7.2. Силы, действующие на резец и заготовку

Система сил, действующих при точении, может быть приведена к одной равнодействующей силе Р (рис. 7.7), называемой силой резания. Точка приложения этой силы находится на рабочей (активной) части главной режущей кромки резца. Для практических целей обычно нужна не сама равнодействующая сила Р, а ее составляющие, действующие в заданных, представляющих интерес для практики, направлениях. Такими составляющими являются:

1) сила – касательная составляющая, действующая в плоскости резания в направлении главного движения и определяющая нагрузку на станок и резец; величинаопределяет крутящий моментМ_кр, по которому ведется расчет зубчатых колес и валов коробки скоростей станка;

2) сила – радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно к оси заготовки; эта составляющая определяет силу отжима резца от заготовки и прогиб заготовки, обусловливающий точность изготовления детали; сила необходима для расчета станины и суппорта станка;

Рис. 7.7. Схема сил резания при точении

3) сила – осевая составляющая, действующая вдоль оси заготовки параллельно направлению движения подачи; эта сила определяет нагрузку механизма подачи станка, ее значение является исходным для расчета звеньев механизма подачи станка. Три указанные составляющие силы взаимно перпендикулярны, поэтому величина и направление равнодействующей силы Р определяются как диагональ параллелепипеда (см. рис. 7.7):

.

Соотношение величин составляющих сил , и не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режима резания(V, t, s), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания.

Отношения ивозрастают с увеличением износа резца; увеличение подачи увеличивает отношение ; уменьшение главного угла в плане увеличивает отношение В некоторых случаях обработки однойиз двух составляющих ( или ) может и не быть. Например, при разрезке прутка отрезным резцом отсутствует сила , и тогда; при подрезке торца трубы резцом сиотсутствует составляющая, при этом равнодействующая. Силадействует во всех случаях, и поэтому часто ее называют главной составляющей силы резания или просто силой резания.

Мощность, затрачиваемая на процесс резания, определяется действием трех составляющих силы резания: , и, но, так как перемещения жестко закрепленного резца в направлении силы практически не происходит, мощность, обусловленная действием этой составляющей, может быть приравнена нулю.

Тогда эффективная мощность, кВт, затрачиваемая на процесс резания:

, (7.1)

где – скорость резания в м/мин; n – частота вращения заготовки, мин^–1; s – подача, мм/об.

Численное значение второго члена правой части уравнения (7.1) обычно мало и составляет 1–2 % от значения первого члена; поэтому эффективную мощность, кВт, практически определяют как создаваемую лишь одной силой , т.е.

.

Мощность электродвигателя станка

,

где  – КПД станка.

7.3. Влияние различных факторов на силы Рz,Py иPx при точении

Теоретическими и экспериментальными исследованиями доказано, что на силы , и влияют в основном следующие факторы: обрабатываемый металл, глубина резания, подача, передний угол резца (угол резания), главный угол в плане резца, радиус закругления при вершине резца, смазывающе-охлаждающие жидкости, скорость резания и износ резца.

Влияние обрабатываемого материала. Физико-механические свойства обрабатываемого материала и его состояние во многом определяют процесс стружкообразования и сопутствующие ему деформации, а следовательно, и силы сопротивления, которые должны преодолеть резец и станок. Чем больше предел прочности и твердость НВ обрабатываемого металла, тем больше силы , и .

При обработке незакаленных сталей твердосплавными резцами сила , Н, может быть выражена зависимостью

.

При обработке твердосплавными резцами серых чугунов

,

где С₁ и С₂ – постоянные коэффициенты.

Приведенные зависимости дают возможность иметь следующие соотношения:

– для сталей

;

– для серых чугунов

Приняв условно за единицу силу при обработке незакаленной стали с Н/мм², можно получить и поправочные коэффициенты К_м для сталей с другим значением :

Тогда, зная силу для Н/мм², легко определить силу , Н, для другого значения:

.

Влияние глубины резания и подачи. Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объем деформируемого металла, тем, следовательно, больше сопротивление металла стружкообразования, и процесс резания будет протекать с большими силами , и .

При продольном точении глубина резания оказывает большее влияние на силу резания, чем подача. При увеличении глубины резания, например в 2 раза, ширина среза увеличивается также в 2 раза (при сохранении значения толщины среза (рис. 7.8,a)), а следовательно, во столько же увеличится и нагрузка на резец, вызываемая силами, действующими на переднюю и заднюю поверхности резца.

а) б)

Рис. 7.8. Влияние глубины резания (a) и подачи (б) на ширину b и толщину a среза