6.2 Силы при основных видах несвободного резания

Суммарную равнодействующую всех сил, действующих на резец со стороны обрабатываемого металла, можно назвать силой сопротивления резанию (стружкообразованию). В практических расчетах используют составляющие этой равнодействующей, направление которых совпадает с главным движением и движением подачи (или обратно им). Зная заранее направление этих составляющих сил, пользуясь соответствующими приборами, легко измерить их величину и вывести уравнения для их подсчета.

При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующаяR силы

Рисунок 6.2 – Разложение силы

при точении на составляющие

сопротивления резанию раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы , действующие на резец: Р_z — силу резания, или тангенциальную силу, касательную к поверхности резания и совпадающую с направлением главного движения; Р_x — осевую силу, или силу подачи, действующую параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи; Р_y — радиальную силу, направленную перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки. Равнодействующая

При w = 45°,l = 0 и g = 15° угол Δ между силами P_z и R раввен 25—40°, сила Р_x= (0,3 - 0,4) P_zс cила Р_y = (0,4 - 0,5) P_z.

На соотношение между силами P_z Р_y, Р_x влияют: элементы режима резания, геометрические элементы режущей части резца, материал обрабатываемой заготовки, износ резца и др. Начиная со скорости ~50 м/мин, отношения Р_y / P_z и Р_x / P_z уменьшаются с увеличением скорости резания.

Относительная величина сил Ру и Рх возрастает с увеличением отрицательного значения переднего угла и с увеличением износа резцца по задней поверхности. При обработке закаленных сталей (s_в á 150 кгс/мм^) резцом с отрицательным передним углом от— 5 до —15° сила Р_y больше силы P_z в 1,3—2,3 раза.

Рисунок 6.3 Схема частных случаев разложения равнодействующей

сил резания

С увеличением глубины резания и главного угла в плане отношение P_x / P_z возрастает, а отношение Р_y / P_z убывает.

Частные случаи разложения равнодействующей силы при токарной обработке имеют место при отрезании резцом с режущей кромкой, параллельной оси, и при резании трубы резцом с углами (w== 90° и l == 0° (. В этих случаях сила R раскладывается на две P_z и Р_y, P_z и P_x.

6.3 Действие сил Pz , Px, Рy , на инструмент, заготовку и станок

Действие силы на резец. Сила резания P_z изгибает резец в вертикальной плоскости, сила Р_y стремится оттолкнуть резец от заготовки, а сила P_x. стремится изогнуть резец в горизонтальной плоскости и вывернуть его из резцедержателя.

Очевидно, что чем больше вылет резца , тем больше будет изгибающий момент М_изг = P_z l кгс-мм, тем, следовательно, большим должно быть сечение державки резца. Во избежание смещения резца от действия сил Р_y и Р_x он должен быть прочно закреплен в резцедержателе.

Напряжения, вызванные в державке силами P_z, Р_y и Р_x, не должны повышать напряжений, допускаемых материалом державки по его прочности и жесткости. В практике, однако, принято рассчитывать резец только на плоский изгиб по силе P_z, не учитывая деформаций от сил Р_y и Р_x.

Наряду с напряжениями в державке резца сила P_z создает большие напряжения и в режущей части инструмента — в пластинке. В зависимости от значения переднего угла пластинка может испытывать деформации изгиба и среза или деформации сжатия. Для каждого резца сила Р_z должна быть не больше определенной величины, иначе напряжения, вызванные этой силой, достигнут предела прочности пластинки и пластинка разрушится. Это особенно важно для твердосплавных резцов из минералокерамических, алмазных материалов и эльбора Р (вследствие их большей хрупкости)..

Действие сил на заготовку. Если на резец действует сила Р_z , то на заготовку в месте резания действует сила Р_z^' , равная по величине силе Р_z, но обратная по направлению.

Перенося в центр обрабатываемой заготовки две равные и противоположно направленные силы Р_z видим, что создается пара сил и момент сопротивления резанию:

M _с.р.= Р_z^' D / 2.

Рисунок 6.4 Схема действия сил на заготовку, инструмент,станок

Кроме скручивания заготовки, от действия силы Р_z^' создается момент, изгибающий заготовку в вертикальной плоскости. Для резания необходимо, чтобы момент

сопротивления резанию был преодолен вращающим (крутящим) моментом станка, т. е. вращающий момент станка на выбранной ступени числа оборотов был бы больше или, в крайнем случае, равен (для расчетов) моменту cопротивления резанию: М_вр/ М_с.р..

Вращающий момент станка-

М_вр = 975000 N_шп / n кгс-мм,

где N_шп — мощность на шпинделе в кВт; n — частота вращения шпинделя в об/мин. В свою очередь,

N_шп = N_ст h

где N_ст — мощность электродвигателя станка; h —к. п. д. станка.

Сила Р_y' изгибает заготовку в горизонтальной плоскости. При недостаточной жесткости технологической системы эта сила может вызвать в процессе резания вибрации. Складываясь с силой Р , они создают силу R₁, которая будет вызывать суммарный изгибающий момент, действующий на заготовку и влияющий на точность обработанной поверхности.

Сила Р_x^' прижимает заготовку к переднему центру {или стремится сдвинуть заготовку в осевом направлении при креплении ее в патроне) и создает момент

кгс-мм,

который «вывертывает» заготовку из центров.

Действие сил на станок. Сила резания P_z, будучи наибольшей и совпадая с направлением скорости резания, через резец действует на суппорт и станину. Сила Р_z^' через заготовку действует на центры и заднюю бабку. По этой силе производится расчет ответственных деталей станка и мощности, затрачиваемой на резание (а следовательно, расчет и необходимой мощности электродвигателя станка).

Радиальная сила Р_y действует через резец на суппорт и станину, а сила Р_y^' через заготовку — на шпиндель, центры и заднюю бабку станка. По этой силе производится расчет станка на жесткость и расчет радиального давления на подшипники шпинделя.

Сила подачи Р_x действует через резец на механизм подачи станка, а сила Р_x^' через заготовку—на шпиндель и его опоры в осевом направлении. Сила Р_x преодолевается механизмом подачи станка, а потому в основном по ней и рассчитываются детали коробки передач фартука и упорные подшипники шпинделя, а также мощность, необходимая для осуществления движения подачи. Таким образом, силы, действующие в процессе резания, нужно знать для правильного расчета и конструирования режущего инструмента, станков и приспособлений, для расчета жесткости технологической системы и мощности, затрачиваемой на резание, а также для правильной эксплуатации станка, инструмента и приспособлений.