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 равнодействующая R силы
Рисунок 6.2 – Разложение силы
при точении на составляющие
сопротивления резанию раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы , действующие на резец: Рz — силу резания, или тангенциальную силу, касательную к поверхности резания и совпадающую с направлением главного движения; Рx — осевую силу, или силу подачи, действующую параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи; Рy — радиальную силу, направленную перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки. Равнодействующая
При w = 45°,l = 0 и g = 15° угол Δ между силами Pz и R раввен 25—40°, сила Рx= (0,3 - 0,4) Pzс cила Рy = (0,4 - 0,5) Pz.
На соотношение между силами Pz Рy, Рx влияют: элементы режима резания, геометрические элементы режущей части резца, материал обрабатываемой заготовки, износ резца и др. Начиная со скорости ~50 м/мин, отношения Рy / Pz и Рx / Pz 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 (sв á 150 кгс/мм^) резцом с отрицательным передним углом от— 5 до —15° сила Рyбольше силы Pz 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 Px / Pz возрастает, а отношение Рy / Pz 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 Pz и Рy, Pz и Px.
6.3 Действие сил Pz , Px, Рy , на инструмент, заготовку и станок
Действие силы на резец. Сила резания Pz изгибает резец в вертикальной плоскости, сила Рy стремится оттолкнуть резец от заготовки, а сила Px. стремится изогнуть резец в горизонтальной плоскости и вывернуть его из резцедержателя.
Очевидно, что чем больше вылет резца , тем больше будет изгибающий момент Мизг = Pz l кгс-мм, тем, следовательно, большим должно быть сечение державки резца. Во избежание смещения резца от действия сил Рy и Рx он должен быть прочно закреплен в резцедержателе.
Напряжения, вызванные в державке силами Pz, Рy и Рx, не должны повышать напряжений, допускаемых материалом державки по его прочности и жесткости. В практике, однако, принято рассчитывать резец только на плоский изгиб по силе Pz, не учитывая деформаций от сил Рy и Рx.
Наряду с напряжениями в державке резца сила Pz 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 Рz 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 Рz , то на заготовку в месте резания действует сила Рz' , равная по величине силе Рz, но обратная по направлению.
Перенося в центр обрабатываемой заготовки две равные и противоположно направленные силы Рz видим, что создается пара сил и момент сопротивления резанию:
M с.р.= Рz' D / 2.
Рисунок 6.4 Схема действия сил на заготовку, инструмент,станок
Кроме скручивания заготовки, от действия силы Рz' 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: Мвр Мс.р..
Вращающий момент станка-
Мвр = 975000 Nшп / n кгс-мм,
где Nшп— мощность на шпинделе в кВт; n — частота вращения шпинделя в об/мин. В свою очередь,
Nшп = Nст h
где Nст— мощность электродвигателя станка; h —к. п. д. станка.
Сила Рy' 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 Рx' 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 Pz, будучи наибольшей и совпадая с направлением скорости резания, через резец действует на суппорт и станину. Сила Рz' 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 Рy действует через резец на суппорт и станину, а сила Рy'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 Рx действует через резец на механизм подачи станка, а сила Рx' через заготовку—на шпиндель и его опоры в осевом направлении. Сила Рx 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.
При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующая R силы
кгс-мм,