Силы резания
Силы резания
В процессе резания на лезвие инструмента действуют силы сопротивления перемещению его по траектории относительного рабочего движения. Результирующая этих сил называется силой резания. Силы сопротивления рабочему движению лезвия не стабильны: их значения могут колебаться на ± (5... 10) % от средней величины. По тем же причинам нестабильно и направление действия силы резания, которое изменяется одновременно с текущим значением силы резания. Периодические изменения (колебания) силы резания могут привести к нежелательным вибрациям.
Источниками препятствий рабочему движению лезвий являются:
а) сопротивление обрабатываемых материалов пластической деформации стружкообразования;
б) сопротивление пластически деформированных металлов разрушению в местах возникновения новых поверхностей;
в) сопротивление срезаемой стружки дополнительной деформации изгиба и ломанию;
г) силы трения на лезвии и других трущихся поверхностях рабочей части инструмента. Силу резания принято обозначать буквой Р латинского алфавита и выражать в ньютонах (Н) или килоньютонах (кН).
Взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом осуществляется через контактные площадки, расположенные на передней и задней поверхностях лезвия. Обрабатываемый материал, оказывая сопротивление рабочему движению инструмента, воздействует на контактные площадки неравномерно распределенной нагрузкой р. Закон распределения давления р по передней поверхности показан на рис. 1.
Рекомендуемые материалы
Рис.1. Распределение давления на передней и задней поверхностях лезвия резца
Наибольшее давление рmах действует вблизи главной режущей кромки (точка 1). По мере удаления от нее давление р убывает, и в точке 2, в которой прекращается контакт сбегающей стружки с лезвием, давление р = 0. Ширина 1 2 контактной площадки при обработке хрупких металлов, например чугуна, равна или ненамного больше толщинысрезаемого слоя. При обработке пластичных металлов ширина контактной площадки в 1,5... 3 раза больше толщины срезаемого слоя.
На заднюю поверхность лезвия также действует неравномерно распределенная нагрузка р', максимальное значение которой наблюдается у главной задней кромки и уменьшается до нуля в месте 3 прекращения контакта задней поверхности лезвия с поверхностью резания и обработанной поверхностью на заготовке (рис.1). Такие закономерности распределения давления поперек передней и задней контактных поверхностей лезвия сохраняются вдоль всей ширины срезаемого слоя b = t/sinj, где t - глубина резания; j - главный угол резца в плане.
Размеры контактных площадок на передней и задней поверхностях лезвия резца и неравномерный характер распределения на них нормальных сил имеют существенное значение в комплексе тех физических процессов, которые приводят к износу лезвий и потере инструментом режущих свойств.
Для решения ряда теоретических и практических задач, например для определения эффективной мощности, затрачиваемой на резание, крутящего момента, передаваемого зубчатыми колесами коробок скоростей и подач, прогиба и, следовательно, точности диаметра при обработке нежестких валов, требуется знание как значения действующей силы резания, так и направления ее действия. Вычислять значения силы резания по размерам контактных площадок на лезвии и распределенному по ним неравномерному давлению сложно и трудоемко. Эти задачи решаются более просто, если нагрузку на лезвия заменить эквивалентной по значению и направлению действия результирующей силой резания, которая может быть выражена вектором `Pp.
Точка приложения силы `Рp может быть условно отнесена к различным участкам режущего лезвия в зависимости от решаемой задачи. Так, если рассматривают действие силы резания `Рр на резец, ее принято относить к вершине резца (рис.2, а); если силу резания относят к обрабатываемой заготовке, точку ее приложения полагают лежащей на окружности наибольшего радиуса заготовки (рис. 2, б). Более обоснованно рассматривать результирующую силу `Рр, приложенной к середине фактически режущей части кромки (рис.2, в).
В общем cлучае вектор результирующей силы `Рр в зависимости от комплекса условий резания имеет различные значения и направления действия. Для удобства расчетов результирующую силу резания Рр рассматривают в пространственной декартовой координатной системе xyz. В резании металлов приняты следующие принципы ориентации системы координат. Начало системы координат принято совмещать с точкой 1 вершины резца, установленной на высоте оси вращения заготовки (рис.3). Ось х располагается горизонтально параллельно оси вращения обрабатываемой заготовки; ось у горизонтальна и перпендикулярна оси вращения заготовки (параллельно оси у обычно располагают геометрическую ось державки резца); ось z вертикальна и направлена вниз.
Ещё посмотрите лекцию "6 Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения" по этой теме.
Вектор равнодействующей силы `Рр может быть спроецирован на оси х, у и z. Проекция силы `Рр на ось х называется осевой составляющей Px силы резания. Осевая составляющая Рx; равна сопротивлению обрабатываемого металла врезанию резца в направлении подачи S и действующих в этом направлении сил трения. Значение осевой составляющей Рx необходимо знать при расчетах на прочность опор шпинделя и механизма подачи станка.
Рис. 7.2. Приложение к главной р силы резания Рр
Рис. 7.3. Составляющие силы резания
Проекция силы `Рр на ось у называется радиальной составляющей Ру силы резания. Она изгибает обрабатываемую заготовку в горизонтальной плоскости, что может служить причиной снижения точности обработки длинных заготовок, а также вызывает нежелательные вибрации.
Проекция силы `Рр на ось z называется вертикальной (главной) составляющей Pz силы резания. Если точка приложения равнодействующей лежит на высоте оси вращения заготовки, направления вертикальной составляющей Рz и вектора окружной скорости заготовки v совпадают. Вертикальная составляющая силы резания Рz равна суммарному действию сил сопротивления металла срезаемого слоя пластической деформации стружкообразования, разрушения, связанного с образованием новых поверхностей, изгиба стружки и сил трения, действующих в направлении оси z.
