9.1.      Составляющие силы резания

Сила резания – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.

Силы резания являются важными параметрами процесса резания. От их величины зависит мощность, необходимая для осуществления резания. Они оказывают влияние на износ инструмента и вибрации, а значит, и на качество обработанной поверхности. Силы резания являются исходными данными при расчетах на прочность и жесткость режущих инструментов, элементов оснастки, узлов деталей металлорежущих станков.

На переднюю поверхность резца стружка давит с нормальной силой N1 (рис. 9.1). Вследствие движения стружки по передней поверхности возникает сила трения F1. На заднюю поверхность резца действуют силы: нормальная N2 и трения F2. Сложение сил N1 и F1 дает равнодействующую Q1, а сложение сил N2 и F2 – равнодействующую Q2. Сила R является равнодействующей всех сил, действующих на резец и называется силой резания.

На округленном участке лезвия угол резания достигает больших значений. Поэтому при снятии тонких стружек, когда работа производится с большими углами резания (из-за округления лезвия), удельная силовая нагрузка больше, чем при снятии толстых стружек. Например, при обработке стали протяжкой, уменьшение толщины среза в 10 раз вызывает не снижение удельной силы резания, а повышение ее в два раза.

Значение силы R зависит от ее составляющих N1, F1, N2, F2. Если силы N1 и F1 больше сил N2 и F2, то изменение силы R будет в значительной мере определяться изменением первых двух сил и наоборот.

Силы N2 и F2 невелики по сравнению с силами N1 и F1:

1) при работе острым резцом;

2) при преимущественном изнашивании резца по передней поверхности;

3) при наличии нароста, когда нет контакта задней поверхности с обрабатываемой деталью или он незначителен;

4) при снятии сравнительно толстых стружек.

Силы, действующие на переднюю поверхность резца, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров срезаемого слоя и других условий стружкообразования.

Силы, действующие на заднюю поверхность резца, в основном, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров заднего угла, размеров площади контакта и коэффициента трения на задней поверхности.



Силы N2 и F2 увеличиваются с повышением твердости обрабатываемого материала, с уменьшением заднего угла, с уве

личением площадки контакта и коэффициента трения на задней поверхности инструмента, а также при обработке пластичных материалов, склонных к упрочнению.

При определении расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость резца и отдельных деталей и узлов токарного станка равнодействующую силу R раскладывают в требуемых направлениях.

При продольном точении силу R раскладывают в трех направлениях: тангенциальном, радиальном и в направлении, противоположном направлению подачи (рис. 9.2).

Тангенциальная силаz) действует в направлении главного движения; по ней подсчитывается крутящий момент и мощность резания:

,

 при (Рх = Pz).

Радиальная силау) стремится оттолкнуть резец от обрабатываемой детали, а ее реакция – изогнуть обрабатываемую деталь. Эта сила способствует возникновению вибраций в горизонтальной плоскости. Она оказывает наибольшее влияние на точность и геометрическую форму обрабатываемой детали.

Осевую силу или силу подачиx) так же, как и силы трения, должен преодолеть механизм подачи при своем перемещении по направляющим станка.

Сила PN является равнодействующей сил Ру и Рx, расположена в плоскости схода стружки. Если эта плоскость совпадает с нормалью к главному лезвию, то силы Ру и Рx связаны зависимостями:

Ру = PN cos φ;

Рx = PN sin φ.

При несвободном резании направление схода стружки не совпадает с главной секущей плоскостью резца. В этом случае для нахождения направления действия силы PN надо знать угол направления схода стружки. Он также необходим при решении вопросов по дроблению стружки. Значение этого угла в основном зависит от глубины резания, подачи, главного и вспомогательного углов в плане резца, радиуса закругления его вершины резца и угла наклона лезвий.

Соотношения между составляющими сил резания непостоянны и зависят от условий обработки. При             φ = 45˚,           λ = 0,              γ = 15˚,            и          t/s > 10 можно использовать соотношение:

Рz : Ру : Рx = 1 : (0,4 – 0,5) : (0,25 – 0,3)

Очевидно (см. рис. 9.2),

.