Пиление древесины полосовыми пилами с главным движением инструмента по окружности
Агапов А.И. (ВятГУ, Киров, РФ)
The dependance of the saw teeth step on the radius of saw's circular movement has been determined.
Для осуществления процесса пиления древесины полосовыми пилами с движением их по окружности /3/ не требуется кривошипно-шатунный механизм, что упрощает конструкцию станка и уменьшает габариты его. При проектировании таких станков необходимо обоснованно подходить к вопросу расчета и выбора параметров инструмент и станка. Из теории резания древесины известно /2/, что условия протекания процесса определяются, прежде всего, кинематикой. При движении инструмента по окружности происходит изменение толщины срезаемого слоя древесины резцом инструмента и наблюдается трансформация угловых параметров инструмента в значительных пределах.
Для нормального протекания процесса необходимо, прежде всего, чтобы радиус окружности, по которой движется инструмент, должен быть больше шага зубьев пилы. В этом случае процесс будет начиняться не с мертвой верхней точки, а при некотором угле поворота пил от верхней точки окружности (рисунок 1).
Рис.1 – Процесс пиления древесины полосовыми пилами с перемещением их по окружности при: а - r=t; б – r=2t
Для определения угла встречи зубьев пилы с древесиной необходимо найти точку пересечения траекторий движения двух соседних зубьев пилы.
Движение зуба пилы определится следующей системой уравнений (отсчет нуля от верхней точки окружности) /1/.
(1)
где хn, у – перемещение зуба пилы соответственно по горизонтали и по вертикали, мм; r – радиус окружности движения зуба пилы, мм; a - угол поворота пилы по окружности.
Движение заготовки осуществляется только по горизонтали и опишется уравнением
, (2)
где Uz – подача заготовки на один зуб пилы, мм.
Относительное перемещение зуба пилы в заготовке определится следующей системой уравнений
(3)
Решая эту систему уравнений, траектория зуба пилы в заготовке определится по формуле
(4)
Движение верхнего соседнего зуба пилы определится следующей системой уравнений
(5)
где t – шаг зубьев пилы, мм.
Движение заготовки определится также уравнением (2). Тогда перемещение зуба пилы относительно заготовки определится следующей системой уравнений
(6)
Решая эту систему уравнений, траектория зуба пилы в заготовке определится по формуле
(7)
Решая совместно два уравнения (4) и (7), находим угол поворота пилы, при котором зуб пилы начинает резание
(8)
Скорость подачи в м/мин определится по формуле
. (9)
Скорость резания в м/с определится по формуле
. (10)
Анализируя формулу (9) приходим к выводу, что для обеспечения высокой производительности процесса необходимо предусматривать большую частоту вращения пилы. Так при Uz=1,0мм и n=3000об/мин, скорость подачи будет равна всего лишь 3м/мин. Таким образом, данный процесс по производительности является мало конкурентоспособным. Но такой процесс позволяет использовать небольшую длину пил, т.к. ход их небольшой и в этом случае толщина пил, а, следовательно, и ширина пропила может быть также небольшой и за счет этого можно получить экономический эффект.
Длина дуги резания определится по формуле
(11)
где aр – угол резания (угол контакта), который можно определить по формуле.
Анализируя формулу (11), можно отметить, что путь резания зубом пилы за один цикл пиления небольшой и, следовательно, шаг зубьев пилы можно выбирать небольшим, т.е. в пределах 6…16мм. Тогда радиус окружности движения пил может выбираться в пределах 40…100мм.
Литература
1. Агапов А.И. Кинематика лесопильных рам. - М.: Лесн пром-сть, 1987-144с.
2. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов. М.: Лесн пром-сть, 1986-296с.
3. Патент России 2131806 МКИ3, В27В 3/10 Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки/ Блохин М.А. Заявка-№98106906113; Заявлено 20.04.98; опубликовано 20.06.99.