ТОКАРНОЕ ДЕЛО

Силы, действующие на резец

Обрабатываемый материал сопротив­ляется срезанию (скалыванию) и на резец действует сила сопротивления резанию (давление стружки). Эта си­ла складывается из силы сопротивле­ния молекул металла разрыву в мо­мент скалывания, силы сопротивления стружки завиванию и силы трения на рабочих поверхностях резца. Сила со­противления резанию R (рис. 289) направлена перпендикулярно передней поверхности резца. Положение перед­ней поверхности резца в пространстве зависит от сочетаний переднего угла у и угла наклона режущей кромки Я (а этих сочетаний возможно безгра­ничное количество), поэтому направле­ние действия силы сопротивления ре­занию R (направление вектора силы) весьма неопределенно. Для облегчения изучения и измерения силы сопротив­ления резанию в теории резания при­нято рассматривать не саму силу со-

Противления, а ее проекции на три специально выбранные оси. Эти проек­ции называются составляющими силы сопротивления резанию. Вертикальная составляющая, или сила резания Р2, действует вертикально вниз, т. е. лежит в плос­кости резания (ее вектор совпадает с вектором скорости резания). Сила ре­зания Pz стремится согнуть, сломать ре - рец (рис. 290, а), поэтому расчет резца на прочность ведут по силе Рг. Реак­тивная сила Р'г, действующая со сто­роны резца на заготовку, препятствует вращению заготовки, создавая момент резания:

Р'г° г/

ГЛрез = ----------------------------------- к> ІММ.

290. действие силы резания pz.

А — прогиб резца, б — образование мента резания

На преодоление его расходуется кру­тящий момент, прикладываемый к шпинделю станка от электродвигателя (рис. 290, б).

Горизонтальная составляю­щая — осевая сила, или сила подачи, Рх направлена в сторону, противоположную направлению пода­чи, и препятствует движению подачи. По этой силе рассчитывают механизм подачи станка.

Вторая горизонтальная сос­тавляющая, или ра/гиальная, сила Ру направлена вдоль оси резца, стремится отжать резец от заготовки и воспринимается болтами резцедержа-

Теля. Реактивная сила Ру стремится отжать заготовку (рис. 291). Если за­готовка нежесткая (длинный валик), то действие силы Р,, может вызвать прогиб, и наружная поверхность вместо цилиндрической получится бочкообраз­ной. Г1о силе Ру рассчитывают жест­кость крепления заготовки и устанав­ливают, необходима ли установка лю­нета.

Силы Pz, Рх и Ру взаимно перпендику­лярны. Суммарная сила сопротивления резанию R является их геометрической суммой: по величине и направлению она равна диагонали прямоугольного параллелепипеда, построенного на этих силах как на сторонах (см. рис. 289):

R --- Y"pl + Р1 + Р1 кГ-

Наибольшую величину имеет сила Рг. При острозаточенном резце примерное соотношение силы Pz~. Ру'. Рх= 1:0,4: 0,25. Соотношение сил Ру и Рх зависит от величины главного угла в плане <р: чем больше ф, тем меньше Ру (рис. 292, а—в). При ф = 45° Ру — Рх. Упорные про­ходные резиы с углом ф=90° работают, не создавая отжимающей силы Ру, по­этому их применяют для обтачивания нежестких заготовок. Определение силы резания Pz. Сила резания Pz зависит в первую очередь от обрабатываемого материа­ла: чем тверже обрабатываемый мате­риал, чем выше его механическая проч­ность (характеризуемая пределом проч­ности 0в и твердостью НВ) — тем вы­ше сопротивление резанию, тем больше сила резания. На силу резания влияет также площадь среза F=ts мм2, т. е. глубина резания t и подача s. В первом приближении формулу для определения силы резания можно запи­сать в следующем виде:

Р,

CpF = Cp/s кГ,

Где Ср — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.

Однако, как показывают исследования, глубина резания и подача неодинако­во влияют на силу резания: влияние подачи несколько меньше, чем влияние глубины резания. Математически это выражается дробным показателем сте­пени при подаче

Pz = Cpts0,75 кГ. Физически меньшее влияние подачи S на силу резания, чем глубины резания t, объясняется тем, что с увеличением подачи увеличивающаяся толщина стружки делает ее более жесткой, ме­нее подверженной завиванию: значит

292 зависимость осевой и ради­альной сил от главного угла в плане:

А — соотношение сил Рх и Р„ при ф—60° и <р=10° (работа проходного резца), б — работа прорезного резца (<р=90°), е — работа упорного резца (<р=90°)

На завивание стружки расходуется меньше силы, прикладываемой со сто­роны передней поверхности резца к срезаемому слою. Если увеличить глу­бину резания в два раза, то сила реза­ния Р также увеличится в два раза, а если увеличить подачу в два раза, то сила резания увеличится в 20'75 раза, т. е. в 1,68 раза (на 68%). Отсюда следует, важный закон резания: для уменьшения расходуемой мощности при неизменной производительности резца следует увеличить подачу, соот­ветственно уменьшив глубину резания. Еще более точно силу резания Pz мож­но определить, учитывая конкретные условия резания, т. е. введя в формулу некоторые поправочные коэффициенты:

Pz = Cp/s0'75 Км Wco« КГ,

Где /См — коэффициент, зависящий от механических свойств обра­батываемого металла. Чем выше предел прочности ав или твер­дость НВ обрабатываемого металла, тем больше сопротивление резанию он оказывает: растет так называемое удельное давление резания, т. е. сила сопротивления резанию, при­ходящаяся на 1 мм2 сечения стружки. С увеличением предела прочности и твердости увеличивается и поправоч­ный коэффициент /См; Kf — коэффициент, зависящий от пе­реднего угла резца. Чем больше перед­ний угол, тем легче условия схода стружки, уменьшается ее деформация, поэтому с увеличением переднего угла коэффициент K-j уменьшается. При ра­боте с отрицательными передними уг­лами стружка круто загибается, ее де­формация вызывает дополнительные сопротивления и сила Рг увеличивает­ся, что и отражается увеличением ко­эффициента Kj ■

Kcom — коэффициент, зэвисящий от свойств смазочно-охлаждающей жид­кости. Чем лучше смазывающие свой­ства жидкости, тем меньше трение на рабочих поверхностях резца, тем мень­ше сила резания Pz. Добавка к маслу серы (сульфофрезол) способствует уменьшению силы Рх. Кроме химиче­ского воздействия, молекулы смазки попадают в мельчайшие трещины на­ружного слоя заготовки, образовав­шиеся при скалывании стружки. При подходе к пезцу поверх­ностный слой несколько сжимается, трещины снаружи закрываются и мо­лекулы смазки расклинивают трещины, углубляют их. Происходит разрыхле­ние поверхностного слоя, благодаря чему уменьшается сопротивление ска­лыванию и, следовательно, уменьшает­ся сила резания Р2 ■ Измерение сил, действующих и а резец. С целью установления влияния геометрии резца, режимов ре­зания, механических свойств обрабаты­ваемого металла, эффективности СОЖ и других факторов на силы Pz, Рх и Ру производят непосредственно измерения этих сил с помощью динамометра. Ди­намометр устанавливают на суппорте станка и в нем, как в резцедержателе, закрепляют резец, которым ведут об­точку.

Динамометры бывают гидравлические, электрические и упрощенные (механи­ческие). Упрощенный динамометр для определения силы Р7 в производствен­ных условиях показан на рис. 293. В передней части корпуса 1 находится брус 2 квадратного сечения с дер­жавкой 3, в которую закрепляют резец 4.

На втором конце корпуса в цилиндри­ческом отверстии движется стержень 6. На корпусе укреплен индикатор 5, на­конечник которого упирается в стер­жень 6, а стержень — в планку 7, при­варенную к державке 3. Под действием силы резания Pz резец наклоняется вниз, закручивая брус 2. Противопо­ложный конец планки 7, поднимаясь вверх, толкает стержень 6 и через не­го — штифт индикатора.

Не вся мощность, создаваемая электро­двигателем, расходуется на процесс ре­зания, т. е. является эффективной: име­ются потери мощности на трение в ре­менной передаче, в подшипниках валов, в зубчатых передачах. Поэтому для оп­ределения потребной мощности элек­тродвигателя учитывают коэффициент полезного действия (к. п. д.) всей кине­матической цепи станка (он составляет обычно 0,7—0,85).

Для нормального протекания процесса резания крутящий момент на шпинде­ле, создаваемый электродвигателем, должен преодолевать момент от силы резания Рх, т. е. должно соблюдаться условие

Мшп > М,

Рез>

КГ-мм.

Рез

Из механики известно, что крутящий момент на валу связан с мощностью, передаваемой на вал А^ф (в данном случае на шпиндель), и числом оборо­тов в минуту вала п, т. е.

Л^эф

N,„„ = 974000

Л^эф = ^дв 7г-

Для нормальной работы станка долж­но соблюдаться условие

974 000

Допускаемый крутящий момент на шпинделе ограничен прочностью слабо­го звена привода главного движения. Таким слабым звеном может быть ре­менная передача или одно из зубчатых колес коробки скоростей. Ограничива­ет крутящий момент на шпинделе и мощность электродвигателя. Поэтому режим резания часто проверяют по до­пускаемому крутящему моменту, зна­чение которого для всех ступеней чисел оборотов приводится в паспорте станка.

Задача. Проверить по допускаемому крутя­щему моменту на шпинделе и по мощности электродвигателя, возможна или обработка на станке 1К62 (Л'дв — Ю кет) заготовки D-Юмм из чугуна #£180 при следующих условиях: резец из сплава ВК6 (<р=90°, >'^0°, г— 1 мм) t~3 мм, s=0,4 мм/об-, и—106 м/мин. Решение:

Определяем число оборотов в минуту

ЮООи 1000-106 _

П = —г— = ~ 560 об/мин.

3,14-60

Принимаем по паспорту станка ближайшую меньшую ступень л=500 об/мин. Этой ступе­ни соответствует н допускаемый крутящий мо­мент на шпинделе 15,4 кГ-м, т. е. 15 400 кГ-мм; определяем силу резания

Pz =Cp<s0-75 ■ Км-Куш, Рг = 82-3-0,4°-75.0,36-1,12 = 270 кГ; определяем момент резания PZD 270-60

= 8100 кГ-мм.

8100<15400, т. е. момент резання не превышает допускаемый момент на шпинделе; определяем эффективную мощность

JxDn факт 3,14.60-500

''факт —

1000 ~ 1000 — 94 м/мин. 270-94

Pz' "фаг 60-102

60-102

Определяем потребную мощность электродвига­теля

N,

5,44 кет.

5,44<10. т. е. мощность электродвигателя до­статочна.