Силы резания

Под силой резания понимают силу сопротивления перемещению режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Работа силы резания затрачивается на упругое и пластическое деформирование металла, на его разрушение, на трение задней поверхности об обработанную поверхность и стружки о переднюю поверхность режущего инструмента. Результатом сопротивления металла заготовки процессу резания является возникновение реактивных сил, воздействующих на режущий инструмент (рис. 10.7, а).

Реактивные силы – это силы упругого (Р_у1 и Р_у2) и пластического (Рп1 и Р_п2) деформирования, направленные перпендикулярно соответственно задней и передней поверхностям инструмента, и силы трения (Т1 и Т2) по задней и передней поверхностям. Векторная сумма всех этих сил даст единичную силу резания по сечению резца. Просуммировав единичные силы, получим равнодействующую силу резания Р = Рп₁ + Рп₂ + Ру₁ + Ру₂ + Т₁ + Т₂.

Однако вследствие переменности условий резания (неоднородность структуры металла заготовки, допуски на размеры обрабатываемой поверхности и т. д.) равнодействующая сила резания Р переменна по величине и направлению, поэтому для расчетов используют не силу Р, а ее проекции на заданные координатные оси (рис. 10.7, б):

Р = Рх + Ру + Рz.

Рис. 10.7. Сила резания: а – плоская система сил; б – разложение силы резания на составляющие; Ру₁, Рп₁ – реактивные силы упругой и пластической деформации по передней поверхности; Ру₂, Рп₂ – реактивные силы упругой и пластической деформации по задней поверхности; Т₁, Т₂ – силы трения; Р – сила резания; Р_z, Р_х, Р_у – соответственно главная, осевая и нормальная составляющие силы резания

Ось Ох проводят в направлении, противоположном направлению движения подачи, ось Oz − в направлении главного движения, ось Оу − в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Полученные проекции: Рz – главная составляющая силы резания; Рх – тангенциальная (осевая) составляющая силы резания; Ру – нормальная (радиальная) составляющая силы резания. Причем использование составляющих силы резания оказалось очень удобно. Во-первых, по силе Рz определяют параметры механизма главного движения станка, по силе Рх − параметры механизма подачи станка, сила Ру является одним из главных элементов расчета точности обработки.

Во-вторых, соотношение составляющих силы резания для различных схем обработки и различных пар «материал заготовки – материал режущей части инструмента» достаточно стабильно. Например, для наружного точения низколегированных сталей быстрорежущим инструментом соотношение P_z : Ру : Рх находится в пределах 1 : (0,4–0,6) : (0,2–0,4).

Главную составляющую силы резания Pz определяют по эмпирической формуле

Pz = C_Pt^XРS^YРV^ZРK₁K₂ … Ki,

где СР – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала; t – глубина резания, мм; S – подача, мм/мин; V– скорость резания, м/мин; показатели степени ХР, YР, ZР и коэффициенты

К1 К2 … Кi учитывают факторы, не вошедшие в формулу.

Аналогичные формулы существуют и для расчета других составляющих силы резания.