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.

ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ.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 Ρ латинского алфавита и выражать в нью­тонах (H) или килоньютонах (кН).

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ЛЕЗВИЯ.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 ρ по передней поверхности -Наибольшее давление ртах действует вблизи главной режущей кромки (точка 1). По мере удаления от нее давление ρ убывает, и в точке 2, в кото­рой прекращается контакт сбегающей стружки с лезвием, давление p = 0. Шири­на 1 — 2 контактной площадки при обра­ботке хрупких металлов, например чугуна, равна или ненамного больше толщины срезаемого слоя.

Рис.-7.1. Распределение давления на передней и задней поверхностях лезвия резца

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. Такие закономерности распре­деления давления поперек передней и задней контактных поверхностей лезвия сохраняются вдоль всей ширины срезае­мого слоя Ъ = r/sin φ, где t — глубина ре­зания; φ — главный угол резца в плане.

РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ СИЛА РЕЗА­НИЯ. нагруз­ку на лезвия заменить эквивалентной по значению и направлению действия ре­зультирующей силой резания, которая может быть выражена вектором Рр.

Точка приложения силы Рр может быть условно отнесена к различным участкам режущего лезвия в зависимости от реша­емой задачи. Более обоснованно_ рассмат­ривать результирующую силу Рр, прило­женной к середине фактически режущей части кромки. РАЗЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТИРУЮ­ЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ. Для удобства расчетов результирующую силу резания Рр рас­сматривают в пространственной декарто­вой координатной системе xyz. Начало системы координат принято совмещать с точкой 1 вершины резца, установлен­ ной на высоте оси вращения заготовки (рис. 7.3). Ось Х располагается горизон­тально параллельно оси вращения обра­батываемой заготовки; ось У горизонталь­на и перпендикулярна оси вращения за­ готовки); ось Z вертикальна и направлена вниз. Вектор равнодействующей силы Рр может быть спроецирован на оси X, Y и Z. Осевая составляющая Рх равна сопротивлению обрабатываемого метал­ла врезанию резца в направлении подачи S и действующих в этом направлении сил трения. Значение осевой составляю­щей Рх необходимо знать при расчетах на прочность опор шпинделя и механиз­ма подачи станка.

Радиальная составляющая 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 ΡZ силы резания. Вертикаль­ная составляющая силы резания ΡZ 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.

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СО­СТАВЛЯЮЩИМИ СИЛЫ РЕЗАНИЯ.

Это соотношение не постоянно. Все прочностные и мощностные рас­четы ведутся по максимально достигае­мым значениям составляющих силы ре­зания. Наибольшей из составляющих является вертикальная со­ставляющая Рz и, следовательно, она в основном определяет ход процессов, про­текающих в зоне стружкообразования.

«силой резания» принято понимать вертикальную (главную) со­ставляющую и обозначать ее буквой Ρ без указания индекса.