Как найти силу резания при точении

При расчетах сил
резания наибольшее применение имеют
следующие формулы:

;

;
(4.41)

,

где
– коэффициенты, характеризующие материал
и условия его обработки;
–
общие поправочные коэффициенты,
учитывающие конкретные условия обработки.

В табл. 4.3 даны
средние значения коэффициентов и
показатели степеней для подсчета сил

,


и

(приs <t)
при наружном продольном точении.

Значения коэффициентов

,
иданы для указанных в таблице значений
σ_в, при резании твердосплавными
резцами с γ = 10°,
φ = 45°,r = 2
мм, λ = 0°, φ₁= 10°, при
работе без охлаждения и при износе
резцов по задней поверхностиh₃
= 1,0…1,4 мм.

При условиях
работы, отличных от указанных, на силы

,


и
следует вводить (в виде сомножителей)
поправочные коэффициенты, приводимые
в справочниках по режимам резания;
произведения этих коэффициентов будут
представлять собой соответственно
общие поправочные коэффициенты,
ив приведенных выше формулах.

Таблица
4.3 – Значения коэффициентов и показателей
степеней в формулахдля подсчета
силP_z,P_yи
Р_x при наружном
продольном точении
твердосплавным
резцом

Обрабаты-ваемый металл

Подача в мм/об

Коэффициенты и показатели степеней в формулах

касательной силы Pz

радиальной силы Py

осевой силы Px

CPz

xz

yz

n

CPy

xy

yy

n1

CPx

хx

yx

n2

Сталь и стальное литье σв = 750 Н/мм2

3000

1,0

0,75

–0,15

2430

0,9

0,6

-0,3

3390 3130

1,0

0,5 0,2

–0,4

Пример расчёта.
Расчёт сил резания проводится при
следующем режиме обработки: подачаS= 0,2 мм/об; глубина резанияt= 1 мм; скорость резанияV= 120 м/мин, используются данные таблицы
4.3.

По формулам (4.41)
находятся составляющие силы резания

Н;

Н;

Н,

следовательно, в
данном случае значение силы
при точении примерно в два раза превышает
значения

и
.

4.7. Измерение сил резания

Наиболее часто
силы резания определяют на основе
непосредственного измерения с помощью
специальных приборов – динамометров.Динамометры состоят из следующих
основных частей:

• первичного
  измерительного преобразователя,
  воспринимающего нагрузку;

• регистрирующего
  устройства;

• вспомогательных
  звеньев, связывающих их друг с другом.

Динамометры
подразделяются на гидравлические,
механические, электрические. В настоящее
время наибольшее применение находят
механические и электрические динамометры.

Принцип работы
механических динамометров(рис.
4.6) основан на том, что под действием сил
резания на резец9резцедержатель8вследствие деформации упругих
стенок1корпуса6перемещается.
Эти перемещения через сухари
2 иножки 4,
7 фиксируются
индикаторами 3
и 5
соответственно.

Рис. 4.6. Схема
механического динамометра

Электрические
динамометры являются наиболее
чувствительными приборами, так как они
мало инерционны и позволяют с помощью
осциллографа производить запись
быстропротекающих процессов за тысячные
доли секунды. Такие динамометры
преобразуют механическое воздействие
сил резания в легко измеряемые
электрические величины.

Электрические
преобразователи подразделяются на
емкостные, или конденсаторные; индуктивные;
тензометрические.

В емкостных
преобразователях(рис. 4.7) под действием
силы резания перемещается упругая
пластина конденсатора, изменяя воздушный
зазор ∆hи емкость
конденсатора. Изменение емкости с
помощью высокочастотного устройства
приводит к колебанию силы тока,
регистрируемой с помощью гальванометра
или осциллографа.

Индуктивные
преобразователи(рис. 4.8) основаны на
изменении индуктивности токонесущего
контура и силы тока в обмотке в зависимости
от воздушного зазора ∆hмежду ферромагнитными телами. Изменение
силы резания соответственно влияет на
регистрируемый ток.

Рис. 4.7. Емкостный преобразователь

Рис. 4.8. Индуктивный преобразователь

Проволочные,
илитензометрические,первичные
преобразователи представляют собой
несколько витков очень тонкой проволоки,
изготовляемой из специального сплава,
которая изменяет электрическое
сопротивлениепри деформации
преобразователя.Витки или решетку
из такой проволоки помещают между двумя
склеенными бумажными полосками и
наклеивают на элемент6(державку)
(рис. 4.9).

Рис. 4.9. Схема
измерения сил резания
с использованием
тензометрических преобразователей

Под
влиянием сил резания державка резца 6
и
приклеенная к нему проволока 5
упруго
деформируются. Это вызывает изменение
силы тока в электрической цепи, которая
увеличивается усилителем 2
и измеряется регистрирующим прибором
1.
Чтобы не было искажений в показаниях
приборов при измерении сил
резания из-за непостоянства напряжения
в сети, в электрическую цепь включается
стабилизатор напряжения 3,
устанавливаемый между регистрирующим
прибором 1
и источником питания 4.

В зависимости от
того, сколько составляющих сил резания
можно измерить динамометром, они
называются одно-, двух- или трехкомпонентными.

Наиболее широкое
распространение среди электрических
динамометров получил универсальный
динамометр СУРП (старое название УДМ;
выпускаются модификации СУРП-100, СУРП-600
и СУРП-1200). Он позволяет измерять
составляющие силы резания при точении,
фрезеровании, шлифовании, осевую силу
и крутящий момент при сверлении,
зенкеровании, развертывании, нарезании
резьбы метчиком и рассчитан на максимальное
значение
,
равное 1, 6 или 12 кН.

Динамометры не
позволяют определить непосредственно
величину силы резания; их показания
соответствуют деформациям, пропорциональным
действующей силе. Поэтому перед работой
необходимо провести тарирование
динамометра, которое заключается в том,
что динамометр нагружают в направлении
сил резания сначала возрастающими, а
затем убывающими силами, которые
известны. Показания динамометра,
соответствующие определенным силам,
регистрируются. На основании этих данных
по средней линии нагрузки и разгрузки
строят тарировочный график (рис. 4.10),
которым в дальнейшем пользуются при
расшифровке показаний динамометра.

Рис. 4.10. Тарировочный
график силы резания Р:1
– нагрузка; 2
– разгрузка

Практическая работа №2

«Расчет составляющих силы резания и мощности при точении по формулам»

Цель работы: научиться рассчитывать составляющие силы резания и мощность, затрачиваемую на резание, используя эмпирические формулы; работать с таблицами справочной литературы для поиска коэффициентов, влияющих на режимы резания при точении».

Краткая теоретическая справка

Суммарную равнодействующую всех сил R, действующих на резец со стороны обрабатываемого металла (см. рисунок 1), можно назвать силой сопротивления резанию (стружкообразованию). В практических расчетах используют составляющие этой равнодействующей, направление которых совпадает с главным движением и движением подачи. Зная заранее направление этих составляющих сил, пользуясь соответствующими приборами, легко измерить их величину и вывести уравнения для их подсчета.

Рисунок 1. Cилы действующие на резец

При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующая силы сопротивления резанию раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, действующие на резец:

-Pz — силу резания, или тангенциальную силу, касательную к поверхности резания и совпадающую с направлением главного движения;

-Рх — осевую силу, или силу подачи, действующую параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи;

-Ру — радиальную силу, направленную перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки.

На силы Рz, Ру и Рх влияют в основном следующие факторы: обрабатываемый металл, глубина резания, подача, передний угол резца (угол резания), главный угол в плане резца, радиус закругления при вершине резца, смазочно-охлаждающие жидкости, скорость резания и износ резца.

Физико-механические свойства обрабатываемого металла и его состояние во многом определяют процесс стружкообразования и сопутствующие ему деформации, а следовательно, и силы сопротивления, которые должен преодолеть резец и станок. Чем больше предел прочности при растяжении _в и твердость НВ обрабатываемого металла, тем больше силы Рz, Ру и Рх.

Задание для аудиторной работы

По эмпирическим формулам теории резания определить составляющие силы резания Р_z, Р_у и Р_х и мощность, затрачиваемую на резание N_рез при продольном точении заготовки из стали резцом с пластиной из твердого сплава с глубиной резания t (мм), по­дачей резца S_o (мм/об); скоростью главного движения резания V(м/мин).

Пример решения:

Дано:

Заготовка из стали 40 _в =650МПа

t = 4 мм; S_o = 0,6 мм/об; V= 110 м/мин

Геометрические элементы резца с пластиной из твердого сплава Т5К10: форма передней поверхности — радиусная с фаской;  = 60°; ₁ = 10°;  =+5°;

 = 8°;  = 10; r=1мм

Составляющие силы резания) при точении определяют по справочнику [3], где на с. 271 приведена формула в общем виде:

P_z,_у,_х= 10Cpt^xS^yVⁿK_P

Эмпирические формулы для определения каждой из со­ставляющих могут быть представлены в следующем виде:

– главной составляющей силы резания (старое назва­ние — тангенциальная сила резания)

P_z= 10Cp_zt^xpzS^ypzVⁿpzK_P

– радиальной составляющей силы резания

P_y= 10Cp_zt^xpyS^ypyVⁿpyK_P

– осевой составляющей силы резания

P_x= 10Cp_zt^xpxS^ypxVⁿpxK_P

Из табл. 22 (с. 273) выписываем значения коэффи­циентов и показателей степеней формул, возможно более близкие к условиям данного примера, т. е. для наружного продольного точения стали с пределом прочности _в =650МПа

резцом из твердого сплава:

C_Pz = 300; х_Pz = 1; у_Pz = 0,75; n_Pz= – 0,15;

С_Ру = 243; х_Рy = 0,9; у_Ру = 0,6; n_Ру = – 0,3;

С_Рх = 339; х_Pх = 1; у_Рх = 0,5; n_Рх = – 0,4

Отличие заданных условий обработки от норматив­ных должно быть учтено при подсчетах сил резания путем введения соответствующих поправочных коэффициентов. Поправочные коэффициенты на характеристики механических свойств обрабатываемого материала находим в табл. 9 и 10, с. 264—265.

В табл. 23 на с. 275 даны по­правочные коэффициенты в зависимости от геометриче­ских элементов резца. Приведенные выше значения коэффициентов Ср и показателей степеней х_Р, у_Р и n_Р действительны лишь для точения стали с _в =750МПа резцом из твердого сплава с углами  = 45°;  =0°;  = 10

так как только для этих условий обработки каждый поправочный коэффициент равен единице. Поэтому вводим следующие поправочные коэффициенты для заданных условий обработки:

– на характеристику механических свойств обрабатываемой стали с

_в =650МПа

[3,c.264, табл.9] n_Pz=0,75; n_Py=1,35; n_Px=1,0

; ;

– на главный угол в плане  = 60° [3,с.275, табл.23]

; ;

– на угол наклона режущей кромки  =+5° [3,с.275, табл.23]

; ;

Определяем общие поправочные коэффициенты:

[3,с.271]

Определяем составляющую силу P_z:

Определяем составляющую силу P_y:

Определяем составляющую силу P_x:

Мощность, затрачиваемая на резание, определяется по тангенциальной силе резания:

, кВт [3,с.271]

кВт

Варианты к заданию:

№ вари-анта	Материал заготовки				Геометрические элементы резца
t мм	S мм/об	V м/мин		1				r мм
1	Сталь 20 в =500МПа	4	0,7	140	45	10	8	+10	+5	1
2	Серый чугун НВ 160	5	0,78	60	60	10	8	+5	+10	1
3	Сталь жаропрочная 12Х18Н9Т НВ 180	1	0,21	265	90	10	12	+10	0	2
4	Серый чугун НВ 220	1,5	0,26	150	45	10	10	+5	-5	2
5	Сталь 38Х в =680МПа	3	0,61	120	60	10	8	+10	+5	1
6	Серый чугун НВ 170	4,5	0,7	65	90	10	8	+5	0	1
7	Сталь 40ХН в =700МПа	1,5	0,3	240	60	10	12	+10	-5	2
8	Серый чугун НВ 210	1	0,23	180	45	10	10	+5	-5	2
9	Сталь Ст5 в =600МПа	3,5	0,52	130	45	10	8	+10	+5	1
10	Серый чугун НВ 180	4	0,87	75	60	10	8	+5	+10	1

Контрольные вопросы

1. Дать определение силы сопротивления резанию.

2. На какие составляющие силы она раскладывается?

3. Направления сил Pz, Ру и Рх.

4. Факторы, влияющие на силы Pz, Ру и Рх.

Под термином точность или надёжность расчёта понимается совпадение (в допустимых пределах, например 10-15%) рассчитанных на стадии проектирования параметров процесса лезвийной обработки с фактическими.

Рассмотрение положений реальной схемы резания применительно для расчета составляющих сил резания при точении показывает, что для повышения точности расчета необходимо кроме марки стали, геометрии режущего инструмента, глубины резания, скорости резания и подачи, учесть ряд дополнительных факторов, которые оказывают влияние на их расчётную величину. Со стороны твёрдосплавного резца такими факторами являются изменение химического и фазового состава твердого сплава, как между марками, так и внутри его марочного состава. Твердосплавные резцы различных марок обладают различной теплопроводностью. Внутри марочного состава теплопроводность, как и режущие свойства, изменяется за счёт различного содержания в кобальтовой связке растворённого вольфрама (2-20%), что допускается техническими условиями на его изготовление.

Со стороны обрабатываемой стали химический, фазовый состав, структурное состояние стали определяют не только её прочностные характеристики, но и теплопроводность, которая через соотношение с теплопроводностью инструмента определяет уровень температуры в зоне резания и степень упрочнения стали в условиях высокоскоростного пластического деформирования. Вульф А.М. в своих работах подчёркивает, что нестабильность физико-механических свойств обрабатываемых сталей одной и той же марки наблюдается тем больше, чем сложнее их химический состав. В качестве примера можно привести широкие диапазоны значений прочности двух марок сталей ЭИ961 и 14Х17Н2, указанных в разных источниках, рекомендованные как справочные величины для расчёта поправки на металл, используемый в математических моделях по расчёту силы резания при точении.

Аналогичная ситуация наблюдается и по другим маркам труднообрабатываемых сталей. В справочниках по расчёту параметров процесса резания рекомендовано перед расчётом режимов обработки провести испытание на разрыв образцов из обрабатываемой стали, для того, чтобы использовать в расчётах истинное значение прочности поставленной партии. В случае использования САПР ТП, это является препятствием на пути автоматизированного способа расчёта режимов обработки.

Сочетание теплофизических свойств контактируемых пар сталь – твердый сплав вместе с технологическими величинами – подачей, глубиной резания, скоростью резания, геометрией резца, наличием или отсутствием СОЖ определяют условия резания. Эти условия, в конечном счёте, влияют на величину составляющих силы резания. В существующих математических моделях для расчёта сил резания при точении применительно к обработке углеродистых и конструкционных сталей эти «условия» оцениваются безразмерными эмпирическими коэффициентами CPz, СPy, СPx, принятыми как средняя величина для каждой составляющей. Ориентация этих эмпирических коэффициентов на среднее значение вместе со средними значениями прочностных свойств обрабатываемых сталей является одной из главных причин ошибок при расчёте. Это подтверждается результатами сравнения измеренных и расчётных величин составляющей Рz при обработке серии коррозионностойких сталей, представленных в таблице (см. “Как рассчитать шероховатость деталей при обработке инструментами, табл. 3“). То есть причины значительных ошибок расчёта составляющих сил резания одни и те же, как для углеродистых, конструкционных, малолегированных, так и для коррозионностойких сталей. При неизбежном, допустимом по ТУ, разбросе свойств со стороны твёрдого сплава и сталей, ориентация при расчёте на средние значения их физикомеханических и теплофизических свойств, неизбежно приведёт к значительным ошибкам. И только обладая полной оперативной информацией о свойствах контактируемой пары и условиях резания, можно значительно повысить точность математических зависимостей для определения составляющих силы резания.

Однако, перечисленные выше факторы со стороны режущего инструмента и обрабатываемой стали, не учитываются существующими методиками расчета элементов режима обработки и обуславливают значительные ошибки в расчетных формулах. Наибольшую вероятность ошибки расчёта составляющих силы резания на стадии проектирования технологического процесса токарной обработки вносит неоднородность твёрдых сплавов по углероду, следствием которой является различное качество кобальтовой связки. Качество её, как было показано выше, зависит от процентного содержания растворённого в ней вольфрама в процессе спекания твердосплавных резцов. Кобальтовая связка, например сплава ВК8, содержащая 2% – 3% растворённого в ней вольфрама (нижняя допустимая граница) имеет высоко значение коэффициента теплопроводности 52 Вт/м С. У связки, содержащей 16-17% вольфрама коэффициент теплопроводности 40 Вт/м С. Кроме влияния качества кобальтовой связки на режущие свойства твёрдосплавного инструмента, оно влияет и на количественные характеристики контактных процессов через различное значение теплопроводности, о чём было сказано выше при рассмотрении контактных процессов с позиций реальной схемы резания. Следует отметить, что диапазон растворимости вольфрама в кобальтовой связке, одинаков для всей группы твёрдосплавных инструментов, что обусловлено типом твёрдых растворов. Кобальтовая связка – это твёрдый раствор вольфрама и углерода в кобальте с ограниченным интервалом концентрации.

Твёрдосплавный режущий инструмент как продукт отечественной цветной металлургии не имеют выходного контроля по качеству связки в пределах, допускаемыми ТУ на их изготовление. Машиностроительные предприятия, как потребители, не имеют входного контроля. Весьма проблематичным является в цеховых условиях определять методами разрушающего или неразрушающего контроля, хотя бы выборочно, химический и фазовый состав, теплофизические характеристики твердосплавных инструментов и стальных заготовок. Проблемным является и перенос результатов контроля свойств одних контактируемых пар на другие из-за большого диапазона колебания их химического и фазового состава. К тому же, как указано в работе “Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента” Талантова Н.В., значения механических и теплофизических характеристик контактируемых пар в процессе испытания в условиях комнатных температур и в условиях резания различны. Старков В.К. в работе “Физика и оптимизация резания материалов”, приходит к выводу, что надёжные режимы резания можно получить лишь на основе предварительной информации о свойствах стальной заготовки и инструмента. Выдвинутая концепция о соотношении сил резания при точении и токарного инструмента может быть положена в основу разработок по обеспечению стабильности работы и обеспечению качества выпускаемой продукции на автоматизированном станочном оборудовании.

Размеры заготовки, мм

Рис.1. – Эскиз обработки

· ЖС6К – жаропрочный литейный сплав на никелевой и хромовой основах. Выбор марки инструментального материала, сечения державки резца и геометрических параметров режущей части инструмента.

1) Выбираем марку инструментального материала. Для токарных резцов державку изготавливают из обычной конструкционной стали ст45, для рабочей части применяют твердосплавные пластины, их соединяют с крепежной частью с помощью пайки.

Марку твердого сплава выберем для чистового и получистового точения (VI группа табл.2 стр.11) жаропрочного сплава на основе никеля и хрома – ВК6М.

2) Выбираем токарный проходной упорный отогнутый резец правый с пластинами из твердого сплава по ГОСТ 188879-73.

Рис. 2 Эскиз резца

Таблица 2 Размеры резца

Форму заточки передней поверхности резца выбираем в зависимости от марки обрабатываемого материала и его прочностных свойств, жесткости технологической системы, характера выполняемой операции и необходимости завивания и дробления стружки. Для жаропрочной стали с передний угол = 10°, _f=-5°, задний угол , угол в плане

Рис. 3 Форма заточки передней грани твердосплавного резца.

При выборе глубины резания необходимо снять весь припуск за один проход и лишь при повышенных классах чистоты и точности припуск снимается за два и более проходов.

Например, при черновой обработке с чистотой поверхности до весь припуск следует снимать за один проход, т.е. . При получистовой обработке Rz от 10 до 40 мкм припуск мм следует снимать за один проход, т.е. . Если же припуск более 2 мм, то обработку производят за два прохода:

В нашем задании чистота поверхности Rz=2,5мкм.

Обработка будет производиться двух видов черновая и чистовая.

Глубина резания для чернового прохода t = 2,25 мм, припуск на черновую обработку 4,5 мм, на чистовую 0,5 мм.

Находим число проходов черновой обработки

Глубина резания для чистового прохода t = 0,5 мм

Находим число проходов чистовой обработки

Подачу для чернового перехода выбираем в зависимости от диаметра детали и величины припуска

Подачу для чистового перехода выбираем по чистоте поверхности и радиусе при вершине резца r=0,5 мм табл.24 стр.70

Расчет скорости резания V для черновой обработки

Скорость резания V, м/мин рассчитывается по формуле:

Т – период стойкости резца, Т = 60 мин при одноинструментальной обработке;

T – глубина резания, мм;

S – подача на оборот, мм/об;

– поправочный коэффициент на скорость;

С_у, K_V,– выбирается из таблице 28 стр.74

При этом частота вращения заготовки

D – диаметр заготовки, мм.

Согласно паспорта станка 16К25 принимаем n_ш-50 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания будет равна

Определение силы резания растачивания

Окружную силу резания находим по формуле:

Где t – глубина резания, мм;

S_z – подача на оборот, мм/зуб;

V – скорость резания, м/мин;

С_v, x,y, – коэффициенты, выбираются по таблице для жаропрочной стали, откуда.

Определение мощности резания

Мощность резания точения находим по формуле:

Где Р_z – окружная сила, Н;

V_факт – фактическая скорость резания, м/мин.

По паспорту станка 1К25 мощность двигателя N_дв=11 кВт, то есть станок будет работать нормально.

Определение машинного времени черновой обработки

Машинное время находим по формуле:

L – длина рабочего хода резца и врезания, здесь L=30+1+1=32 мм;

S – подача на зуб, мм/об;

i – число проходов; i = 1

n – частота вращения шпинделя, об/мин.

1Расчет скорости резания V для чистовой обработки

Скорость резания V, м/мин при чистовом точении рассчитывается по формуле:

Т – период стойкости резца, Т = 30 мин ;

t- глубина резания, мм;

S – подача на оборот, мм/об;

С_у, K_V, m, x, у – выбирается из таблице 28 стр.74

При этом частота вращения заготовки

D – диаметр заготовки, мм.

Согласно паспорта станка 1К25 принимаем n_ш-100 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания будет равна

Определение силы резания точения

Окружную силу резания находим по формуле:

Где t – глубина резания, мм;

S_z – подача на оборот, мм/зуб;

V – скорость резания, м/мин;

С_v, x,y, – коэффициенты, выбираются п.28 стр.73

Определение мощности резания

Мощность резания точения находим по формуле:

Где Р_z – окружная сила, Н;

V_факт – фактическая скорость резания, м/мин.

Станок будет работать нормально.

Определение машинного времени чистового точения

Машинное время чистового точения находим по формуле:

L – длина рабочего хода резца: сумма длины обработки и величина врезания, здесь L=30+1+1=32, мм;

Читайте также:

1. Динамика материальной точки. Законы сохранение импульса и энергии. Работа. Мощность 2 страница
2. Динамика материальной точки. Законы сохранение импульса и энергии. Работа. Мощность 3 страница
3. Динамика материальной точки. Законы сохранение импульса и энергии. Работа. Мощность 4 страница
4. Звуковая мощность установленных групп станков в цехе
5. Интенсивность или коллективная мощность дозы J неблагоприятного воздействия факторов условий труда
6. Кинетическая энергия. Мощность. Работа
7. Комплексная мощность
8. Международные расчеты.
9. Международные торговые расчеты.
10. Механическая работа и мощность
11. Мощность
12. Мощность

Равнодействующая R представляет собой геометрическую сумму трех

_ _ _ _ ______________

составляющих: R = Pz + Py + Px, модуль | R | = √ P 2 z + P 2 y + P 2 x или

Так как главная составляющая Рz отличается от равнодействующей R всего на 10%, при расчетах используют только значение Рz, такая погрешность удовлетворяет силовые расчеты и уменьшает их объём.

При наружном точении и растачивании значение Рz, в килограммах определяется по формуле:

Рz = С_рt x S y V z кг., (5)

где Ср – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала и условия обработки определяется по справочным таблицам. t – глубина резания, назначается технологом из допустимых справочных данных. S – подача, назначается технологом из допустимых справочных данных. При изменении условий обработки в формулу вводятся поправочные коэффициенты. Х,У,Z показатели степени, являющиеся тангенсами угла наклона прямых графиков зависимости силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания определяются из справочных таблиц.

Для создания необходимых усилий резания требуется станок, который сможет создать такие условия, то есть все его детали и двигатель выдержат предполагаемую нагрузку. Промышленность выпускает станки различной мощности, и чтобы определить, на каком станке можно обработать заготовку заданными режимами определяют мощность, которая образуется в зоне резания от заданных условий обработки по формуле: N_e = кВт, (6)

Эффективная мощность (мощность в зоне резания) где P_z — сила резания, кгс; V — скорость резания, м/мин.

Для определения мощности электродвигателя станка с учетом его к.п.д. используют формулу:

, кВт, (7)

Для определения мощности, потребляемой электродвигателем станка из

сети, используют формулу:

, кВт (8)

– к.п.д. электродвигателя (0,97).

В резании принимают участие и резец, и двигатель, и деталь, и механизмы станка. Во время больших перегрузок один из элементов системы СПИД может не выдержать нагрузку, поэтому расчет ведут по наиболее слабому звену. Станки подбирают по требуемой мощности, детали станков рассчитываются и проверяются на заводах-изготовителях, поэтому слабым звеном могут быть заготовка (изделие) или инструмент. Изделие проверяют на жесткость, то есть определяют какую силу резания, выдержит заготовка до допустимого для неё прогиба. В зависимости от способа закрепления заготовки её прогиб от одинаковой силы резания может быть больше или меньше, поэтому одна и та же заготовка может выдержать большую или меньшую допустимую силу резания в зависимости от способа закрепления.

Допустимую силу резания определяют по формуле:

P_{z доп=} ; (9)

κ_ж – коэффициент жесткости, учитывает способ закрепления детали

κ = 3 – деталь закреплена в патроне консольно

κ=48 – деталь закреплена в двух центрах

κ=110 – деталь закреплена в патроне и в центре задней бабки

ƒ – допустимый прогиб (не более 0,4 мм)

Е – модуль упругости ≈ 2∙10 4 , кг/мм 2

J – момент сопротивления ≈ 0,04 d 4 , мм 4

L – расстояние между точками крепления и опасным сечением.

Резец проверяют по прочности на изгиб, так как резец для работы закрепляется в резцедержателе и четверть или третья часть резца выступает за опорную поверхность резцедержателя, а на вершину резца действует сила резания, поэтому резец испытывает деформацию изгиба. Резец должен выдерживать изгибающий момент от сил резания. Для проверки резца определяют допустимую силу, которую он выдержит на изгиб, и эта сила должна быть больше действующей силы резания или равна ей. Допустимую силу определяют из равенства изгибающих моментов – момента действующего на резец и момента, который может выдержать резец:

Р_z∙ℓ = [σ_изг]∙ w; P_{z доп=} ; (10)

[σ_изг] – допустимое напряжение на изгиб державки резца прямоугольного сечения

ℓ – плечо (вылет резца) – расстояние от вершины резца до опорной поверхности резцедержателя ≤1,5 Н; Н – высота державки резца.

w – момент сопротивления; w = , где (11)

В – ширина державки, Н – высота державки.

Результаты проверки должны удовлетворять условию Р_z ≤ P_{z доп}, где

Р_z – действующая сила резания;

P_{z доп} – сила, которую выдержит резец.

1. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием. – М.: Машиностроение, 1981. 287 с., ил. 26…29.

6. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др. Под общ. ред. А. М. Дальского. М.: Машиностроение, 1985.—448 с., ил. с.446…470.

1. Как располагаются составляющие силы резания в пространстве?

2. От чего зависит направление и величина силы резания?

3. Для чего нужно измерять силу Рz?

4. Какие параметры определяют мощность резания?

5. Какие элементы системы СПИД подвергают проверочным расчетам?

6. Что означают слова – «влияние элемента режима резания на главную составляющую силы резания»?

7. Почему силу Рz называют главной составляющей силы резания?

Тема 5: Физические основы процесса резания

Цель:Ознакомить студентов с процессами, происходящими в металле в процессе отделения стружки.

1. Деформация металла.

2. Упрочнение металла.

3. Нарост металла.

4. Теплота в зоне резания.

Дата добавления: 2014-11-16 ; Просмотров: 1719 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Сила резания R – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.

Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы – тангенциальную P_z , радиальную P_y и осевую P_x.
При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле

Сp; xp; yp; np – эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл.15;

t – глубина резания (при отрезании, прорезании и фасонном точении – длина лезвия резца), мм;

Kp = KMp·K j p·K g p·K l p·Krp – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 13 и 16.

Для определения сил P_y и P_x существуют аналогичные эмпирические формулы. Однако для упрощения и ускорения расчётов величины радиальной P_y и тангенциальной P_x сил резания рекомендуется [3] принимать по следующим соотношениям

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле

(10)

С учётом потерь, мощность привода, кВт, определится

(11)

где h – к.п.д. станка, (принимается равным 0,85).

Проверка режима резания по мощности резания

Расчитаный режим резания необходимо проверить на достаточность мощности привода станка. Найденное значение N_пр сравнивается с паспортным значением N_пр пасп станка, проверяется условие

(12)

В случае несоблюдения этого условия следует уменьшить силу резания соответствующим изменением периода стойкости инструмента, подачи или глубины резания.

Проверка резца на изгиб

После проведения проверки по мощности резания производится проверка прочности державки резца на изгиб от действия тангенциальной составляющей силы резания (см. рис. 4).

Рис. 4. Схема к определению длины вылета резца.

При этом должно соблюдаться условие:

(13)

B – ширина поперечного сечения державки резца, мм ;

Н – высота поперечного сечения державки резца, мм ;

l_р – вылет резца из резцедержателя, мм:

[ s _и]= 200 МПа – предельно допустимые напряжения на изгиб для державки из конструкционной стали.

При несоблюдении данного условия следует уменьшить вылет резца, увеличить размеры поперечного сечения державки, или уменьшить P_z соответствующим изменением режима резания.

Проверка на точность обработки

Радиальная составляющая силы резания P_y может вызвать продольный изгиб заготовки. Поэтому необходима проверка жёсткости обрабатываемой детали, которая проводится исходя из условий точности обработки.

Максимальная нагрузка, Н, допускаемая жёсткостью заготовок, определяется по формуле:

(14)

f – стрела прогиба детали, мм.

Можно рекомендовать:
• при черновом точении f = 0,1 – 0,2 мм,
• при получистовом – f=0,1 мм,
• при точных работах 20 – 25 % от величины поля допуска на размер обрабатываемой поверхности;

k – коэффициент продольной упругости, зависящий от способа установки детали:

• k = 3 – деталь закреплена в патроне;
• k = 70 – деталь закреплена в центрах;
• k = 130 – деталь закреплена в патроне с поджатием задним центром;

E – модуль продольной упругости, МПа, табл. 17;

– момент инерции поперечного сечения детали (круга), мм;

Если условие не выполняется, необходимо изменить схему закрепления детали; уменьшить глубину резания, величину подачи, геометрические параметры режущего инструмента.