4.6 Силы резания. Технологические составляющие силы резания

Силы резания используются для расчета режущего инструмента и узлов металлорежущего станка на прочность и жесткость, а также для расчета точности и виброустойчивости обработки и мощность, затрачиваемой на резание.

Технологическими составляющими силы резания называют ее проекции на технологические оси x, y, z:

• ось x направлена вдоль подачи S;

• ось y перпендикулярна к обработанной поверхности;

• ось z совпадает с вектором V скорости главного движения (рис. 4.8).

а б

Рис. 4.8. а – технологические оси; б – схема составляющих силы резания

На рисунке 4.8 показаны составляющие силы резания, действующие на резец. Равные им, но противоположно направленные составляющие действуют на заготовку.

В плоскости, проходящей через оси ν и z расположена суммарная равнодействующая сила резания P. Точка O – точка приложения этой силы.

Проекцию силы P на оси x, y, z, υ обозначают соответственно P_x, P_y, P_z, P_υ. Сила – есть вектор ( ). Вектор определяется модулем (P) и направлением. Из рисунка 4.8 следует:

(4.14)

(4.15)

Силу P_x называют силой подачи. Она используется при проектировании механизма подачи станка.

Силу P_y называют радиальной силой. Она деформирует заготовку; оказывает большое влияние на точность и виброустойчивость обработки.

Силу P_z, вертикальную составляющую силы резания, часто называют главной составляющей силы резания. Эта сила вместе со скоростью резания определяет мощность резания (эффективную мощность), а вместе с диаметром заготовки – крутящий момент на валу шпинделя станка.

(4.16)

где P_z измеряется в H, V – в м/мин, N_э – в кВт, D – в мм, М_кр – в Н·м.

При прямых срезах (t > S) имеют место следующие средние соотношения между составляющими силы резания:

(4.17)

Подставляя (3.17) в (3.15), получим

P = 1,08 P_z, или P P_z . (4.18)

Таким образом, сила P_z по модулю практически равна равнодействующей силе P. Поэтому силу P_z называют главной составляющей силы резания.

4.7. Эмпирические формулы для расчета технологических составляющих силы резания.

Зависимость технологических составляющих силы резания от глубины резания и подачи принято выражать степенными формулами:

(4.19)

где K₁, K₂, K₃... – поправочные коэффициенты на силы P_z, P_y, P_x, учитывающие влияние всех других факторов, кроме глубины резания t и подачи S.

Значения c_p, x_p,y_p приводятся в нормативах по режимам резания.

При увеличении глубины резания и подачи растет площадь срезаемого слоя, что вызывает увеличение всех составляющих сил резания P_z, P_y, P_x.

Установлено, что при прямых срезах (t > S) при точении различных конструкционных материалов глубины резания t влияет на составляющие силы резания в большей степени, чем подача S. В формулах (3.19) х_p > у_p. Например, при точении конструкционных материалов при t > S частные зависимости составляющих силы резания от t и S имеют следующий вид:

(4.20)