3.5. Силы резания
Для осуществления резания к инструменту должны быть приложены силы, которые определяются сопротивлением металла стружкообразованию. Соответственно по третьему закону Ньютона возникают реактивные силы, действующие на рабочие поверхности режущего лезвия (инструмента) со стороны обрабатываемой заготовки: сила упругого и пластического деформирования Р1 и Р2, действующие перпендикулярно на переднюю и заднюю поверхности режущего лезвия. В результате относительного перемещения инструмента и заготовки на передней и задней поверхностях инструмента действуют силы трения Т1 = m × Р1 и Т2 = m × Р2 (рис. 8.).
Рис.8. Схема сил сопротивлению резанию, действующих на инструмент
Равнодействующая всех сил, действующих на металлорежущий инструмент, называется силой резания. Точка приложения силы резания на инструмент не постоянна, поэтому силу резания раскладывают на три составляющие Рz, Py, Px в декартовой системе координат, начало которой помещается в вершину резца (рис.9).
Главная составляющая силы резания Pz, совпадает по направлению со скоростью главного движения; осевая составляющая силы резания Px параллельна оси главного движения резания; радиальная составляющая силы резания Py направлена по радиусу главного вращательного движения.
Величиной главной составляющей силы резания Pz определяется нагрузка на станок и резец, а также величина крутящего момента Мкр. По величине Pz ведется расчет механизмов привода главного движения резания станка.
Мкр = Pz× (D/2) , H×м
где D - диаметр обрабатываемой поверхности, м.
Величина осевой составляющей Px определяет нагрузку механизмов привода подачи станка, их расчет на прочность производят по максимальной величине силы Px.
Величина радиальной силы резания Py определяет силу отжима резца и прогиб заготовки. По максимальной величине силы Py производят станины и суппорта.
Соотношение между величинами Px, Py, Pz не остается постоянным и зависят от геометрических параметров резца, параметров режима резания, износа инструмента, физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, условий резания и приближенно равно
Pz : Py : Px = 1 : ( 0.5...0.3) : (0.4... 0.25 ) .
Поэтому силу резания Pz называют главной составляющей силы резания.
Рис. 9. Силы, действующие на резец при продольном точении
Мощность (кВт), расходуемая на резание, складывается из мощностей, затрачиваемое на преодоление трех составляющих сил резания. Так как, мощности, затрачиваемые на преодоление сил Px, Py меньше, чем мощность для преодоления силы Pz, поэтому на практике эффективную мощность рассчитывают только по силе Pz
,
где Pz, кгс; V-скорость резания, м/мин.
С учётом коэффициента полезного действия станка можно посчитать необходимую мощность электродвигателя
Nэ.д.= N/ , где = 0,75…0,80.