Расчет нагрузок при обработке создаваемых силами резания

 

При большинстве способов обработки воздействие режущего инструмента на заготовку можно представить тремя взаимно перпендикулярными составляющими силы резания: P_x, P_y, P_z. Наибольшую величину имеет тангенциальная составляющая P_z, определяющая момент резания и затраты мощности привода главного движения станка на резание – эффективную мощность резания N_э.

Возможны два подхода при определении нагрузки от сил резания.

Если стоит задача спроектировать универсальное приспособление без четкого знания, какие фактические нагрузки будут возникать при обработке разнообразных деталей, то нужно ориентироваться на полную мощность главного привода станка N_ст.

Если проектируется специальное приспособление и известно все о характере предстоящей обработки, то следует рассчитать фактические величины составляющих силы резания P_x, P_y, P_z.

Связь между эффективной мощностью резания N_э, кВт и тангенциальной составляющей силы резания P_z (кН) выражается следующей зависимостью:

N_э = P_zv / 60,откуда P_z = 60 N_э / v, (7.3.1)

где v – скорость резания, м/мин.

Если мощность выражена в ваттах, то сила будет выражена в ньютонах.

Воспользуйтесь компьютерной программой «Расчет режимов резания» в Microsoft Excel, которая имеется в компьютерных лабораториях института.

В компьютерной программе после расчета величины подачи и скорости резания следует расчет эффективной мощности резания, значение мощности используйте для подсчета величины силы P_z по формуле (7.3.1). Между тремя составляющими силы резания можно принять следующие зависимости:

P_y = 0,7 P_z, P_x =0,25 P_z .

При работе осевым инструментом (сверлами, зенкерами) на заготовку действуют крутящий момент М_кр и осевая сила Р_о. Их величины также могут быть вычислены на основе компьютерных расчетов или по справочникам. Связь между мощностью N_э в кВт и моментом М_кр в кН*м выражается следующей зависимостью:

N_э = М_крπn / 30, (7.3.2)

где n – частота вращения заготовки или инструмента, об/мин;

n =1000 v /(π D);

D – диаметр инструмента, мм.

 

Расчет усилий зажима

Итак, мы имеем схему воздействия на заготовку сил резания, сил закрепления, силы тяжести заготовки, реакций в опорах и сил трения. Из этих силовых воздействий известны только силы резания. Для отыскания остальных сил составим уравнения равновесия заготовки под действием всех перечисленных воздействий. Таких уравнений должно быть столько, сколько имеем неизвестных величин.

Уравнения необходимо составлять следующим образом. Вначале суммируют проекции сил на координатные оси. Затем составляют уравнения моментов вокруг некоторых характерных точек. Поскольку момент сил, приложенных в некоторой точке, равен нулю, целесообразно выбирать в качестве характерных точек те, в которых действуют неизвестные по величине силы, оставляя вне этой точки наименьшее число неизвестных сил. Таким способом упрощаются математические выражения уравнений. При решении уравнений неизвестные величины выражают через известные.

Сила трения F равна произведению нормальной к поверхности трения составляющей N на коэффициент трения f:

(7.3.3)

Величина коэффициента трения зависит от шероховатости поверхности заготовки, формы и характера поверхности опоры, самой величины нагрузки. Установлено, что с увеличением самой нормальной силы растут контактные деформации и возрастает значение коэффициента трения. При обычных нагрузках коэффициент трения можно принимать равным 0,2 – 0,25.

В расчетах сил закрепления вводят коэффициент запаса. Он необходим для исключения риска смещения, а тем более вырыва заготовки при обработке. На этот коэффициент умножают значение сил и моментов резания.

Коэффициент запаса к учитывает неточность расчетов, непостоянство условий установки заготовки и обработки. Он равен произведению шести первичных коэффициентов запаса к₁, к₂,….к₆:

к ₌ к₁ к₂ к₃ к₄ к₅ к₆, (7.3.4)

где каждый из коэффициентов учитывает обстоятельства расчета или обработки:

к₁ - неточности расчета,значения могут изменяться в пределах 1,5 – 2,0;

к₂ - случайные неровности на поверхности заготовки, при чистовой обработке имеет значение 1,0, при черновой - 1,2 – 1,3;

к₃ - затупление и внезапное выкрашивание режущей кромки инструмента, (табл.7.11);

к₄ - прерывистость резания (от 1,0 до 1,2);

к₅ - нестабильность усилия: при механизированном зажиме (1,0), при ручном зажиме с удобным расположением рукоятки (1,2) и с неудобным расположением рукоятки (1,5);

к₆ =1,5, - учитывается только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку. Для цветных сплавов принимать коэффициент к₃, равным значению для чугуна. При выборе значений первичных коэффициентов запаса нужно подходить индивидуально, сообразуя выбор с конкретными условиями. Заниженное значение приведет к ненадежности закрепления, завышенное – к увеличению зажимных устройств и приспособления в целом.

Таблица 7.11 - Значение коэффициента к₃

Метод обработки	Компоненты резания	Коэффициент к3	Обрабатываемый материал
Сверление	Мкр Ро	1,15 1,0	Сталь, чугун
Зенкерование	Мкр Ро	1,3 1,2	Сталь, чугун
Точение (в скобках – для чистового точения)	Pz Py     Px	1,0 1,4 (1,1) 1.2 (1,4) 1,6 (1,0) 1,25	Сталь, чугун Сталь Чугун Сталь Чугун
Фрезерование	Pz	1,7 1,3	Сталь Чугун
Шлифование	Pz	1,2	Сталь, чугун
Протягивание	Pz	1,5	Сталь, чугун

 

Итак, минимальное значение коэффициента запаса равно коэффициенту неточности расчета 1,5, а максимальное при сочетании самых неблагоприятных условий - 11,9.