МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
СИЛЫ РЕЗАНИЯ
Методические указания
к учебно-исследовательской лабораторной работе
по дисциплинам
«Теория резания», «Резание материалов»
для студентов специальностей
1-36 01 01 «Технология машиностроения»
и 1-36 01 03 «Технологическое оборудование
машиностроительного производства»
Новополоцк 2016
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Полоцкий государственный университет»
Силы резания
Методические указания
к учебно-исследовательской лабораторной работе
по дисциплинам
«Теория резания», «Резание материалов»
для студентов специальностей 1-36 01 01 «Технология машиностроения»
и 1-36 01 03 «Технологическое оборудование машиностроительного
производства»
Новополоцк 2016
УДК 621.91.01
ББК 34.5-5я73
Одобрены и рекомендованы к изданию методической комиссией факультета машиностроения и автомобильного транспорта в качестве методических указаний
Кафедра «Технология и оборудование машиностроительного производства»
Составители:
Н.Н. Попок, д-р техн. наук, профессор;
А.В.Сидикевич, ст. преподаватель;
Г.И. Гвоздь, ассистент.
Рецензенты:
В.И. Абрамов, канд. техн. наук, доцент;
А.М. Долгих, канд. техн. наук, доцент.
© Оформление. УО «Полоцкий государственный университет», 2016
1 Цель и порядок выполнения работы
Цель работы – изучить схему действия сил резания на инструмент, аппаратуру для измерения сил резания, экспериментальным путем установить влияние элементов режима резания на составляющие силы резания, научиться определять постоянные коэффициенты и показатели степени при элементах режима резания в эмпирических формулах.
Рекомендуется выполнять работу в следующем порядке:
1. Изучить схему действия сил резания на инструмент.
2. Ознакомиться с аппаратурой для измерения сил резания.
3. Экспериментальным путем замерить численные значения составляющих силы резания Pz, Px, Py и силы тока I при изменении скорости главного движения (м/мин), скорости движения подачи Sо (мм/об) и глубины резания t (мм).
4. Используя метод графического логарифмирования, определить эмпирические зависимости Pz, Px, Py от скорости резания , подачи Sо, и глубины резания t.
5. Рассчитать мощность и силу резания по измеренной силе тока.
6. Заполнить протокол измерения составляющих силы и мощности резания (приложение 1).
2 Общие сведения
В связи с возникающими в зоне резания деформациями, трением и напряжениями инструмент испытывает сопротивление резанию, выражаемое действием на него сил резания. Знание сил резания необходимо, во-первых, для объяснения других явлений процесса резания и, во-вторых, для расчета инструментов, приспособлений и станков при их проектировании.
В процессе резания на переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента действуют нормальные силы давления Nп и Nз и Fп и Fз, которые рассматриваются при рассечении зоны резания главной секущей плоскостью (рис. 1). Если сложить эти силы геометрически, то получим равнодействующую силу сопротивления резанию P. Экспериментально измерить силы Nп, Nз, Fп, Fз и P затруднительно, потому что в общем случае они являются внутренними силами системы резания и имеют неопределенное пространственное расположение.
Pисунок 1 – Схема действия силы резания и ее составляющих
Для облегчения экспериментального определения сил резания равнодействующую силу Р раскладывают на составляющие по осям, направление которых определено кинематической схемой резания. В главной секущей плоскости силу Р раскладывают на главную (тангенциальную) составляющую Рz, действующую по направлению оси OZ вдоль вектора скорости главного движения , и на нормальную составляющую Pn по нормали n к поверхности резания. В основной плоскости составляющую Рn раскладывают на осевую составляющую Рx, действующую вдоль оси главного вращательного движения ОХ, и радиальную составляющую Рy вдоль оси ОУ по радиусу главного вращательного движения.
При этом каждая составляющая силы Р получает определенный технологический смысл:
– Pz – главная (тангенциальная) составляющая силы резания. Действует при точении на резец в направлении главного движения (Dr) по касательной к поверхности резания заготовки;
– Py – радиальная составляющая силы резания. Направлена по радиусу к оси главного вращательного движения. Эта сила отжимает резец и учитывается при расчете прочности инструмента и механизма поперечной подачи станка. Стремится оттолкнуть резец от заготовки и изогнуть его в горизонтальном направлении.
– Рх – осевая составляющая силы резания. Действует вдоль оси главного вращательного движения и направлена навстречу движению подачи (Ds). Эта сила при продольном точении стремится отжать резец в сторону задней бабки. Учитывается при определении допустимой нагрузки на резец и механизмы станка при продольной подаче.
Составляющую Рz называют главной, т.к она действует по направлению вектора скорости главного движения и имеет наибольшее значение при лезвийной обработке, она определяет основную работу резания. По силе резания PZ производят расчет крутящего момента М (Н·м), который нужно приложить к шпинделю станка (момент сопротивления резанию М):
Н·м
где D – диаметр заготовки, м.
Так же по силе PZ производят расчет мощности, затрачиваемой на резание (эффективной мощности) N (кВт):
,
кВт
где – скорость резания, м/мин.
Сила PZ имеет наибольшее численное значение, например, при лезвийной обработке численные соотношения между составляющими силы резания следующие: Px=(0,2...0,5) Рz; Py=(0,3…0,6) Рz.
Величина равнодействующей силы Р рассчитывается в соответствии со значениями всех трех ее составляющих:
.