ГоловнаЗворотній зв'язок

Техн.и технологии 2

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 (Р v ), расходуется на упругое и пластическое деформирование металла, его разрушение, преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку стружки и стружки о переднюю поверхность инструмента.

В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого (Ру1 и Ру2) и пластического (Рп1 и Рп2) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям резца (рис. 15а). Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения (Т1 и Т2), направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента.

Указанную систему сил приводят к равнодействующей силе резания:

 

 

 

Рис. 16.  Силы, действующие на резец (а), и разложение силы резания на составляющие (б).

 

Считают, что точка приложения силы R находится в рабочей части главной режущей кромки инструмента (рис. 16.).

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 γ и α 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 х - линия центров станка, ось у - горизонтальная линия, перпендикулярная к плоскости хоу (рис. 16 б).

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

Вертикальная составляющая силы резания Рz действует в плоскости резания в направлении главного движения (по оси z).

По силе Рz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости xoz (рис. 17 а), изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 17 б), а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Радиальная составляющая силы резания Ру действует в плоскости хоу перпендикулярно оси заготовки.

По силе Ру определяют величину упругого отжатия резца от заготовки и величину деформации изгиба заготовки в плоскости хоу (рис. 17 а).

 Осевая составляющая силы резания Рх действует в плоскости хоу , вдоль оси заготовки.

По силе Рх рассчитывают механизм подачи станка, изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 17 б).

Рис. 17.  Силы, действующие на заготовку (а) и резец (б).

По величине деформации заготовки от сил Рz и Ру рассчитывают ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешность ее геометрической формы. По величине суммарного изгибающего момента сил Рz и Рх рассчитываю стержень резца на прочность. Равнодействующая сила резания, Н:

Силу Pz , Н определяют по эмпирической формуле:

где  CPz - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемой заготовки, kMPz - коэффициент, учитывающий факторы, не вошедшие в формулу (углы резца, материал резца и т.д.).

Значения коэффициентов CPz kmPz и показателей степеней xPz , yPz и nPz даны в справочниках для конкретных условий обработки.

Аналогичные формулы существуют для определения сил Ру и Рх. Условно считают, что для острого резца с γ = 150, φ=450, λ = 0 при точении стали без охлаждения Pz: Py : Px = 1: 0,45 :0,35/

Отношения Py : Pz и Px : Pрастут с увеличением износа резца, уменьшение угла φ увеличивает отношение Py : Pz , а повышение подачи приводит к росту отношения Px : Pz. Знание величин и направлений сил Pz:, Py , Px необходимо для расчета элементов станка, приспособлений и режущего инструмента.

Крутящий момент на шпинделе станка, Н*м:

Мк.ш = Pz Dзаг/ (2* 1000).

Изгибающий момент, действующий на стержень резца,

 Н*м (рис. 18):

Упругое перемещение стержня резца и заготовки под действием силы Ру , мм:

y=Py / JЗАГУ / JИНС,

где JЗАГ - жесткость системы заготовка - приспособление - элемент станка, на котором закреплена заготовка; JИНС - жесткость системы инструмент - приспособление - элемент станка, на котором закреплен инструмент.

Аналогичный расчет делают для определения горизонтального уп и вертикального zп упругих перемещений инструмента.

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

Ne = Pz v / (60* 103) + Px nsпр / (60*106),

где n - частота вращения заготовки, об/мин.

Мощность электродвигателя станка Nэ, кВт:

Nэ = Nэ,/η,

где η - КПД механизмов и передач станка.

 

 

27