15.5. Сила резания и мощность при фрезеровании

При работе фрезой со спиральными зубьями так же, как и при точении, на инструмент и заготовку действует сила Р, которая как диагональ параллелепипеда раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы P_z, P_y и P_x (рис. 15.19).

Для осуществления процесса резания к фрезе необходимо приложить силу R₁, преодолевающую сопротивление обрабатываемого материала. Эту силу можно разложить на окружную силу P_z, касательную к траектории движения точки режущей кромки, и радиальную Р_y, направленную по радиусу (см. рис. 15.19,а). Силу R₁ можно также разложить и на горизонтальную Р_н и вертикальную Р_v составляющие. У фрез с винтовыми зубьями в осевом направлении действует еще осевая сила Р_x (см. рис. 15.19,б). Из схемы следует, что Р_x =P_z tg.

а) б) в)

Рис. 15.19. Силы резания при работе

цилиндрической фрезой:

а) силы P_z и Р_у; б) силы Р_x и P_z; в) силы P_N и Т

Однако согласно исследованиям профессора А. М. Розенберга у фрез с винтовыми зубьями, помимо нормальной силы Р_N, вдоль зуба действует еще сила трения Т (см. рис. 15.19,в), производящая дополнительное осаживание стружки по направлению зуба фрезы. Равнодействующая Р' сил P_N и Т, будучи разложена на касательную и осевую силы, образует с направлением силы Р_z угол меньше угла , вследствие чего P_z = tg. Величинуtgможно принять равной 0,28tg, а потому

Р_x = 0,28P_z tg.

Отсюда следует, что чем больше угол , тем больше величина силы Р_x. Когда сила Р_x достигает очень больших величин, применяют фрезы с разным направлением наклона зубьев (рис. 15.20). В этом случае осевые силы направлены в разные стороны и уравновешивают друг друга.

Наиболее важной является окружная сила Р_z. По этой силе подсчитывают крутящий момент на шпинделе и эффективную мощность N_э, а также производят расчет на прочность механизмов главного движения.

Рис. 15.20. Набор фрез с разноименным направлением винтовой канавки

Осевая сила Р_x = (0,35…0,55)Р_z действует на подшипники шпинделя станка, на крепление заготовки и элементы механизма подачи станка.

Радиальная сила Р_у = (0,6…0,8)Р_z действует на опоры шпинделя станка, создает дополнительный момент трения и изгибает оправку, на которой крепится фреза.

Горизонтальная составляющая Р_н нагружает механизм подачи станка и элементы крепления заготовки.

При встречном фрезеровании Р_н = (1,0…1,2)Р_z, а при попутном фрезеровании Р_н = (0,3…0,9) Р_z.

Для подсчета средней окружной силы, Н, существует экспериментальная формула

. (15.12)

Значения коэффициентов и показателей степеней приведены в справочниках по режимам резания. Например, при фрезеровании стали с = 750 Н/мм² цилиндрическими и концевыми фрезами

.

Из формулы (15.12) следует, что с увеличением B, ,t и z средняя окружная сила увеличивается, а с увеличениемD уменьшается. Увеличение силы c увеличениемB, ,t и z объясняется тем, что с увеличением этих параметров возрастает число зубьев, одновременно находящихся в работе, и суммарная площадь поперечного сечения среза. К увеличению силы приводит также увеличение отрицательного переднего угла, увеличение износа фрезы, прочности обрабатываемого материала, так как при этих условиях увеличивается работа деформации и трения.

Уменьшение силы с увеличением диаметра фрезы объясняется тем, что при большихD одновременно в работе будет находиться меньшее число зубьев, а также будет уменьшаться толщина среза и площадь поперечного сечения среза. Например, при увеличении D со 100 до 150 мм сила уменьшится примерно на 35…40 %. К уменьшению средней окружной силыприводит также и увеличение угла в плане в диапазоне= 30…60° у торцовых фрез (увеличивается при этом толщина среза).

Характер изменения силы при фрезеровании с изменением скорости резания зависит от тех же факторов, что и при точении.

Зная среднюю окружную силу, кН, и скорость резания, м/мин, можно определить мощность, кВт, затрачиваемую на фрезерование:

.

Для подсчета мощности при фрезеровании пользуются обобщенной формулой

.

Например, для подсчета мощности при фрезеровании цилиндрическими, концевыми и дисковыми быстрорежущими фрезами (Р18) заготовок из стали с =750 МПа и ковкого чугуна с твердостью 150 НВ эта формула приобретает вид:

.