Влияние скорости резания на силу резания.

Ранее считалось, что скорость резания практически не влияет на его силу. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом динамометров. В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. Выясним эту зависимость на примере опытов для условий свободного резания стали 40Х, которые проводились при изучении деформации стружки (см. параграф 3.6). Прежде всего необходимо отметить полную идентичность зависимостей Р_z = f(v) и K_l = f(v). В тех областях скоростей резания, где уменьшается коэффициент укорочения стружки, снижается сила резания, и наоборот (рис. 5.10). Однако это не случайное совпадение, а закономерность. Возрастание значения K_l свидетельствует об уменьшении угла сдвига  и соответственно об увеличении поверхности, по которой происходит сдвиг. При этом повышается степень деформации металла, т.е. происходит его упрочнение, а значит, возрастают напряжения, при которых происходит сдвиг. Увеличение напряжения и площади сдвига приведет к росту силы резания. Кроме того, сила резания и коэффициент укорочения зависят от коэффициента трения при деформировании срезаемого слоя.

Влияние переднего и заднего углов на силу резания.

При увеличении переднего угла  облегчается врезание зубьев инструмента в деталь, улучшается сход стружки, уменьшается деформация обрабатываемого металла и снижается коэффициент укорочения стружки, а, следовательно, уменьшается Р_z.

Влияние заднего угла на силу резания устанавливается, исходя из способности металла упруго восстанавливаться. С уменьшением угла  увеличивается контакт задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью, что приводит к росту сил трения и резания. Этому способствует то обстоятельство, что после прохождения режущего лезвия металл упруго восстанавливается, образуя дополнительную площадку контакта инструмент—деталь на длине l (см. рис. 5.2). Чем больше , тем меньше длина контакта l, а, следовательно, и Р_z.

Силы резания при точении.

В условиях несвободного резания при точении равнодействующую силу сопротивления резанию R раскладывают на три составляющие (рис. 5.12): Р_z – главную силу резания, которая действует в направлении скорости главного движения; Р_у – радиальную силу, направленную в вершине лезвия по радиусу траектории главного вращательного движения резания; Р_x – осевую силу, действующую параллельно оси главного вращательного движения резания, т.е. силу подачи. По Р_z производят расчеты прочности и жесткости резца, а также необходимой мощности на осуществление процесса резания. Однако более правильно было бы точные расчеты резца производить на деформацию косого изгиба от действия силы. Что касается влияния свойств материала инструмента, скорости резания, смазочно-охлаждающей жидкости, переднего и заднего углов на силы резания, то выводы, сделанные для случая свободного резания, целиком применимы к точению различными резцами.

Силы резания и крутящий момент при сверлении.

Предположим, что равнодействующая сил, возникающих на режущем лезвии сверла, приложена в точке А (рис. 5.17,а). Разложим ее в трех взаимно перпендикулярных направлениях и получим три составляющие силы, действующие на каждое лезвие. Силы Р_z создают крутящий момент M_кр, который преодолевается шпинделем станка. Силы Р_у действуют по радиусам и взаимно уничтожаются. Силы Р_x вместе с силой Р_п, действующей на перемычке, образуют осевую силу или силу подачи, которая преодолевается механизмом подачи станка. В итоге на сверло действуют крутящий момент M_кр и осевая сила, или сила подачи Р_о. В процессе резания в ячейках технологической системы могут возникать колебания, называемые вибрациями. Технологическая система в общем случае представляет совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей, предназначенная для выполнения того или иного технологического процесса или операции. Технологическая станочная система может служить для обработки, конкретной поверхности детали или, как одна из многих подсистем, входить в общую систему для обработки детали, а в дальнейшем – сборки машины. Раскрытие физических причин возмущения колебаний при резании металлов с самого начала развития науки о резании привлекало внимание исследователей. Практика показала, что при различных условиях обработки могут появляться колебания детали, оборудования и инструмента различной частоты. Чаще всего деталь имеет низкочастотные колебания, а инструмент – высокочастотные. При возникновении вибраций снижается качество обработанной поверхности и период стойкости инструмента. В ходе работы станка возникает несколько различных видов колебаний – вынужденные, параметрические, релаксационные и самовозбуждающиеся, или автоколебания,

Вынужденные колебания возникают вследствие наличия в системе внешней периодической силы, вызывающей колебательный процесс с частотой, равной частоте возмущающей силы. Причиной появления возмущающей силы могут быть силы, обусловленные процессом резания (прерывистость процесса резания, неравномерность припуска, оставленного на обработку), а также силы, возникающие в ячейке технологической системы вне зоны резания (дисбаланс вращающиеся частей станка, детали и инструмента, дефекты зубчатых и ременных передач станка, передача колебаний станку от других работающих поблизости станков и т.д.) [5]. Для устранения этих колебаний достаточно ликвидировать причины их возникновения.

Параметрические колебания возникают при наличии какого-либо переменного параметра, создающего эффект, аналогичный действий переменной силы. Обычно таким параметром является переменная жесткость узла или детали. Например, наличие шпоночной канавки на валу или переменная жесткость подшипников качения (рис. 5.21) приводит к тому, что при вращении прогибы вала периодически изменяются, хотя внешняя сила постоянна, Параметрические колебания вследствие переменной жесткости по своему характеру близки к вынужденным.

Релаксационные (прерывистые) колебания возникают при медленных перемещениях узлов станочной системы. Рассмотрим механизм их появления (рис. 5.22). При малой равномерной скорости перемещения v₀ ведущего звена 1 сначала происходит деформация передаточного звена 2 без движения ведомого звена 3, пока не будет преодолена сила сопротивления F₀. Как только начнется движение, сила трения резко падает, так как она меньше, чем сила трения покоя. При этом ведомое звено под действием потенциальной энергии передаточного звена получит перемещение с переменной скоростью v и остановится. Далее циклы скачков повторяются. Релаксационные колебания, приводя к неустойчивому перемещению узлов, могут вызвать значительные динамические нагрузки на узлы станка и режущий инструмент, а также погрешности при обработке деталей.