Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Сила резания при точении — это суммарное усилие взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой в процессе снятия стружки. Она складывается из трёх пространственных составляющих: главной тангенциальной Pz, радиальной Py и осевой Px. Расчёт этих сил необходим для выбора станка по мощности привода, проверки прочности инструмента и планирования точностных параметров обработки.
При точении режущий клин резца внедряется в металл заготовки и отделяет стружку. В зоне резания возникает пластическая деформация, трение стружки о переднюю поверхность резца и трение задней поверхности об обработанную поверхность детали. Совокупность этих взаимодействий и формирует силу резания.
Согласно ГОСТ 25762-83 «Обработка резанием. Термины, определения и обозначения общих понятий» (действующий), полная сила резания R раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие. Такое разложение принято для удобства инженерного расчёта: каждая составляющая нагружает отдельный элемент технологической системы.
Главная составляющая Pz наибольшая и определяет потребляемую мощность. Радиальная Py отжимает заготовку от резца и является главной причиной упругих деформаций и снижения точности при обработке нежёстких деталей. Осевая Px воздействует на механизм подачи и при продольном точении меньше двух других составляющих. Приведённые соотношения характерны для типовых условий при главном угле в плане φ = 45° и угле наклона главного лезвия λ = 0°; при изменении геометрии резца соотношения существенно меняются.
Основой инженерного расчёта является эмпирическая формула, установленная опытным путём и систематизированная в нормативных справочниках по технологии машиностроения. Формула учитывает влияние режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Коэффициент 10 обеспечивает перевод результата непосредственно в ньютоны при использовании табличных значений Cp, определённых на основе сил в единицах кгс.
Показатели степеней x, y и n отражают реальную чувствительность силы резания к каждому из режимных параметров. При точении конструкционной стали твердосплавным резцом (по нормативным условиям: φ = 45°, γ = 10°, λ = 0°): x = 1,0; y = 0,75; n = −0,15.
Значения коэффициентов Cp, x, y, n определяются по нормативным таблицам Справочника технолога-машиностроителя (под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, Т.2, 4-е изд., М.: Машиностроение, 1985) для стандартных условий обработки: твердосплавный резец, φ = 45°, γ = 10°, λ = 0°, наружное продольное точение.
Приведённые значения соответствуют табличным данным для твердосплавного инструмента при наружном продольном точении. Для резцов из быстрорежущей стали и для других видов точения (внутреннего, торцевого, отрезного) применяются отдельные таблицы из того же источника с иными значениями коэффициентов. Для стали с σв, отличным от 750 МПа, вводится поправочный коэффициент Kmp (см. ниже).
Поправочный коэффициент Kp учитывает отклонение реальных условий обработки от стандартных, при которых определялся Cp. Он рассчитывается как произведение частных поправочных коэффициентов:
Для конструкционных сталей с пределом прочности σв, отличным от базового значения 750 МПа, коэффициент Kmp для главной составляющей Pz рассчитывается по формуле:
Пример: сталь 40Х с σв = 900 МПа → Kmp = (900/750)0,75 = 1,20,75 ≈ 1,15. Сила резания будет на 15% выше, чем для базовой стали σв = 750 МПа. Для серого чугуна поправочный коэффициент на материал определяется через твёрдость по Бринеллю (НВ), а не через предел прочности.
Главная составляющая Pz является основой для расчёта мощности, затрачиваемой непосредственно на резание. Именно мощность резания сравнивается с паспортной мощностью привода главного движения станка при проверке его нагрузки.
Рассчитанная мощность резания должна не превышать мощность привода главного движения станка с учётом КПД кинематической цепи:
Условие: наружное продольное точение стали 45 (σв = 750 МПа) твердосплавным резцом Т15К6. Режимы: глубина резания t = 2 мм, подача S = 0,4 мм/об, скорость резания V = 150 м/мин. Геометрия резца: φ = 45°, γ = 10°, λ = 0°. КПД станка η = 0,80.
1. Определяем Cp и показатели степеней для конструкционной стали при Pz: Cp = 300, x = 1,0, y = 0,75, n = −0,15.
2. Определяем поправочный коэффициент Kp: Kmp = (750/750)0,75 = 1,0; Kφp = 1,0; Kγp = 1,0; Kλp = 1,0; Krp = 1,0 → Kp = 1,0.
3. Рассчитываем Pz: Pz = 10 · 300 · 21,0 · 0,40,75 · 150−0,15 · 1,0 = 10 · 300 · 2 · 0,503 · 0,472 · 1,0 ≈ 1420 Н
4. Рассчитываем мощность резания: Nрез = 1420 · 150 / (60 · 1000) ≈ 3,55 кВт
5. Проверяем по приводу: для станка мощностью Nст = 7,5 кВт допустимо Nст · η = 7,5 · 0,80 = 6,0 кВт. Условие 3,55 ≤ 6,0 кВт выполнено — станок не перегружен.
Знание закономерностей влияния каждого параметра режима на силу резания позволяет целенаправленно управлять нагрузкой на станок и инструмент, не прибегая к дополнительным расчётам при каждом изменении условий.
Для ориентировочных расчётов при точении конструкционной стали принимают следующие соотношения к главной составляющей Pz: Py ≈ (0,4–0,5)·Pz и Px ≈ (0,25–0,35)·Pz. Эти соотношения характерны для типовых условий при φ = 45°, λ = 0°. При изменении геометрии резца соотношения существенно меняются: при φ = 90° радиальная составляющая Py резко уменьшается, что используется при точении нежёстких деталей с отношением длины к диаметру L/D > 10.
Для точного расчёта Py и Px применяется та же эмпирическая формула с самостоятельными значениями коэффициентов Cp и показателей степеней, взятыми из отдельных нормативных таблиц (Справочник технолога-машиностроителя, Т.2, табл. 22). Значения показателей степеней для Py и Px отличаются от аналогичных для Pz.
Сила резания при точении — расчётная основа для проектирования технологических операций. Главная составляющая Pz определяет мощность привода станка и рассчитывается по формуле Pz = 10 · Cp · tx · Sy · Vn · Kp с использованием нормативных табличных коэффициентов из Справочника технолога-машиностроителя. Из трёх параметров режима резания наибольшее влияние на Pz оказывает глубина резания (показатель x = 1,0), меньшее — подача (y = 0,75), и незначительное — скорость (n = −0,15 для стали). Радиальная составляющая Py критична для точности обработки нежёстких деталей. Осевая Px нагружает механизм подачи. Проверка условия Nрез ≤ Nст·η обязательна на этапе разработки технологического процесса.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.