43Силы резания и мощность при точении

В условиях свободного резания при точении равнодействующую силу сопротивления резанию R раскладывают на три составляющие:

Р_Z – тангенциальную силу, или главную силу резания, которая действует в направлении главного движения резания;

Р_у – радиальную силу, действующую в горизонтальной плоскости  к оси детали;

Р_х – силу подачи или осевую силу, действующую параллельно оси детали, противоположно направлению подачи.

Принято по величине силы Р_Z производить расчеты прочности и жесткости резца, а также необходимой мощности на осуществление процесса резания. Более правильно было бы точные расчеты производить на деформацию косого изгиба от действия силы:

При определении прогиба детали, прочности и жесткости отдельных деталей станка за основу принимают величину силы Р_у, а прочность и жесткость механизма подачи станка рассчитывают по величине силы Р_х.

Для измерения сил Р_х, Р_у, Р_Z при точении используют трехкомпонетные токарные динамометры.

Для точного определения составляющих силы резания Р_х, Р_у, Р_Z существуют эмпирические правления, полученные экспериментальным путем.

Равнодействующая R является диагональю параллелепипеда

или R ≃ (1,1…1,2)R_Z

Зная величину сил резания, можно определить мощность, необходимую для осуществления процесса резания. Эту мощность называют эффективной, т.к. она не включает затраты мощности на преодоление сил трения в механизмах станка

или

Определив эффективную мощность N_рез можно найти мощность электродвигателя станка по формуле

где η_ст – к.п.д. станка. Обычно η_ст принимают равным 0,75;

К_n – коэффициент допускаемой кратковременной перегрузки. В большинстве случаев К_n=1,3…1,5, а иногда К_n=2.

43Влияние различных факторов на силы резания при точении

Влияние подачи и глубины резания

Используя формулу А.Н.Челюскина для определения сил Р_Z в случае свободного резания

и учитывая, что при точении проходными резцами , , запишем.

Экспериментальными исследованиями установлено, что для всех составляющих сил резания Р_х, Р_у, и Р_Z влияние t и s может быть выражено общей зависимостью.

Значения постоянных коэффициентов С_р и показателей степеней Х_р и У_р зависят от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров режущей части резцов, условий смазки, охлаждения зоны резания и т.д.

Влияние свойств обрабатываемого металла

Чем выше твердость и прочность обрабатываемого материала, тем больше значение сил резания

По этой формуле можно определить любую силу резания при обработке стали с НВ^″, если известна сила резания Р^′ для стали с НВ^′.

Что касается влияние свойств материала инструмента, скорости резания, СОЖ, переднего и заднего углов на силы резания, то выводы, сделанные для случая свободного резания, целиком применимы к точению проходными резцами.

Влияние главного угла в плане φ

По мере увеличения угла φ при обработке чугуна сила Р_Z уменьшается, а при обработке стали Р_Z сначала уменьшается, а затем (при φ=50⁰) возрастает.

такой характер зависимости Р_Z=f(φ) объясняется тем, что увеличение φ приводит к уменьшению ширины в и увеличению толщины среза а, хотя при этом глубина резания и подача остаются неизменными.

Указанное изменение величин в и а уменьшает силу Р_Z. Кроме того, большему значению угла φ будет соответствовать большая длина криволинейной части главного режущего лезвия, что усложняет условия резания и способствует увеличению силы Р_Z.

Таким образом, увеличение угла φ оказывает сложное влияние на силу Р_Z. При малых значениях угла φ большее воздействие на величину силы Р_Z оказывает изменение ширины и толщины среза, а при работе резцами с φ>50⁰ преобладает влияние радиуса криволинейной части режущего лезвия.

Влияние величины угла φ на силы Р_х и Р_у легко объясняется изменением соотношения сил, действующих в горизонтальной плоскости. Как видно из рисунка с увеличением угла φ сила Р_х возрастает, а сила Р_у уменьшается. При φ=90⁰ сила Р_у=0.

Таким образом, рассмотрев влияние различных факторов на величину сил резания, приведем обобщенные формулы для подсчета сил резания при точении:

; ; ;

где С_р – постоянные коэффициенты, характеризующие влияние условий обработки на величину сил резания.

Величина С_р определяется как произведенные ряда поправочных коэффициентов:

С_р=С_р′∙К_нв∙К_м∙К_φ∙К_γ·К_сож·К_h…,

где С_р′∙- постоянная, характеризующая определенные условия резания ля конкретной марки обрабатываемого материала, принятого за основу (эталон);

К – поправочные коэффициенты, характеризующие влияние;

К_нв – твердость и прочность обрабатываемого материала;

К_м – группы обрабатываемого материала (сталь углеродистая, легированная и т.д.);

К_φ – главного угла в плане φ;

К_сож·- смазывающе-охлаждающей жидкости;

К_γ – переднего угла;

К_h – величина износа резца и т.д.

Конкретные величины постоянных С′_р, поправочных коэффициентов К и показателей степени Х и У приводятся в специальных справочниках по режимам резания. там же помещены таблицы, позволяющие определить силы резания при различных значениях t и s.