Силы, возникающие при резании

При обработке резанием металл оказывает сопротивление ре­жущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к резцу. Под действием этой силы в зоне образования стружки возникают силы Р_у1 (упругая деформация) и Р_пj (пластическая деформация), действующие нормально к пе­редней поверхности резца, и силы Р_у2 и Р_п2, действующие нор­мально к задней поверхности резца (рис. 21.10, а).

Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения Tj = fij(P_yi + P_n,) и Т_г = ц₂(Р_у2 +Р_п2), действующих соответ-

Рис. 21.10. Силы при резании (а) и составляющие силы резания (б)

ственно вдоль передней и задней поверхности резца (ц, и р₂ — коэффициенты трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о заготовку). Эту систему сил приво­дят к равнодействующей силе резания

R= Р_у1 + Р_у2 +Р_п1 +Р_п2 +Т, +Т₂.

Абсолютная величинаRи место ее приложения в большинстве случаев неизвестны, поэтомуRразлагают на составляющие Р_х, Р_у> Р* (рис. 22.10, б), для расчета которых приняты зависимо­сти, установленные опытным путем.

Главная составляющая силы резания Р_г совпадает по на­правлению со скоростью главного движения резания в вершине лезвия. По сйле Р_г определяют мощность станка, необходимую для обеспечения процесса резания, рассчитывают на прочность детали и узлы коробки скоростей, прочность режущего инстру­мента.

Радиальная составляющая силы резания Р_у направлена по радиусу вращательного движения резания к вершине лезвия (перпендикулярно оси заготовки). По силе Р_у определяют про­гиб детали, жесткость станка. Эта сила, определяя деформацию детали и инструмента в радиальном направлении, влияет на точность обработки.

Осевая составляющая силы резания Р_х действует параллель­но оси главного вращательного движения резания. По силе Р_х рассчитывают механизм продольной подачи станка и изгибаю­щий момент, действующий на стержень резца.

Равнодействующая сила резания определяется как сумма векторов трех составляющих

R = 4P ²_x +PZ+P?

и условно расположена в центре линии касания главной режу­щей кромкой заготовки.

Соотношение между Р_х, Р_у иP_zзависит от геометрических параметров инструмента, режима резания, физико-механических свойств обрабатываемого материала, износа резца, условий обра­ботки и приближенно составляет

Р_х:Р„:Р_г = 1: (0,5...0,3): (0,4...0,25).

Для практических расчетов определяют лишь силу Р₂, а силы Р_х и Р_у берут в долях от нее.

Чем больше площадь поперечного сечения срезаемого слоя металла, выше прочностные характеристики обрабатываемого материала, тем больше силы резания. При увеличении скорости резания силы несколько снижаются за счет повышения темпе­ратуры резания и изменения условий трения между стружкой и инструментом. Влияние различных факторов на силы резания весьма сложно, поэтому для их определения используют обоб­щенные эмпирические формулы, учитывающие конкретные ус­ловия обработки.

В процессе резания резец и деталь испытывают некоторую упругую деформацию, что приводит к частичному сжатию (пе­ремещению) их в направлении действия сил И является одной из причин погрешностей обработки. Так, сила Р_г отжимает резец книзу, а резец в свою очередь стремится изогнуть деталь вверх. Сила Р_х отжимает резец в направлении, противоположном про­дольной подаче, и стремится уменьшать ее. Сила Р_у отталкивает резец от обрабатываемой детали и стремится уменьшить глуби­ну резания. Поэтому при чистовом проходе для получения боль­шой точности размеров детали, учитывая действие указанных сил, уменьшают сечение срезаемого слоя.

Зная составляющие усилия резания, определяем мощность N_pe3,необходимую для осуществления процесса резания (кВт): N ^P*^v Py^nSn on P*nS_np

* » ПМ _ _... "г. _ _ " -

60 102 60 102 1000 60-102-1000 гдеv— скорость резания, м/мин; п — частота вращения заго­товки, мин"¹; S_nonи S_np— соответственно поперечная и продоль­ная подачи инструмента, мм/об.

Мощность двигателяN_m,необходимую для работы станка, оп­ределяют с учетом коэффициента полезного действия станка Т1_ст: