2.4.2. Составляющие силы резания при точении

С

Рис. 67. Силы резания при точении и ее составляющие

резаемый слой давит на резец с силой резания Р (рис. 67), являю­щейся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, дей­ствующих на его передней и задней поверхностях. В общем случае сила резания не расположена в главной секущей плоскости N–N, а составляет с ней некоторый угол. При изменении обрабатываемого материала, геометрических параметров резца и режима резания сила резания Р изменяет не только свою величину, но и направление относительно детали и резца.

Поэтому при определении расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость резца и отдель­ных деталей и узлов токарного станка силу резания Р раскладывают на три координатные оси z, y, x, получая составляющие Р_z, Р_у и Р_x. Ось z направлена вертикально, оси y и х расположены в горизонтальной плоскости, соответственно перпендикулярно и параллельно оси детали. Составляющие силы резания имеют свои названия. Силу Р_z называют тангенциальной окружной силой, или главной составляющей силы резания; силу Р_у – радиальной силой; силу Р_х – осевой силой, или силой подачи. Реакция окружной силы создает момент сопротивления резанию, называемый крутящим моментом резания (Н·м):

.

Для того, чтобы осуществлялся процесс резания, крутящий момент М_ст, развиваемый станком при определенном числе оборотов шпинделя, должен быть больше крутящего момента резания, т.е. М_ст  М. Эффективная мощность станка N_e (мощность на шпинделе) складывается из мощностей N_ez и N_ex, затрачиваемых на преодоление сил P_z и P_x, т.е. N_e = N_ez + N_ex. Составляющие мощности (кВт)

N_ez = ; N_ex = .

Если предположить, что силы P_z и Р_х будут даже равны друг другу, то при применяемых режимах резания составляющая мощности N_ex всегда во много раз меньше составляющей N_ez. Поэтому эффективную мощность станка рассчитывают только по окружной силе (кВт):

N_e =

а силу P_z вследствие этого называют главной составляющей силы резания.

Сила P_z, действуя на резец, изгибает его в вертикальной плоскости, а ее реакция также в вертикальном направлении изгибает деталь. Сила Р_y стремится оттолкнуть резец от детали в направлении, перпендикулярном к ее оси, а реакция силы Р_y изгибает деталь в горизонтальной плоскости. Сила P_x противодействует продвижению суппорта станка вдоль оси детали. По ее величине рассчитывают на прочность механизм подачи станка. Сила P_x изгибает резец в горизонтальной плоскости. Таким образом, под действием изгибающих сил P_z и P_x резец испытывает косой изгиб. Реакция силы P_x сдвигает деталь вдоль ее оси.

С

Рис. 68. Горизонтальные составляющие силы резания при точении и их равнодействующая

илы P_z, Р_y и P_x в общем случае неодинаковы. Величина силы P_z главным образом определяется нормальной силой, действующей на передней поверхности резца. Силы Р_y и P_x (рис. 68) зависят от величины и направления силы трения. Поэтому соотношение между силами P_z, Р_y и P_x изменяется при изменении материала обрабатываемой детали, геометрических параметров резца и режима резания. Если радиус переходного лезвия резца r = 0, то увеличение глубины резания до 2 мм уменьшает отношение P_y/P_z и увеличивает отношение P_x/P_y. При t > 2 мм дальнейшее увеличение глубины резания на указанные отношения влияния не оказывает. При любых глубинах резания увеличение подачи уменьшает отношение P_y/P_z и P_x/P_z.

Значительное влияние на изменение соотношения между силами P_z, Р_y и P_x оказывают передний угол и главный угол в плане резца. Уменьшение переднего угла и переход его в область отрицательных значений увеличивает отношения P_y/P_z и P_x/P_z. Главный угол в плане вслед­ствие изменения положения главного лезвия относительно движения подачи влияет на отношение P_x/P_y. Из рис. 68 видно, что

= tg( ± _xy),

где угол _xy является проекцией угла схода стружки на координатную плоскость xy. Из выражения следует, что при увеличении главного угла в плане отношение P_x/P_y будет непрерывно возрастать, достигая максимума при  = 90°. При максимальном значении угла  сила P_x достигает максимального значения, а сила P_y – минимального.

При  = 45°,  = 0°,  = 15° и отношении t/s > 10 можно пользоваться следующим приближенным соотношением:

P_z : Р_y : P_x = 1 : (0,4…0,5) : (0,25…0,3).

Из соотношения следует, что главная составляющая P_z по вели­чине мало отличается от силы резания:

Р = = (1,1…1,15)P_z.