Пиление ленточными пилами

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

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

I

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

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

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

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

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

для плющеных зубьев

для разведенных зубьев

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

из которого следует

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

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

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

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

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

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

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

Касательная сила на пиле определяется по мощности резания, Н: F_xц = P_p/v. Нормальная сила на пиле F_zц вычисляется через ка­сательную F_zц = mF_xц, где m — переходный множитель (при угле резания δ = 65° m = 0,25...0,3 для острых зубьев и m = 0,6...0,7 для тупых).

По второму способу касательную и нормальную силы на одном зубе F_x и F_z определяют по справочным экспериментальным данным.

В табл. 9 приведены значения единичной касательной силы F_x1 для определенных табличных условий резания (табличное значе­ние единичной касательной силы обозначено F_XT), а также таб­личной удельной работы К_т пиления ленточной пилой.

Таблица 9. Табличные касательная сила и удельная работа К_г процесса продольного пиления ленточной пилой при различной средней толщине срезаемого слоя

Примечание: Сухая хвойная древесина; зубья пилы острые, шаг t₃ = 20 мм, передний угол γ = 20°.

Для вычисления касательной силы на зубе F_x величину F_XT по табл. 9 надо умножить на ширину срезаемого слоя b и общий по­правочный множитель а_попр, равный произведению поправочных множителей, учитывающих исходные условия пиления:

Нормальную силу на зубе вычисляют через касательную:

Касательная сила (средняя за цикл главного движения) на всех режущих зубьях, находящихся в пропиле, F_xu:

где z_реж = l/t₃; l — длина срезаемого слоя (для пиления ленточной пилой l ≈ t).

Мощность резания Р_р вычисляется по формуле

где v — скорость главного движения.

Мощность подачи для пиления ленточной пилой может быть определена по формуле

где F_zц — нормальная сила резания на пиле, Н; F_zu = F_xum (т — переходной множитель).

При выборе режима резания приходится решать обратную зада­чу: находить наибольшую скорость подачи v_s(p) по известной мощ­ности резания Р_р.

Порядок вычислений следующий. По известным Р_р и исходным условиям резания вычисляют наибольшую возможную табличную силу F_XT, используя преобразованную объемную формулу

где Р_р — мощность резания, Вт; b — ширина срезаемого слоя, мм, для пилы с разведенными зубьями b равна толщине пилы В; для пилы с плющеными зубьями b = В_пр.

По вычисленной силе F_XT и заданной высоте пропила t по табл. 9 находят наибольшую допускаемую толщину срезаемого слоя а = а_ср. По найденной величине срезаемого слоя а определяют подачу на зуб: для плющеных зубьев S_z = а, для разведенных S_z ≈ (В/В_пр)а. По S_z вычисляют скорость подачи v_s(p), допустимую по мощности глав­ного движения Р_р:

Ленточные пилы изготавливают в соответствии с ГОСТ 6532—77 «Пилы ленточные для распиловки древесины» и ГОСТ 10670—77 «Пилы ленточные для распиловки бревен и брусьев». Линейные и угловые размеры ленточных пил приведены в табл. 10. Профили зубьев показаны на рис. 23, в. Предприятиям поставляются пилы двух типов: тип 1 — узкие, тип 2 — широкие с зубьями нормального профиля. Материал пил — инструментальная легированная сталь марки 9ХФ. Узкие пилы могут быть изготовлены из инструменталь­ной углеродистой стали марки У10А. Твердость пил HRC₃ 40...44.

Таблица 10. Размеры и углы зубьев ленточных пил

Как правило, столярные пилы разводят, а делительные и брев­нопильные плющат. Выбор толщины ленточной пилы обусловлен напряженным состоянием ее в процессе работы. Пила, надетая на шкивы, должна быть предварительно натянута, чтобы передавать усилие и обладать необходимой жесткостью. Предварительное на­тяжение σ ≈ 50...60 МПа. При движении ленты по дуге шкива возникают центробежные силы, создающие напряжения растя­жения примерно 20 МПа. Из-за сопротивления резанию часть лен­ты (на прямом участке) под столом растягивается, а над столом сжимается; эти напряжения также порядка нескольких мегапаска­лей. Наибольшие напряжения испытывает лента при огибании шкива.

Если предел прочности ленты на разрыв в среднем 700... 800 МПа, минимальный коэффициент запаса прочности равен 2, а суммар­ные напряжения в пиле σ_р от предварительного натяжения, цент­робежных сил и сил резания достигают 150...200 МПа, напряже­ния от изгиба ленты на шкиве не должны превышать 200 МПа. Тог­да при модуле упругости стали Е = 200 000 МПа получаем

где D_m — диаметр пильного шкива, мм.

Это предельная толщина ленты. Обычно назначают b в пределах (0,001...0,0007) D_ш.

Выбор остальных размеров ленточной пилы определяется кон­струкцией станка и типом пилы:

где Z,_max — начальная длина ленты (при нарезке от рулона), мм; l_тах — наибольшее расстояние между осями пильных шкивов, мм; 15 мм — припуск на пайку внахлестку; а_ст — начальная ширина столярной ленточной пилы, мм; R_Kp — наименьший радиус кри­визны пропила, мм; b₁ — развод зубьев на сторону, мм; а_дел — начальная ширина делительной ленточной пилы, мм; В_ш — ши­рина обода пильного шкива, мм; h₃ — высота зуба пилы, мм.