23.4. Определение моментов сопротивления при резании

Реактивные нагрузки от сил резания возникают в металлорежущих станках, землеройных и других машинах. Ниже рассмотрено определение сил и моментов резания для металлорежущих станков и землеройных машин.

Определение сил резания при обработке конструктивных материалов

В процессе обработки металлов резанием заготовка и режущий инструмент перемещаются относительно друг друга. Одно перемещение, определяющее скорость отделения стружки, называется главным движением, второе, обеспечивающее непрерывное врезание режущей кромки инструмента в новые слои металла, называется движением подачи. При обработке на продольно-строгальных станках главным движением является перемещение стола, на токарных – вращение детали, а движением подачи - перпендикулярное к главному движению передвижение резца. В процессе обработки детали на режущую кромку резца (рис.23.8) действует усилие F, обусловленное сопротивлением металла резанию. Это усилие разлагается на три составляющие:

- действующая в плоскости резания в направлениях главного движения и определяющая нагрузку на станок и резец;

- направлена перпендикулярно обрабатываемой плоскости заготовки;

- действующая параллельно направлению подачи.

Рис.23.8. Распределение усилий при токарной (а) и строгальной (б) обработке металла

В общем случае приближенно силу резания можно определить по формуле

где: - удельная сила резания, Н/мм²; t - глубина резания, мм – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью, измеренное в перпендикулярном направлении к последней; S - подача, мм – перемещение инструмента относительно обрабатываемой детали за один оборот (ход обрабатываемой заготовки (резца)).

Величина удельной силы резания зависит от элементов режима резания (глубины резания, подачи, скорости и условий обработки, физико-механических свойств обрабатываемого материала и других факторов).

В [4-7] предложено использовать для определения сил резания упрощенные обобщенные формулы.

Влияние ряда факторов, не учитываемых этими формулами, отражается введением поправочных коэффициентов. При работе проходными резцами рекомендуется следующие формулы:

(23.9)

(23.10)

(23.11)

где: - коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого материала, материала резца, геометрических параметров режущей части инструмента и условий обработки;- показатели степени, зависящие от тех же факторов;- коэффициент, учитывающий зависимость от скорости резания;V - скорость резания, м/мин; - показатели степени;- поправочные коэффициенты, равные произведению коэффициентов, учитывающих влияние качества обрабатываемого материала и резца, геометрических параметров и износа резцаи других конкретных факторов, не учитываемых коэффициентами.

На практике, для построения нагрузочной диаграммы, по приведенной выше формуле, находят силу резания , а значениеинаходят из соотношения [4-8]; значения коэффициентовС и показателей степени см. в [4-7].

При расчете моментов сопротивления на валу двигателя главного движения продольно-строгальных станков кроме силы резания учитывается сила трения стола о направляющие.

где: - вес изделия и стола, Н;- вертикальная составляющая силы резания, Н;μ=0,05…0,08 - коэффициент трения стола о направляющие.

Суммарная сила определяется по формуле

Скорость резания определяется по справочникам режима резания, или по формуле:

, м/мин

где: - коэффициент и показатели степени, зависящие от физико-механических свойств и структуры обрабатываемого материала и материала режущей части резца, а также от условий обработки;К₁, К₂ - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние факторов, не учтенных иm; К_С - коэффициент, учитывающий род работ: для токарных станков К_С=1, для строгальных К_С=0,75, для долбежных – К_С=(0,5...0,6); m - показатель относительной стойкости, показывающий насколько интенсивно изменяется стойкость с изменением скорости резания; при обработке стали и чугуна m=0,1...0,2; X_V=0,15...0,2; Y_V=0,3...0,8.

Т - стойкость резца в мин, время работы резца до допустимой величины износа. Стандартное значение Т=60 мин.