рабочего промежутка,	–	7.8	3.6

 

Глава 77. Прессы для горячего прессования плит.

Прессы для горя­чего прессования ДСтП могут быть периодического и непрерывного действия. В свою очередь прессы периодического дей­ствия разделяются на одно-, двух- и многоэтажные, а прессы непрерывного действия на каландровые и конвейерные.

Наиболее распространены многоэтажные плитные гидравлические прессы периодического дей­ствия с обогреваемыми плитами. Отечественные прессы имеют до 15...20 рабочих промежутков (этажей). Их изготавливают в комплекте с загрузочными 4 и разгрузочными 1 этажерками. Станина пресса (рис. 77.1, а) состоит из секций, стянутых с фундаментной рамой болтами, и шести цилиндров 3, плунжеры которых поднимают подвижную траверсу 2, дей­ствуя на нее через сферические опоры. Пресс приводится в действие от насосно-аккумуляторной станции, обеспечивающей давление 20 и 4 МПа. Рабочая жидкость — водная масляная эмульсия.

Гидравлическая схема пресса приведена на рис. 77.2. При включении электромагнита Э1 гидрораспределитель 16 переме­щается вправо и масло, поступая в полость сервоцилиндра, открывает клапан 9. Вода из магистрали низкого давления поступает в рабочие цилиндры, которые начинают подъем тра­версы. После смыкания плит давление в рабочих цилиндрах возрастает. По команде реле давления электромагнит Э1 вы­ключается, а Э2 включается. Гидрораспределитель 16 переме­щается влево. Сервоцилиндр клапана 9 соединяется с магистралью слива и под действием пружины опускается, закрывая клапан 9. Сервоцилиндр клапана 11 открывает клапан, и жидкость высокого давления поступает в цилиндры. Одновременно с электромагнитом Э2 включается электромагнит Э4, переме­щающий влево гидрораспределитель 15. При этом открывается клапан 12. После достижения в рабочих цилиндрах заданного Давления контакт ЭК М1 включает электромагниты Э2 и Э4. Клапаны 11 и 12 закрываются.

По истечении первого, этапа выдержки, заданного реле вре­мени, включается электромагнит Э5 парораспределителя 3, открывается клапан 8 и через дроссель сливается рабочая жидкость из цилиндров. При этом давление снижается до ве­личины, заданной манометром ЭКМ2, гидрораспределитель Э5 выключается и наступает второй этап выдержки под понижен­ным давлением. По истечении выдержки давление снижается еще на одну ступень, заданную по манометру ЭКМ3, и начи­нается третий этап выдержки под давлением.

По окончании полного цикла выдержки включается магнит Э5 и цилиндры полностью разгружаются, после чего включа­ется магнит ЭЗ, обеспечивающий открытие клапана 10, через который жидкость из рабочих цилиндров сливается в питатель­ный бак насосно-аккумуляторной станции. Под действием массы подвижных частей плиты пресса размыкаются.

В станине подвешены горячие плиты пресса 6 с каналами. Для пара, который поступает туда от первого коллектора через Шарнирные трубопроводы или армированные гибкие шланги. Чтобы обеспечить одинаковые условия термообработки для всех пакетов, пресс должен быть оснащен устройством для одновременного смыкания всех этажей — симультанным меха­низмом. Наиболее широко применяется механизм рычажного типа (рис. 77.3). Движение от подвижной траверсы 1 через шатун 3 передается общему звену — коромыслу 5, на котором закреплены тяги 4, связанные с греющими плитами пресса 2. При повороте коромысла тяги плиты пресса приводятся в движение с разными абсолютными скоростями. Для защиты от перегрузок используются гидравлические или пружинные компенсирующие устройства 6. При применении симультанных механизмов не только улучшаются условия прессования, но и сокращается во много раз длительность закрытия, и открытия пресса.

Для защиты-станины от нагрева на ней устанавливают спе­циальные охлаждаемые холодной водой плиты и, теплоизоля­цию в виде листов асбестового картона. Для фиксации заданной толщины ДСтП на плитах пресса крепят дистанционные планки, толщина которых складывается из номинальной тол­щины плит, припуска на шлифование и толщины поддона.

Загрузочная этажерка принимает поддоны с брикетами, по­даваемыми главным конвейером, и постепенно заполняется ими, двигаясь снизу вверх с помощью двух гидравлических плунжер­ных цилиндров 2, опускается она под действием сил тяжести. В пресс поддоны перегружаются одновременно с помощью тол­кателя, перемещающегося в горизонтальном направлении на четырех катках, установленных в верхней его части. Разгрузоч­ная этажерка 3 с толкателем для одновременной разгрузки всех этажей пресса имеет конструкцию, аналогичную конструк­ции механизма загрузки.

Технические характеристики многоэтажных прессов с обогреваемыми плитами

	ПР – 6, ПР – 6А, ПР – 6Б	Д4744
Размеры плит пресса, :
длина
ширина
Общее усилие прессования,
Давление прессования,		3.1
Число этажей	15…20
Высота рабочего промежутка,
Скорость подъема плит при низком давлении,

 

Технологические схемы участка формирования и прессования стружечного ковра (пакетов). Рассмотренные выше формирую­щие машины, оборудование для предварительного прессования и прессы горя­чего прессования входят в состав участка формирования и прессования стружечного ковра. Все эти машины объединены единым транспортным устройством — главным конвейером. Ниже рассматриваются наиболее распространенные технологи­ческие схемы участка формования-прессования.

Линии на базе многоэтажного пресса. Для прессования ДСтП наиболее распространены многоэтажные плитные гид­равлические прессы периодического действия, которые могут работать с поддонами и без них.

В установках на жестких поддонах (рис. 77.4,а) стружечно-клеевая масса формируется на металлических под­донах 7, которые на конвейере 2 проходят под формирующими машинами 1. На конвейере закреплены отсекатели, которые вместе с лентами боковых конвейеров, перемещающихся одно­временно с горизонтальным конвейером, образуют над каждым поддоном подвижные формы для формирования стружечных пакетов. Поддоны со стружечными пакетами загружаются в пресс 8 холодного прес­сования, а после этого подаются на контрольные весы 5. Затем они проходят под дождевальной установкой 6 и поступают в загрузочное устройство 10. После прессования в мно­гопролетном прессе 11 поддоны с пакетами поступают в раз­грузочную этажерку 12, откуда по одному вытягиваются на позицию отделения плит 9 от поддонов. Поддоны охлаждаются, увлажняются с помощью приспособления 3 и поступают на повторный цикл обработки.

Широкое применение получил способ, при котором формирование стружечных пакетов, их транспортирование и прессование происходит на гибких поддонахиз стальной сетки. В этом случае из технологическогопроцесса может быть исключено предварительное прессование, а продолжительность прессования сокращена на 10…15% благодаря улучшению условий удаления влаги из плит через сетки. Еще одним преимуществом этого метода является возможность изготовления плит малой плотности. К недостаткам можно отнести необходимость шлифования оставшихся на нижней поверхности плиты следов от сетчатых поддонов.

В ленточных установках(рис 77.4,б), называемых также бесподдонными, в качестве транспортного элемента используется бесконечная стальная или синтетическая формовочная лента 14. Формирующие машины 1 насыпают стружечную массу на непрерывно движущуюся ленту 14, на которой она проходит контроль плотности 13 и наличия в ней случайных металлических частей 4, после чего проходит предварительное прессование в ленточном прессе в холодном прессе 15 и разрезается на пакеты пилой 16. В результате предварительного прессования увеличивается плотность пакетов, что предохраняет их от разрушений при дальнейших транспортных операциях. Ускоряющее устройство 17 увеличивает скорость движения пакетов, создавая между ними промежуток , необходимый для подачи в загрузочное устройство 10. Передаточное устройство 18 взвешивает и подает пакеты в многоэтажную загрузочную этажерку с ленточными конвейерами на каждом этаже, которое одновременно загружает все пакеты в многопролетный пресс 11. При обратном ходе этажерки стружечные пакеты удерживаются специальными упорами, чтобы полки этажерки могли выйти из-под них. Одновременно готовые плиты предыдущего цикла прессования выталкиваю на разгрузочную этажерку 12.

Основной недостаток этого метода – невозможность изготовления легких плит плотностю менее 550 кг/м3. К преимуществам бессподдонного прессования относятся снижение неравномерности толщины плит, вызываемые колебаниями толщины поддонов; сокращение потерь на обработку плит бла­годаря предварительной обрезке стружечного брикета; умень­шение расхода тепла на прессование благодаря отсутствию подогрева поддонов, а также исключение операции охлаждения поддонов и связанных с этим затрат электроэнергии; увеличе­ние срока службы гибких поддонов или ленточных конвейеров, так как они не испытывают термических напряжений.

В линиях на базе одноэтажного пресса вместо поддонов ис­пользуют тонкие стальные ленты или сетки из проволоки. Вто­рая схема более прогрессивная. На рис. 77.4,в приведена схема линии на сетчатых поддонах про­изводительностью 90 тыс. в год. Смешанная со связующими стружка поступает на формирующую станцию 1, состоящую из двух машин пневматического фракционирования стружки, наружных слоев и одной машины с механическим рассеиванием стружки внутреннего слоя. Ковер формируется на непрерывно движущейся ленте 20, образованной сетчатыми поддонами. Пе­редняя кромка поддона накладывается на заднюю кромку предыдущего поддона. На выходе из-под формирующей станции сплошная лента ковра разделяется установкой 19 на пакеты, необходимой .длины. После этого поддоны с пакетами цепным конвейером доставляются в рабочее пространство периодически действующих прессов для предварительного прессования 21 и горячего прессования 22. На выходе из пресса сетчатый поддон, отделяемый от плиты, захватами цепей конвейера увлекается вниз и под прессами возвращается к нижней ветви формирующего конвейера для подачи на формирование, а отпрессованная плита поступает в веерный охладитель. В некоторых линиях отсутствует операция предварительного прессования, поскольку расстояние между плитами одноэтажного пресса достаточно большое.

Эффективность производства ДСтП на установках с крупноформатными одноэтажными прессами выше, чем на многоэтажных прессах. Производство плит на этих установках характеризуется высоким качеством плит, пониженным расходом сырья и связующего при выпуске легких плит, низкими поте­рями сырья и материалов при обрезке и раскрое плит крупных форматов, стабильной толщиной готовых плит и, как следствие, малыми припусками на их шлифование, высокой производительность процесса прессования (продолжительность 0.13. ..0.16 что примерно в 2 раза меньше, чем в многоэтажных).Производительность пресса определяет производственную мощность линий изготовления ДСтП. Так как длина одноэтажных прессов до 21 , оборудование участка формования прессования занимает гораздо большую площадь.

Линия с двухэтажным крупноформатным прессом(рис. 77.4,г) отличается от описанной выше линии с одноэтажным прессом, отсутствием пресса для предварительного прессования; наличием у пресса 24 двухэтажных загрузочной 23 и разгрузочной 25 этажерок, оборудованных цепными конвейерами для подачи стружечных пакетов и выдачи готовых плит; наличием специального цепного конвейера для отделения от плит сетчатых поддонов и возврата их на нижнюю ветвь формирующего пакеты конвейера.

Производительность пресса рассчитывают по формуле:

где — время, за которое рассчитывают производительность пресса: годовой фонд рабочего времени, сут, смена, час,ч; (Так как — число этажей пресса для горячего прессования;

— формат прирезанной древесностружечной плиты, ;

—толщина шлифованной плиты, ;

— припуск на шлифование, ;

~ удельная продолжительность прессования в зависимости от марки и группы плит, температуры прессования, продолжительности отверждения и концентрации связующего, ;

— вспомогательное время, мин (продолжительность загрузки или выгрузки подпрессованных пакетов в прессе, смыкания и размыкания плит пресса, с); на ряде предприятий но может быть доведено до 60…70 с при введении одновременного смыкания плит пресса и повышении удельного давления в начале прессования;

—коэффициент использования рабочего времени; ;— коэффициент, учитывающий потери плит, связанные с физико-механическими испытаниями;

Линия с каландровым прессом (рис. 77.4,д) предназначена для непрерывного прессования тонких ДСтП (1.6...8 мм). В этих системах нет громоздкой линии формирования, загрузочно-разгрузочных устройств, обеспечиваются точность плит по толщине в пределах ±0.2 и высокое качество поверхно­сти, что исключает необходимость калибрования и шлифования.

Лента 26 транспортирует стружечно-клеевую массу от фор­мирующих машин под нагревательный барабан 27 большого диаметра. При движении ленты ковер затягивается в проме­жуток между барабанами 28, 29 и 27 и проходит этап предварительного прессования. Окончательную толщину плите придают нагретые калибровоч­ные вальцы 30, которые создают необходимое давление прес­сования. Затем непрерывная древесностружечная плита осты­вает и раскраивается пилой 31.

На линии с конвейерным прессом (рис.77.4,е) непрерыв­ным методом вырабатывают ДСтП толщиной 6...22 . Фор­мирующая станция 1 формирует на конвейере 36 ковер. Осу­ществляется постоянное взвешивание ковра на весах 32, детек­тором 33 контролируется толщина ковра и металлоискателем 34 извлекаются металлические включения. Пресс 35 служит для предварительного прессования ковра, после чего брикет посту­пает в зону загрузки непрерывного пресса горячего прессова­ния 37, Имеются линии этого типа, в которых одновременно с прессованием осуществляется отделка плит пленочными покрытиями.

В прессе непрерывного действия «Контироль» (рис. 77.5а) станина состоит из рам 3, общее число которых зависит от длины пресса. Гидроцилиндры 1, смонтированные на рамах, создают давление прессования по длине пресса. В начале пресса (в зоне высокого давления) их больше, к концу меньше. На столе 10 пресса устанавливается нижняя обогреваемая плита 11, а к верхней поперечине 4 крепится верхняя обогреваемая плита 2. плита пресса разделена на зоны, температура в которых изменяется в зависимости от требований технологии. Средняя температура плит пресса , а в зоне высокого давления .

Пресс оборудован стальными лентами 5, которые приводятся в движение и натягиваются барабанами 9 диаметром около 2. Прессовое усилие от гидроцилиндров и плит пресса передается к движущимся стальным лентам через систему непрерывной цепи 6, несущей круглые дужки. Таким образом, трение скольжение между стальной лентой и плитой пресса заменяется на трение качения. На рис. 77.5б, в показано устройство подачи стержней. Стержни имеют длину, ширине плит пресса; диаметр каждого стержня 15, межосевое расстояние между стержнями 17 . К приводным цепям 6 стержни крепятся с помощью осей19, вставленных в торцы стержней. Крепление стержней к приводным цепям позволило им при нагреве, охлаждении и движении свободно перемещаться в продольном и поперечном направлениях. В рабочей зоне верхняя цепь с помощью роликов 13 скользят по направляющей 9, а в зоне холостого перемещения – наоборот. Направляющие смонтированы на кронштейнах 17 и 18, прикрепленных к нижней и верхней плитам пресса. В зоне 1 загрузки брикета (зона уплотнения) установлены направляющие конвейеры 7 и 8 выравнивающие стержни и вводящие в зону давления 2 в оптимальном параллельном положении.

Неизбежная ассиметрия сил прессования, прикладываемых к брикету 16, вызывает при работе смещение стальной ленты 5 на барабане от среднего положения. Положение ленты на барабане корректируется путем изменения позиций осей барабанов. Путевой датчик 23 (рис. 77.5,в) соприкасающийся с кромкой стальной ленты, постоянно контролирует его положение на барабане. Если лента сошла на величину больше допустимой сигнал с датчика поступает на регулятор 25 который подает сигнал на гидроцилиндр перемещения, связанной с подшипниковой опорой оси барабана. Происходит перемещение оси и лента занимает правильное положение. Такие устройства имеются на всех четырех барабанах пресса.

Гидроцилиндры имеют центральный гидравлический привод. Давление прессования обеспечивается по заданной программе. За зоной загрузки следует зона максимального давления, в которой происходит прессование. В зоне после прессования установлена система перемещения клиновых прокладок, которыми фиксируется окончательная толщина древесностружечной плиты. Также по программе меняется температура прессования. В начале пресса температура невысокая, чтобы предотвратить преждевременное отверждение связующего. Затем она постепенно повышается и в зоне интенсивного прогрева плит и отверждения связующего остается постоянной. Затем происходит снижение температуры для уменьшения термических напряжений и более свободного выхода парогазовой смеси.

В зоне выгрузки контролируется толщина плиты, полученные данные обрабатываются на микропроцессоре и используются для автоматического регулирования давления прессования и положения клиновых прокладок.

Основными преимуществами непрерывного прессования является более равномерное распределение плотности плит по ширине (профиль плотности) и меньшая разнотолщиность, обусловленная движением стружечного ковра между прессующими плитами.

Производительность непрерывного пресса () определяется по формуле:

 

Глава 78. Оборудование участка кондиционирования и механической обработки плит.

С главного конвейера плиты поступают в веерную камеру кондиционирования. Перед входом в камеру плиты поворачивают и устанавливают в вертикальное положение. Ка­мера кондиционирования предназначена для охлаждения плит. Для повышения их качества.

При выходе из камеры плиту вновь укладывают в горизон­тальное положение и подают на промежуточный конвейер, пе­реносящий ее к форматному круглопильному станку для обрезки с четырех сторон. Конструкции форматных станков опи­саны в главе 15.

Обрезанные плиты поступают на шлифовально-калибровальные станки, где обрабатываются на заданный размер по тол­щине с точностью ±0.1...0.2 . Шлифовальные станки могут обрабатывать плиты шириной до 2.57 со скоростью подачи около 52 . Как правило, припуск снимается с обеих пластей за один проход. Часто на этих же станках, помимо калиб­рования, выполняют выравнивание и чистовую обработку. На рис. 16.43 приведены наиболее распространенные схемы шлифо­вальных станков для обработки ДСтП.

Интересна схема с расположенными друг напротив друга в одной вертикальной плоскости двумя шлифовальными агре­гатами 1 и 4 (рис. 16.43,а). При обработке на таких станках происходит самоцентрирование калибруемых деталей за счет уравновешивания сил отжима, возникающих при шлифовании и являющихся вертикальными составляющими сил резания.

Обрабатываемая плита проходит, через станок, прижатая верхними 2 и нижними 3 подпружиненными столами. Снятие одинакового слоя с каждой стороны плиты достигается подвесным (плавающим) креплением подпружиненных столов. При увеличении снимаемого слоя древесины с одной из сторон плиты силы резания возрастают и действуют на противоположный стол. Он опускается, и силы уравновешиваются. На переднем верхнем столе смонтирован контрольный неприводной подпружиненный ролик, прекращающий через конечный выключатель подачу при проходе плиты с припуском больше допустимого.

В станках, выпускаемых по схеме 16.43,6, поочередно обраба­тывают сначала нижнюю, а затем верхнюю пласти. При этом плита опирается на базирующие элементы, точность обработки обеспечивается постоянством рабочего просвета между бази­рующими 5 и шлифовальными 6 органами.

Современные высокоскоростные многошпиндельные станки могут иметь от двух до шести шлифовальных агрегатов (рис. 16.43,в). Во всех случаях два первых агрегата 7 калиб­руют плиту. Головки 8 окончательно обрабатывают плиту по толщине и снимают неровности волны, оставшиеся от первич­ного шлифования. Обычно вторичные агрегаты выполняются комбинированными, с использованием утюжков и контактных роликов с гладкой поверхностью или спиральными пазами. Эти агрегаты могут располагаться друг против друга или про­тив базирующих элементов. Финишные шлифовальные агрегаты 9 с мягким утюжком удаляют все предшествующие дефекты.

В последние годы успешно применен метод калибрования ДСтП с помощью цилиндровых станков (рис. 16.43,г). В них в качестве режущего инструмента применены абразивные ци­линдры 10 с нормированной структурой из карбида кремния черного 55с, 54с, 53с зернистостью № 63, 80, 100, 125 и 160. Связкой инструмента служит эпоксидная смола ЭД-20. Этот метод калибрования обеспечивает точность ±0.07—0.10 и рост производительности в 2 раза. Основным его достоинством является высокая стойкость шлифовального инструмента. В по­следнее время делаются попытки использовать в качестве режу­щего инструмента барабаны с алмазными резцами, стойкость которых исчисляется годами.

Контрольные вопросы.1. Дайте характеристику основных схем полу­чения древесных частиц и применяемого в них оборудования. 2. Приведите классификацию оборудования для изготовления резаной стружки, схемы и технические характеристики основных станков. 3. Объясните принцип работы зубчато-ситовой мельницы. 4. Нарисуйте схемы и приведите характеристики оборудования для сортирования древесных частиц, смешивания их со свя­зующим и насыпки стружечного ковра. 5. Дайте характеристику и приведите схемы участков формирования-прессования стружечного ковра с различными видами прессов. 6. Нарисуйте схему и объясните принцип работы многоэтаж­ного гидравлического пресса. 7. Перечислите виды и приведите технические характеристики оборудования участков кондиционирования и механической обработки плит.

 

 

1 Продолжительность рабочего и холостого ходов механизма резания и механизма периодической подачи одинакова (они имеют общий коренной вал, вращающийся с постоянной частотой), но по фазе (времени начала) они могут быть смещены путем закрепления кривошипа механизма подачи на коренном валу под разными углами по отношению к кривошипу механизма резания.