0 руб
Оформить заказ2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ
Направление силы резания не совпадает с направлением движения резания. На рис. III.9, а–в показаны схемы сил резания соответственно при продольном и поперечном точениях и при строгании. Результирующая сила раскладывается на составляющие
(III.4)
Параметры процесса резания.
или
где — тангенциальная (главная) сила резания; — нормальная сила резания; — сила подачи.
Ось oz совпадает с вектором скорости резания, ось oy — нормальная к обработанной поверхности, ось ox совпадает с направлением подачи.
Силы и могут быть определены по следующим приближенным формулам:
для быстрорежущих резцов м/с)
; ;
для резцов, оснащенных твердыми сплавами м/с),
.
Сила не выполняет полезной работы, так как направление ее действия перпендикулярно к направлениям рабочих движений инструмента. Работа силы весьма мала, так как скорость перемещения (подача) в этом направлении значительно меньше скорости резания. При определении мощности N, затрачиваемой на резание, влиянием силы пренебрегают:
, (III.6)
где N — мощность, Вт; — сила резания, H; — скорость резания, м/с.
При расчете мощности сверления и фрезерования следует использовать формулу
,
где M — момент, H · м; — угловая скорость, рад/с.
Для ориентировочного определения силы резания можно применять простейшую формулу
, (III.7)
где p — удельная сила резания, Па; F — площадь поперечного сечения срезаемого слоя, м2.
При обработке стали и высокопрочного перлитного чугуна
, (III.8)
где — предел прочности при растяжении, Па;
серого чугуна
. (III.9)
Для экспериментального определения сил резания применяют электрические, гидравлические и механические динамометры. Наибольшее распространение получили электрические динанометры: индуктивные, емкостные, пьезоэлектрические, с проволочными датчиками сопротивления. Электрические динанометры компактны, достаточно чувствительны, малоинерционны и обеспечивают высокую точность измерения в широком диапазоне изменения сил.
Широко используется универсальный динамометр Б. И. Мухина (УДМ) с проволочными датчиками. Он может применяться для одновременного измерения составляющих сил резания и крутящего момента при различных видах обработки (точение, сверление, фрезерование).
Гидравлические динамометры конструктивно просты, но громоздки, имеют малую чувствительность, большую инерционность. Поэтому они применяются редко и не пригодны для регистрации быстро изменяющихся сил резания.
Сила резания зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются: 1) размеры сечения срезаемого слоя; 2) скорость резания; 3) геометрические параметры и шероховатость режущей части инструмента; 4) степень затупления инструмента; 5) род и механические свойства обрабатываемого материала; 6) структурное состояние обрабатываемого материала; 7) материал режущей части инструмента; 8) смазка или охлаждение режущей части инструмента в процессе резания. Влияние ряда факторов (1, 2, 3, 5) на силы резания может быть выражено математическими формулами, влияние остальных (4, 6, 7, 8) — учитывается с помощью поправочных коэффициентов.
Зависимость силы резания от размеров сечения срезаемого слоя является основой для расчета оптимальных режимов резания, элементов станка, приспособлений и инструментов. Эта зависимость описывается эмпирической формулой , (III.10) где — коэффициент, зависящий от условий процесса резания (факторы 2–8); b — ширина срезаемого слоя; a — толщина срезаемого слоя. Показатель степени равен или весьма близок к единице, а показатель находится в пределах от 2/3 до ¾.
Зависимость удельной силы резания от толщины срезаемого слоя можно найти, если в формулу (III.7) подставить из уравнения (III.10), учитывая, что = 1, F = ba:
. (III.11)
Формулы (III.10) и (III.11) выражают основную силовую зависимость для различных видов обработки лезвийными инструментами (точение, строгание, протягивание, сверление, фрезерование). Для каждого вида обработки вводятся частные формулы, учитывающие влияние подачи и глубины резания на силу резания, крутящий момент. Запись этих формул зависит от вида режущих инструментов, формы и расположения режущих кромок и кинематики процесса резания (см. гл. VIII).
Влияние скорости резания на силу резания учитывается при обработке стали твердосплавными резцами и может быть описано графически (рис. III.10). С увеличением скорости резания сила сначала уменьшается, а затем, пройдя минимум, несколько увеличивается и, достигнув максимума, при скорости снова уменьшается. При увеличении скорости резания свыше 6–7 м/с (400 м/мин) сила практически не изменяется. Такое изменение силы резания обычно связывают с изменением действительного переднего угла, коэффициента трения и усадки стружки [62].
III.2. Показатели степени в формулах (III.13) и (III.14)ф
Показатель степени | Материал резца | |||
Твердый сплав | Быстрорежущая сталь | |||
qz qy qx lz ly lx
| 0,8–0,9 | 1,0 | ||
2–4 2,5–4,5 | ||||
–0,18 –0,85 0,4 | –0,18 (* 0,22 (* –0,13** –1,2* +0,85** | |||
В интервале скорости резания от 1 до 6,5 м/с (60–400 м/мин) сила резания определяется по формуле
(III.12)
где n — –1/8…–1/6 (в нормативах принято n = –0,15); С — постоянная.
Наибольшее влияние на силы резания оказывают передний угол и главный угол в плане . Это влияние учитывается с помощью поправочных коэффициентов, которые определяются по формулам вида
; (III.13)
, (III.14)
где i = z, y, x; ql ; li — показатели степени (табл. 2).
* При обработке стали.
** При обработке чугуна.
Влияние угла наклона и радиуса переходной режущей кромки на силы резания учитывается поправочными коэффициентами, значение которых приведено в табл. III.3 [55].
Затупление инструмента при обработке стали сначала приводит к некоторому уменьшению, а затем к увеличению сил резания. При обработке чугуна силы резания растут непрерывно с увеличением высоты площадки износа по задней поверхности.
Влияние обрабатываемого материала на силы резания учитывается приближенными эмпирическими зависимостями, которые действительны для однородных групп материалов (углеродистая конструкционная сталь, серый чугун и т. д.).
III.3. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров резца на составляющие силы резания при точении и строгании заготовок из стали и чугуна
Состав-ляющая силы резания | Угол наклона главной режущей кромки* λ, … | Радиус переходной режущей кромки, r, мм** | |||||||
–5 | 0 | 5 | 10 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 5,0 | |
Pz | 1,0 | 0,87 | 0,93 | 1,0 | 1,04 |
| |||
Py | 0,75 | 1,0 | 1,25 | 1,7 | 0,66 | 0,82 | 1,0 | 1,14 |
|
Px | 1,07 | 1,0 | 0,85 | 0,65 | 1,0 |
* Для твердосплавного резца.
** Для резца из быстрорежущей стали.
Поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий влияние обрабатываемого материала,
для стали ;
серого чугуна ;
ковкого чугуна .
Показатели степени для различных материалов и инструментов приведены в гл. VIII.