14.4. Силы резания при сверлении

14.4.1. Силы, действующие на сверло

При сверлении в срезании стружки принимают участие два главных лезвия и перемычка. На каждом из главных лезвий действует сила резания, условно приложенная к точке режущей кромки, лежащей на радиусе D/4 (рис. 14.15). Эту силу резания раскладывают на:

P_z – касательная сила, касательная к окружности, на которой лежит точка приложения равнодействующей силы резания;

P_y – радиальная сила, проходящая через ось сверла;

P_x – осевая сила, параллельная оси сверла.

На другом главном лезвии действует аналогичная система сил.

Силы резания, действующие на перемычке, представляют только осевой силой P_xп (две другие силы, лежащие в плоскости, перпендикулярной оси сверла, во внимание не принимают, так как их влияние на силовые характеристики при резании невелико).

На каждую ленточку (вспомогательную кромку) действуют сила P_zл, направленная по касательной к окружности диаметром D, и осевая P_xл, направленная вдоль оси сверла (обе эти силы по характеру своему – силы трения).

Сумма проекций сил, действующих вдоль оси сверла, на ось X будет равна

.

Указанную сумму сил называют осевой силой при сверлении. По ней рассчитывают на прочность детали механизма подачи станка.

Рис. 14.15. Силы, действующие на сверло

Силы сопротивления проникновению сверла 2P_x, возникающие на главных режущих кромках, составляют ~40 % осевой силы P₀; силы сопротивления, возникающие на поперечной кромке P_xп, составляют 57 % и силы трения 2P_xл – 3 % от силы P₀.

Сумма моментов действующих сил относительно оси X составит

.

Указанную сумму моментов называют крутящим моментом сопротивления резанию (крутящим моментом резания).

Измерения показывают, что 80 % общего момента резания приходится на долю главных режущих кромок, 8 % – на поперечную кромку и 12 % – на трение стружки о сверло и ленточки об обработанную поверхность.

Для осуществления резания на конкретном станке необходимо, чтобы P₀ ≤ P_max, где P_max – наибольшая сила, допускаемая механизмом подачи станка, а крутящий момент резания М_кр должен быть меньше крутящего момента, развиваемого станком при определенном числе оборотов шпинделя, т.е. М_кр < М_ст.

Силы P_y, действующие на обоих главных лезвиях сверла и направленные навстречу друг другу, теоретически должны уравновешиваться. Однако вследствие неточности заточки сверла (неодинаковой величины углов в плане и длин главных кромок) силы P_y не равны. Поэтому появляется равнодействующая сила ∆P_y, направленная в сторону большей силы. Под действием силы ∆P_y происходит «разбивание» отверстия, которое, в свою очередь, вызывает другую погрешность – увод сверла от геометрической оси отверстия, так как сверло перестает своими фасками центрироваться в отверстии. «Разбивание» и увод отверстия от геометрической оси всегда присущи сверлению отверстий двухлезвийными винтовыми сверлами.

По силе P₀ и моменту М_кр можно рассчитать потребную мощность электродвигателя станка. Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение сверла, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

.

Мощность, Вт, затрачиваемая на вращение:

,

где М_кр – крутящий момент при сверлении, Hм; n – частота вращения сверла, мин^–1.

Мощность, затрачиваемая на движение подачи сверла, Вт,

где P₀ – осевая сила, H.

Расчеты показывают, что и, следовательно, ею можно пренебречь. Поэтому

, (14.3)

или

где М_кр – крутящий момент, Hм; V – скорость резания, м/мин; D – диаметр сверла, мм.

Необходимая мощность электродвигателя станка

,

где η – КПД станка.