3. Силы резания

Силы резания используются для расчета режущего инструмента и узлов металлорежущего станка на прочность и жесткость, а также для расчета точности и виброустойчивости обработки и мощность, затрачиваемой на резание.

3.1. Технологические и физические составляющие силы резания

Технологическими составляющими силы резания называют ее проекции на технологические оси x, y, z:

– ось x направлена вдоль подачи S;

– ось y перпендикулярна к обработанной поверхности;

– ось z совпадает с вектором V скорости главного движения (рис. 3.1).

а) б)

Рис. 3.1. а – технологические оси; б – схема составляющих силы резания

Ось ν расположена в горизонтальной плоскости и совпадает с направлением схода стружки.

На рисунке 3.1 показаны составляющие силы резания, действующие на резец. Равные им, но противоположно направленные составляющие действуют на заготовку.

В плоскости, проходящей через оси ν и z расположена суммарная равнодействующая сила резания P. Точка O – точка приложения этой силы.

Проекцию силы P на оси x, y, z, υ обозначают соответственно P_x, P_y, P_z, P_υ. Сила – есть вектор ( ). Вектор определяется модулем (P) и направлением. Из рисунка 3.1 следует:

(3.1)

(3.2)

Силу P_x называют силой подачи. Она используется при проектировании механизма подачи станка.

Силу P_y называют радиальной силой. Она деформирует заготовку; оказывает большое влияние на точность и виброустойчивость обработки.

Силу P_z, вертикальную составляющую силы резания, часто называют главной составляющей силы резания. Эта сила вместе со скоростью резания определяет мощность резания (эффективную мощность), а вместе с диаметром заготовки – крутящий момент на валу шпинделя станка.

(3.3)

где P_z измеряется в H, V – в м/мин, N_э – в кВт, D – в мм, М_кр – в Н·м.

При прямых срезах (t > S) имеют место следующие средние соотношения между составляющими силы резания:

(3.4)

Подставляя (3.4) в (3.2), получим

P = 1,08 P_z, или P P_z . (3.5)

Таким образом, сила P_z по модулю практически равна равнодействующей силе P. Поэтому силу P_z называют главной составляющей силы резания.

Физические составляющие силы резания относят к тем поверхностям, на которых они образуются: к передней и задней поверхностям инструмента [2].

Силы на передней поверхности инструмента уравновешивают силы, возникающие в плоскости сдвига в результате деформации металла, переходящего в стружку.

Силы на задней поверхности инструмента являются результатом взаимодействия задней поверхности с заготовкой.

Схема сил в сечении главной секущей плоскостью представлена на рисунке 3.2.

Рис. 3.2. Схема сил на передней и задней поверхностях инструмента

Здесь F, N – сила трения и сила нормального движения на передней поверхности инструмента;

F₁, N₁ – сила трения и сила нормального давления на задней поверхности инструмента;

P_τ, P_σ – касательная и нормальная силы в плоскости сдвига.