Равнодействующая сила резания и ее составляющие

Для совершения процесса пластического деформирования металла в зоне стружкообразования, т. е. отделения срезаемого слоя от обрабатываемого тела, со стороны передней поверхности инструмента к обрабатываемому телу прикладывается сила R, являющаяся равнодействующей нормальной силы N и силы трения F. Кроме того, в связи с процессами контактного взаимодействия по главной и вспомогательным задним поверхностям со стороны инструмента к обрабатываемому телу прикладываются нормальные и касательные силы.

Таким образом, суммарная сила R— сила резания, действующая со стороны инструмента на обрабатываемое тело— является векторной суммой нормальной силы N и силы трения F, действующих со стороны передней поверхности на срезаемый слой и стружку, нормальной силы n_i и силы трения F₂, действующих со стороны главной задней поверхности (площадки износа) на обрабатываемое тело, нормальной силы N₂ и силы трения F₂, действующих со стороны вспомогательной поверхности (площадки износа) на обрабатываемое тело:

                                                (1)

Со стороны обрабатываемого тела на инструмент действует равная по величине, но противоположно направленная сила R.

Для практического использования силу резания R принято раскладывать на три взаимно перпендикулярные силы P_z, Р_у, P_х (рис. 5):

P_z — тангенциальная (вертикальная, основная) составляющая силы резания;

Р_y — радиальная составляющая силы резания;

Р_х — осевая составляющая силы резания.

Согласно этой схеме:

                                                           (2)

На рисунке 5 сила R условно приложена к вершине резца. При токарной обработке при условии, что вершина резца расположена на уровне оси вращения детали, силы Ру и Р_х расположены в горизонтальной плоскости, а сила P_z расположена вертикально. Сила Р_у расположена перпендикулярно оси вращения детали, а сила Р_х параллельно оси вращения детали.

При значении главного угла в плане φ = 45° соотношение величины сил P_z, P_y, Р_х следующее:

P_z>P_y>P_x                                                              (3)

 

Рис. 5. Силы при несвободном резании

 

Неравенство сил Р_у и Р_х объясняется существованием побочного резания по вспомогательной режущей кромке. Кроме того, отношение сил Р_У/Р_Х зависит от величины главного угла в плане. С ростом j отношение Р_у/Р_х уменьшается.

Сила P_z используется для определения мощности главного движения, расчета резца на прочность и его виброустойчивость. Сила Р_у используется при решении задачи на определение точности размеров детали и ее формы, виброустойчивости системы шпиндель — деталь— резец — суппорт. Сила Р_х используется для определения мощности вспомогательного движения. Кроме того, силы P_z, Р_у, Р_х используются при расчете на прочность и износостойкость деталей станка и выборе подшипников.

При свободном прямоугольном резании (угол λ = 0) со стороны обрабатывающего тела на резец действуют две составляющие P_z и Р_у (рис. 6). Для таких условий резания с некоторым допущением механику процесса резания можно рассматривать как двухмерную плоскую задачу. Плоскость, в которой рассматривается механика процесса, расположена по середине активной части режущей кромки.

Рис. 6. Силы при свободном прямоугольном резании

 

Двухмерная задача механики процесса резания для условий схемы (модели) с единственной плоскостью сдвига дана на рис.1.1. Ниже рассматривается механика процесса резания без учета сил, действующих по главной задней поверхности инструмента (по площадке износа) и вспомогательной задней поверхности инструмента (по площадке износа). В основу этой схемы положен основной закон механики. Сила R, действующая со стороны передней поверхности инструмента на плоскость сдвига, равна и противоположно направлена силе, действующей со стороны плоскости сдвига на переднюю поверхность инструмента. Согласно этой схеме, проекцию силы резания R на плоскость сдвига R_τ принято называть силой сдвига. Процесс резания будет совершаться в том случае, когда сила Rτ будет равна или несколько больше суммы сопротивлений пластическому деформированию т_у, действующих по всей плоскости сдвига, площадь которой равна .

В связи с этим равенство принято называть уравнением условия резания при образовании сливных стружек.

                                                                   (4)