Силы резания

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы Р, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания V.

Работа, затрачиваемая на деформацию и разрушение материала заготовки (P×V), расходуется на упругое и пластическое деформирование металла, его разрушение, преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента.

В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого (Р_у1 и Р_у2) и пластического (.Р_п1 и Р_п2) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям резца (рис. 1.7.1, а).

Рис. 1.7.1. Силы, действующие на резец (а), и разложение силы резания на составляющие (б)

Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения (T₁ и Т₂), направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Указанную систему сил приводят к равнодействующей силе резания:

.

Считают, что точка приложения силы R находится на рабочей части главной режущей кромки инструмента (рис. 1.7.1, б). Абсолютная величина, точка приложения и направление равнодействующей силы резания R в процессе обработки переменны. Это можно объяснить неоднородностью структуры металла заготовки, переменной поверхностной твердостью материала заготовки, непостоянством срезаемого слоя металла (наличие штамповочных и литейных уклонов и др.), изменением углов g и a в процессе резания. Для расчетов используют не равнодействующую силу резания, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям – координатным осям металлорежущего станка. Для токарно-винторезного станка: ось X – линия центров станка, ось Y – горизонтальная линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось Z – линия, перпендикулярная к плоскости XOY (рис. 1.7.1, б).

Вертикальная составляющая силы резания R действует в плоскости резания в направлении главного движения (по оси Z). По силе Р_z, определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости XOZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. Радиальная составляющая силы резания Р_y действует в плоскости XOY перпендикулярно к оси заготовки. По силе Р_y определяют величину упругого отжатия резца от заготовки и величину деформации изгиба заготовки в плоскости XOY. Осевая составляющая силы резания Р_x действует в плоскости XOY, вдоль оси заготовки. По силе Р_x рассчитывают механизм подачи станка, изгибающий момент, действующий на стержень резца.

По величине деформации заготовки от сил Р_z и Р_у рассчитывают ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешность ее геометрической формы. По величине суммарного изгибающего момента от сил Р_z и Р_x рассчитывают стержень резца на прочность. Равнодействующая сила резания, R:

.

Силу Р_z, Н, определяют по эмпирической формуле:

,

где C_p – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала обрабатываемой заготовки; K_p – коэффициент, учитывающий факторы, не вошедшие в формулу (углы резца, материал резца и т. д.). Значения коэффициентов K_p, C_p и показателей степеней x, y, n даны в справочниках для конкретных условий обработки.

Аналогичные формулы существуют для определения сил Р_у и Р_х. Условно считают, что для острого резца с g = 15 ⁰, j = 45 ⁰, l = 0 при точении стали без охлаждения Р_z: Р_у: Р_х = 1: 0,45: 0,35. Знание величин и направлений сил Р_z, Р_у и Р_х необходимо для расчета элементов станка, приспособлений и режущего инструмента.

Крутящий момент на шпинделе станка, Н × м:

М_кр = P_z D_заг / (2 × 1000).

Эффективной мощностью N_e называют мощность, расходуемую на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя металла. При точении цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке эффективная мощность, кВт:

.

Мощность электродвигателя станка N_эл, кВт:

.

где h – КПД механизмов и передач станка.

Дата добавления: 2014-01-07