Характеристики режима резания и сечения срезаемого слоя

К числу основных характеристик режима резания относятся глубина резания t и глубина врезания е, подачи на оборот S₀, на зуб S_Z, минутная подача S_м, скорость резания v.

Глубина резания t характеризует величину врезания режущей кромки, измеренную перпендикулярно рабочей плоскости. При прямых срезах, т. е. при , глубина резания вместе с углом в плане определяет ширину срезаемой стружки (рис. 2.2, а).

При обратных срезах, т.е. при , глубина резания более тесно связана с толщиной срезаемого слоя.

При торцовом фрезеровании на вертикально фрезерном станке (см. рис. 2.6.) рабочая плоскость расположена горизонтально и глубина резания измеряется перпендикулярно этой плоскости, т. е. вдоль оси вращения фрезы. При цилиндрическом фрезеровании (рис. 2.6) рабочая плоскость расположена вертикально. Глубина резания и в этом случае измеряется вдоль оси вращения фрезы, но в горизонтальной плоскости.

Глубина врезания е измеряется в рабочей плоскости в направлении, перпендикулярном подаче.

Этот параметр рассматривают только для таких способов обработки, в которых угол между векторами скорости резания и подачи изменяется, например для торцового и цилиндрического фрезерования. Глубина врезания инструмента е вместе с его диаметром D характеризует путь режущего лезвия за один оборот, часть траектории, при прохождении которой зуб находится в контакте с деталью.

Подача характеризуется несколькими различными параметрами. Скорость подачи, как правило, измеряют в мм/мин и называют минутной подачей S_м.

Кроме минутной подачи S_м, используют подачу S₀ на один оборот инструмента (или детали) (мм/об) или подачу на один двойной ход (мм/дв. ход), а также подачу на одно режущее лезвие или зуб (мм/зуб) – подачу на зуб S_Z.

Все три перечисленные характеристики измеряют в направлении движения подачи S_м, а следовательно, в рабочей плоскости. Они связаны между собой следующими соотношениями:

, (2.32)

, (2.33)

где n – частота вращения, Z – число зубьев (режущих лезвий) инструмента.

Поскольку в общем случае подача не перпендикулярна скорости резания v и, следовательно, не обязательно находится в основной плоскости, целесообразно рассматривать также нормальную к скорости резания составляющую подачи S_Z– подачу S_q

. (2.34)

Для точения, например,

(2.35)

а минутная подача

. (2.36)

Скорость резания v при вращательном движении инструмента или детали рассчитывается по формуле

, (2.37)

где D и n – диаметр и частота вращения инструмента или детали.

При прямолинейном движении, например при строгании с длиной хода ползуна L и частотой n, скорость резания v определяется следующим образом:

. (2.38)

При значительном превышении длины главной режущей кромки в сравнении с длиной зачищающей (вспомогательной) кромки, т. е. при

, (2.39)

отклонением скорости v₁ от нормали можно пренебречь (n = 0), а угол y между диагональю АС и подачей считать равным углу в плане j. При этом приближенное (статическое) значение ширины срезаемого слоя b_c вычисляется по простой формуле

. (2.40)

При косоугольном резании (т. е. когда угол l не равен нулю) ширина срезаемого слоя будет несколько больше

. (2.41)

Толщина срезаемого слоя a может быть охарактеризована: действительной толщиной a_д, действительной максимальной толщиной а_м, действительной средней толщиной а_ср, статической толщиной срезаемого слоя а_с.

Действительная толщина срезаемого слоя a_д измеряется в основной плоскости в направлении скорости стружки v₁, т.е. перпендикулярно диагонали сечения срезаемого слоя. Поскольку в направлении скорости v₁ расстояние между ломаными линиями АВС и ADC переменно, то и действительная толщина срезаемого слоя может быть переменной по ее ширине.

При прямоугольном резании (l=0) и выполнении условия (2.10) толщина срезаемого слоя приближенно оценивается статической толщиной срезаемого слоя а_с=BF, измеренной в направлении нормали к проекции главной режущей кромки:

. (2.42)

При свободном резании (одной прямолинейной режущей кромкой), а также при несвободном резании, не вызывающем отклонения вектора стружки v₁ от нормали к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (например, при отрезке, сверлении и др.), используют статические значения толщины и ширины срезаемого слоя (y =j, n=0).

Рассмотрим определение толщины срезаемого слоя при скрытой (конструктивной) подаче, например при нарезании резьбы метчиком (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Схема к определению параметров сечения срезаемого слоя при нарезании резьбы метчиком

Будем считать направление скрытой (конструктивной) подачи S перпендикулярным оси метчика. При этом глубина резания t должна измеряться перпендикулярно рабочей плоскости, т. е. в направлении оси метчика.

За один оборот метчика подъем зуба равен подаче S ₀, мм/об:

, (2.43)

где р – шаг резьбы, y– угол заборного конуса метчика.

Поскольку на одном витке резьбы метчика число режущих элементов равно числу зубьев (или перьев) Z, то подача на зуб

. (2.44)

С учетом (2.42 и 2.44) толщина срезаемого слоя при нарезании резьбы метчиком

. (2.45)

Сведения о толщине срезаемого слоя при нарезании резьбы метчиками необходимо учитывать при конструировании метчиков. Так, для машинных метчиков при обработке сталей толщина срезаемого слоя не должна превышать 0,03–0,05 мм, а при обработке чугуна 0,04–0,07 мм [12].

К числу основных характеристик режима резания относятся глубина резания t и глубина врезания е, подачи на оборот S₀, на зуб S_Z, минутная подача S_м, скорость резания v.

Глубина резания t характеризует величину врезания режущей кромки, измеренную перпендикулярно рабочей плоскости. При прямых срезах, т.е. при , глубина резания вместе с углом в плане определяет ширину срезаемой стружки (рис. 2.2).

При обратных срезах, т.е. при , глубина резания более тесно связана с толщиной срезаемого слоя.

При торцовом фрезеровании на вертикально фрезерном станке (рис.2.6, в, 2.7.) рабочая плоскость расположена горизонтально и глубина резания измеряется перпендикулярно этой плоскости, т.е. вдоль оси вращения фрезы. При цилиндрическом фрезеровании (рис. 2.6, а) рабочая плоскость расположена вертикально. Глубина резания и в этом случае измеряется вдоль оси вращения фрезы, но в горизонтальной плоскости.

Глубина врезания е измеряется в рабочей плоскости в направлении, перпендикулярном подаче.

Этот параметр рассматривают только для таких способов обработки, в которых угол между векторами скорости резания и подачи изменяется, например, для торцового и цилиндрического фрезерования. Глубина врезания инструмента е вместе с его диаметром D характеризует путь режущего лезвия за один оборот, часть траектории, которую зуб находится в контакте с деталью.

Подача характеризуется несколькими различными параметрами. Скорость подачи, как правило, измеряют в мм/мин и называют минутной подачей S_м.

Кроме минутной подачи S_м используют подачу S₀ на один оборот инструмента (или детали) (мм/об) или подачу на один двойной ход (мм/дв.ход), а также подачу на одно режущее лезвие или зуб (мм/зуб) - подачу на зуб S_Z.

Все три перечисленные характеристики измеряют в направлении движения подачи S_м, а следовательно, в рабочей плоскости. Они связаны между собой следующими соотношениями:

, (2.46)

, (2.47)

где n - частота вращения, Z - число зубьев (режущих лезвий) инструмента.

Поскольку в общем случае подача не перпендикулярна скорости резания v и, следовательно, не обязательно находится в основной плоскости, целесообразно рассматривать также нормальную к скорости резания составляющую подачи S_Z - подачу S_q

(2.48)

Для точения, например,

(2.49)

а минутная подача

, (2.50)

Скорость резания v при вращательном движении инструмента или детали рассчитывается по формуле

(2.51)

где D и n - диаметр и частота вращения инструмента или детали.

При прямолинейном движении, например, при строгании с длиной хода ползуна L и частотой n скорость резания v определяется следующим образом:

, (2.52)

Сечение срезаемого слоя в основной плоскости при несвободном резании, прямолинейных главной и зачищающей кромках и нулевом вспомогательном угле j в плане имеет форму параллелограмма (рис. 2.25).

Рис.2.25. Схема к определению действительной и средней толщин срезаемого слоя в основной плоскости при продольном точении

Проекция скорости стружки v₁ на основную плоскость составляет с нормалью к проекции главной режущей кромки угол n. При прямоугольном несвободном резании (l=0) в первом приближении принимают, что скорость стружки v₁ перпендикулярна диагонали параллелограмма АВСD - сечения срезаемого слоя [1].

Длина диагонали АС сечения срезаемого слоя (рис. 2.25) при нулевом угле наклона режущей кромки l может быть принята за действительную (максимальную) ширину срезаемого слоя

, (2.53)

где (2.54)

При значительном превышении длины главной режущей кромки в сравнении с длиной зачищающей (вспомогательной) кромки, т.е. при

, (2.55)

отклонением скорости v₁ от нормали можно пренебречь (n = 0), а угол y между диагональю АС и подачей считать равным углу в плане j. При этом приближенное (статическое) значение ширины срезаемого слоя b_c вычисляется по простой формуле

(2.56)

При косоугольном резании (т. е. когда угол l не равен нулю) ширина срезаемого слоя будет несколько больше

. (2.57)

Толщина срезаемого слоя a может быть охарактеризована: действительной толщиной a_д, действительной максимальной толщиной а_м, действительной средней толщиной а_ср, статической толщиной срезаемого слоя а_с.

Действительная толщина срезаемого слоя a_д измеряется в основной плоскости в направлении скорости стружки v₁, т.е. перпендикулярно диагонали сечения срезаемого слоя. Поскольку в направлении скорости v₁ расстояние между ломаными линиями АВС и ADC переменно, то и действительная толщина срезаемого слоя может быть переменной по ее ширине (рис. 2.25).

Эпюра изменения действительной толщины срезаемого слоя имеет вид трапеции, а при равных длинах главной и вспомогательной режущих кромок – треугольника.

При прямоугольном резании (l=0) и выполнении условия (2.55) толщина срезаемого слоя приближенно оценивается статической толщиной срезаемого слоя а_с=BF, измеренной в направлении нормали к проекции главной режущей кромки:

(2.57)

Средняя толщина срезаемого слоя а_ср= BG определяется в направлении скорости стружки из условия равенства

, (2.58)

поскольку оба эти произведения выражают площадь сечения срезаемого слоя:

. (2.59)

При свободном резании (одной прямолинейной режущей кромкой), а также при несвободном резании, не вызывающем отклонения вектора стружки v₁ от нормали к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (например, при отрезке, сверлении и др.), используют статические значения толщины и ширины срезаемого слоя (y =j, n=0).