книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

и, следовательно, р будет также изменяться от минимума до

не учтено влияние угла наклона зуба фрезы со. Между тем опыт показывает, что с увеличением угла со (при 7 = 0) несколько возрастает нагрузка, так как усиливается трение между зубьями инструмента и стружкой.

=115 кгс/мм2

380

Составляющие силы резания при фрезеровании

При фрезеровании, как и при точении, равнодействующую силу резания Р (рис. 233, а) можно разложить на составляющие силы, определяющие процесс резания и влияющие на технологи­ ческие факторы. Например, касательная сила Рг создает кру­ тящий момент на шпинделе станка, по которому рассчитывается необходимая мощность; это — главная сила по своему значению. Вторая составляющая — радиальная сила Ру направлена нор­ мально к поверхности резания и, следовательно, в значительной степени влияет на наклеп обработанной поверхности. Но, оче­ видно, этот наклеп должен определяться и вертикальной состав-

Рис. 233. Составляющие силы резания при фрезеровании

ляющей силой Рв, действующей перпендикулярно к обработанной поверхности и равной проекции сил Рг и Ру на это направление,

Р в = Ру cos — Р2 sin (256)

Можно спроектировать процесс фрезерования так, что сила Рв будет равна нулю или (еще лучше) направлена вниз, т. е. будет отрицательной величиной; в этом случае все стыки системы изде­ лие—стол станка—консоль—станина уплотняются и работа про­ текает в более благоприятных условиях в отношении вибраций системы. Этим отчасти можно объяснить повышенную стойкость

Она является наибольшей по величине и часто определяется при расчете нагрузки отдельных элементов системы.

381

Опыт и расчеты показали, что при встречном фрезеровании на механизм подачи затрачивается значительно большая мощ­

а также на систему СПИД. Ее величина в основном зависит от угла наклона винтовой режущей кромки со и поэтому иногда рассчитывается по формуле (рис. 234, а)

P0 = P'ztga>,

что является не совсем точным. В действительности относитель­ ная величина Р"г может быть больше Р'г, а Р'0 меньше Р0, так

как вдоль винтового зуба на его передней поверхности действует еще сила трения Fn, осаживающая стружку (рис. 234, б). Следо­ вательно, равнодействующая R сил F и Р' образует с силой P"z угол a>i и тогда

где <0[ «< оз.

Необходимо подчеркнуть, что все составляющие силы резания заметно изменяются в зависимости от формы и геометрии фрезы, размера среза, остроты режущих кромок, рода обрабатываемого материала, смазочно-охлаждающей жидкости и других факторов.

В результате увеличивается действительный передний угол,

382

где p — удельная сила" резания; fx = Bsz sin 37°; f2 — Bsz sin 77°. Подставляя в последние формулы значения параметров, при­ веденных на рис. 235, получим величину Рх, действующую при

врезании очередного зуба:

Рх = l,35pBsz \

В момент выхода очередного зуба из контакта имеем углы контакта 77 и 114°, и тогда получим соответственно Рх = 0,8pBs2.

В таком же порядке подсчитываются величины Рх во втором случае — симметричного фрезерования (рис. 235, б) при равных фазах встречного и попутного фрезерования и в третьем случае — несимметричного фрезерования, когда преобладает фаза попут­ ного фрезерования. Соответствующие значения Рх и их измене­ ния во времени показаны на рис. 235. Можно заметить, что коле­ бания силы Рх значительны в первом и минимальны в третьем случае при несимметричном резании.

изменялась бы не только по величине, но и по знаку, что заметно повлияло бы на стойкость инструмента и качество обработанной

от ряда факторов, особенно от обрабатываемого материала, гео­ метрии инструмента и толщины среза. Например, по данным [31 ] , при фрезеровании жаропрочных и титановых сплавов цилиндри-

до 3. Этим можно объяснить, почему фрезерование разных ме­ таллов с различной установкой обрабатываемой детали относи­ тельно инструмента дает неодинаковые результаты.

Вместе с тем отмечаются любопытные факты падения сил резания при скоростном фрезеровании с увеличением отрицатель­ ного переднего угла (—у), т. е. с увеличением угла резания. Уменьшается и потребляемая мощность с увеличением скорости

1 Необходимо отметить условность полученных величин Рх, поскольку удель­ ные силы резания р изменяются в зависимости от углов контакта (или от толщины среза).

383

резания. При некоторых условиях эта мощность меньше сравни­ тельно с обычным фрезерованием [148]. Эти явления можно объяснить тем, что с увеличением переднего угла (—у) умень­ шается трение между поверхностью резания и задней гранью зубьев фрезы в результате отжатая инструмента из-за резкого увеличения радиальной силы. Но главная причина этого явления заключается в следующем. При попутном скоростном фрезерова­ нии имеет место ударное нагружение. Отличительные особенности деформирования при ударном нагружении — резкое повышение предела текучести [71 ] и малая, остаточная деформация. Благо­ даря высокому уровню напряжения и скорости деформации развивается трещинообразование, облегчающее процесс разру­ шения.

Указанные явления отсутствуют при встречном фрезеровании, когда процесс резания начинается при нулевой толщине среза и сопровождается усилением трения и наклепом при врезании зуба фрезы в обрабатываемый металл.

85.ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СИЛЫ

РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Главная по значению сила резания — касательная сила Рг — изменяется по величине в процессе резания, и лишь в случае равномерного фрезерования при известных условиях колебания силы резания будут весьма малы (поскольку имеет место биение фрезы с оправкой или вибрации системы), а величина этих сил приближается к их среднему значению Р 2 с р . Для практических расчетов чаще всего требуется значение Pzcp, величину которой можно определить по уравнению

Срединная толщина среза при угле контакта г]з,- = -k- на основании предыдущего

после сокращения получаем

Значения С р и 1 даны в табл. 44.

Силу резания P z f p можно выразить в зависимости от подачи

в минуту sM, подставив в уравнение (258) значение sz = Тогда получим

Для расчета мощности, необходимой для фрезерования, можно воспользоваться формулой

Подставляя в уравнение (261) значения Р г с р из формулы (258) nDn

и заменив v его значением v = у щ , получим

В табл. 44 даны формулы и соответствующие значения постоян­ ных коэффициентов для расчета сил резания и мощности при фрезеровании различных металлов фрезами разных типов [116].

3 8 6

Таблица 44

Формулы для определения окружной силы и эффективной мощности 1

1 О к р у ж н а я с и л а и м о щ н о с т и д а н ы с у ч е т о м з а т у п л е н и я ф р е з .

толщина среза, а следовательно, и площадь среза. Но потребляе­ мая станком мощность при постоянном числе оборотов инстру­ мента п несколько увеличивается, поскольку.возрастает скорость резания v.

4. С увеличением числа зубьев фрезы г сила резания и мощ­ ность возрастают, так как пропорционально увеличиваются число зубьев в контакте с обрабатываемым материалом и подача sM (в минуту) при постоянной подаче на зуб s2.

5. Смазка при фрезеровании снижает силы резания и потреб­ ляемую станком мощность. Как показано на рис. 236, соответ­ ствующий эффект зависит от вида смазочно-охлаждающей жид­ кости; например, осерненное минеральное масло снижает мощ­ ность станка на 35%, в то время как чистое минеральное масло лишь на 20%. Характер фрезерования существенно влияет на

388