Силы на резце в целом. Единичная и удельная силы, удельная работа и мощность резания.
Чтобы получить общую силу воздействия резца на древесину S, необходимо векторно сложить силы воздействия отдельных его участков: S=Sл+Sп+S3. Силу S можно представить как векторную сумму (рисунки) общей касательной силы Р и общей нормальной силы Q: S=Р+Q. Силы Р и Q, действующие на древесину со стороны резца в целом, получаются сложением их составляющих, найденных для отдельных участков рабочей зоны резца : Р=Рл+Рп+Р3;
Q
=Qл-Qп+Q3.
Выбор направлений для составляющих общей силы воздействия резца и его участков на древесину не случаен: сила, касательная к траектории определяет мощность, расходуемую на резание; нормальная сила передается на элементы станка (связи), удерживающие заготовку при обработке. Кроме того, по выбранным направлениям удобно измерять силы в экспериментах по резанию.
Касательную силу Р называют силой резания. Она всегда направлена по абсолютной траектории резания в сторону движения резца. Нормальная сила может проявляться как сила отжима Q (резец отжимает заготовку от заданной поверхности резания в сторону массива древесины) при Qл+Q3>Qп или как сила затягиванияQ| (резец затягивает заготовку в сторону срезаемой стружки) при Qл+Q3<Qп.
Обычно сила отжима имеет место при срезании тонких стружек тупым резцом с большим углом резания , а сила затягивания – при срезании толстых стружек острым резцом при малом угле резания.
Воздействие резца на древесину сводится к одной наклонно расположенной по отношению к вектору скорости резания силе S (S’), составляющими которой Р(Р) и Q(Q|) пользуются для удобства.
В процессе резания резец взаимодействует с древесиной. При этом одновременно действуют рассмотренные силы воздействия резца на древесину и противоположно направленные, равные им по величине силы воздействия древесины на резец.
При силовых и мощностных расчетах режимов резания пользуются следующими основными понятиями и соотношениями.
Обычно вычисляют единичную силу резания Р1(Н/мм) – силу резания, приходящуюся на единицу ширины срезаемого слоя. Считают, что полная сила резания Р всегда пропорциональна ширине срезаемого слоя В(мм): Р=Р1В.
Удельной силой резания К, понятие которой ввел И.А.Тиме, называется сила резания, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения стружки:
К=Р/ F=Р(Вh), где К – удельная сила резания, Н/мм2; F – площадь поперечного сечения стружки ,мм2; В – ширина срезаемого слоя, мм; h – толщина стружки, мм.
При расчете мощности, затрачиваемой на резание, используют понятие удельной работы резания К (Дж/см3), под которой понимают работу А(Дж) силы резания Р(Н) на пути L(м), отнесенную к величине номинального объема VH(см3) срезаемого слоя: К=А/VH=РL/(ВhL). Отсюда следует, что удельная работа К при выбранных размерностях численно равна удельной силе К (в последней формуле L сокращается), поэтому их обозначают одной буквой и в справочниках для них приводят общие таблицы. С физической точки зрения это разные величины с разной размерностью.
Из последней формулы следует, что А=КVH. Мощность резания Nрез (Вт) – это работа в единицу времени (1с): Nрез=А/t=КVH/t=КVH1, где VH1=V/t – номинальный объем стружки, срезанной за 1с (см3/с).
Когда известна сила резания Р(Н), мощность резания вычисляют по известной формуле механики Nрез=РV(пренебрегая различием в величине и направлении Vа и V).
В общем случае удельная сила и удельная работа резания К не являются величинами постоянными: они зависят от многих факторов процесса резания, но главным образом, от толщины срезаемого слоя и направления вектора скорости относительно волокон.
Теоретически определить К сложно, поэтому на практике используют средние значения этой величины, полученные экспериментально.