Механическая работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение металла в процессе стружкообразования, составляет первый источник выделения теплоты Q1

Рис. 1 - Распределение давления по передней и задней поверхностям резца

Вычислять значения силы резания по размерам контактных площадок на лезвии и распределенному по ним неравномерному давлению сложно и трудоемко.

При решении практических задач нагрузку на лезвия заменяют эквивалентной по значению и направлению действия результирующей силой резания P_P.

Точка приложения силы P_P может быть условно отнесена к различным участкам режущего лезвия в зависимости от решаемой задачи. Так, если рассматривают действие P_P на резец, ее принято относить к вершине резца; если резание относят к обрабатываемой заготовке, точку ее приложения полагают лежащей на окружности наибольшего радиуса заготовки. Более обоснованно рассматривать силу P_P приложенной к середине части режущей кромки, участвующей в процессе резания.

Составляющие силы резания и действие их на инструмент, заготовку и станок

Для удобства расчетов результирующую силу резания P_P рассматривают в пространственной декартовой системе координат XYZ. В резании металлов приняты следующие принципы ориентации координатной системы. Начало системы координат принято совмещать с вершиной резца, установленной на высоте оси вращения заготовки. Ось X располагается горизонтально и параллельно оси вращения заготовки; ось Y горизонтальна и перпендикулярна оси вращения заготовки; ось Z вертикальна и направлена вниз.

Рис.2 Составляющие силы резания

Проекция силы P_P на ось X (рис.5.2.) называется осевой составляющей P_X силы резания. Эта составляющая равна сопротивлению обрабатываемого металла врезанию резца в направлении подачи S и действующих в этом направлении сил трения. Значение P_X необходимо знать при расчетах на прочность опор шпинделя и механизма подачи станка.

Проекция силы P_P на ось Y называется радиальной составляющей P_Y силы резания. Она изгибает обрабатываемую заготовку в горизонтальной плоскости, что может служить причиной снижения точности обработки длинных заготовок, а также вызывает нежелательные вибрации.

Проекция силы P_P на ось Z называется вертикальной (главной) составляющей силы резания. Эта составляющая равна суммарному действию сил сопротивления металла срезаемого слоя пластической деформации стружкообразования, разрушения, связанного образованием новых поверхностей, изгиба стружки и сил трения, действующих в направлении оси Z.

Соотношение между величинами составляющих силы резания непостоянно. Например, при резании сталей вновь заточенными резцами с главным углом в плане =45° имеют место соотношения

;

За время резания лезвие резца изнашивается и перед повторной переточкой практически устанавливается равенство всех трех составляющих сил резания.

Все прочностные и мощностные расчеты ведутся по максимально достигаемым значениям составляющих силы резания. Из соотношения между ними (5.1) следует, что наибольшей из составляющих является вертикальная составляющая P_Z, и, следовательно, она в основном определяет ход процессов, протекающих в зоне стружкообразования. В технической литературе часто под “силой резания” принято понимать именно эту составляющую и обозначать ее буквой P без индекса. В тех случаях, когда необходимо учитывать все составляющие силы резания для определения величины равнодействующей используют выражение

При внедрении лезвия инструмента в тело заготовки в процессе резания возникают силы сопротивления перемещению инструмента. Силы сопротивления действуют на переднюю и главную заднюю поверхности инструмента. Результирующая этих сил называется силой резания.

Источниками возникновения силы резания являются:

- сопротивление обрабатываемого материала пластической деформации стружкообразования;

- сопротивление пластически деформированных материалов разрушению в местах возникновения новых поверхностей;

- сопротивление срезаемой стружки дополнительной деформации изгиба и ломанию;

- силы трения на лезвии и других трущихся поверхностях рабочей части инструмента.

Взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом осуществляется через контактные площадки, расположенные на передней и задней поверхностях. Материал воздействует на контактные площадки неравномерно распределенной нагрузкой (рисунок 1).

Рисунок 1 – Распределение давления на передней и задней поверхностях лезвия инструмента

Для решения ряда теоретических и практических задач (определение эффективной мощности, затрачиваемой на резание; определение крутящего момента, передаваемого зубчатыми колесами коробок скоростей и подач; определение прогиба и, следовательно, точности диаметра при обработке нежестких валов) требуется знать как значения действующей силы резания, так и направления ее действия. Вычислять значение силы резания по размерам контактных площадок на лезвии и распределенному по ним неравномерному давлению сложно и трудоемко. Такие задачи решаются путем замены распределенной нагрузки эквивалентной по значению и направлению действия результирующей силой резания .

Точка приложения силы может быть условно отнесена к различным точкам лезвия в зависимости от решаемой задачи. Если рассматривают действие силы резания на резец, точку приложения относят к вершине резца. Если рассматривают действие силы резания на заготовку, то точку ее приложения относят на окружность наибольшего радиуса заготовки.

Для удобства расчетов результирующую силу резания рассматривают в пространственной декартовой системе координат OXYZ (рисунок 2). Начало системы координат совмещено с вершиной резца, расположенной на высоте оси вращения заготовки. Ось OX горизонтальна и параллельна оси вращения заготовки. Ось OY горизонтальна и перпендикулярна оси вращения заготовки. Ось OZ вертикальна и направлена вниз.

Рисунок 2 – Составляющие силы резания

Результирующая силы резания проецируется на оси рассмотренной системы координат.

Проекция силы на ось OX называется осевой составляющей силы резания (осевой силой или силой подачи). равна сопротивлению обрабатываемого металла врезанию резца в направлении подачи и действующих в этом направлении сил трения. Значение осевой составляющей необходимо знать при расчетах опор шпинделя и механизма подачи станка.

Проекция силы на ось OY называется радиальной составляющей силы резания (радиальной силой). Она изгибает обрабатываемую заготовку в горизонтальной плоскости, что может служить причиной снижения точности обработки длинных заготовок, а также вызвать нежелательные вибрации.

Проекция силы на ось OZ называется вертикальной (главной) составляющей силы резания (окружной или тангенциальной силой). Составляющая равна суммарному действию силы сопротивления металла срезаемого слоя пластической деформации стружкообразования, изгиба стружки и сил трения, действующих в направлении оси OZ.

Наибольшей является вертикальная составляющая . Она в основном определяет ход процессов, происходящих в зоне стружкообразования. Соотношение между составляющими , , не постоянно. Так, при резании стали вновь заточенными резцами с главным углом в плане

Согласно правилам сложения векторов значение равнодействующей силы резания

Расчет составляющих силы резания

Составляющие силы резания могут быть определены либо по эмпирическим обобщенным формулам, либо по нормативным таблицам режимов резания.

В обобщенных формулах составляющие силы резания связаны со всеми факторами, влияющими на формирование силы резания. Влияние ряда факторов учитывается непосредственно (глубина резания, подача, скорость резания), влияние остальных – косвенно через поправочные коэффициенты. Формулы для расчета составляющих силы резания имеют вид:

где - глубина резания;

- подача;

- скорость резания;

, ( , ) – постоянная, учитывающая влияние на силу ( , ) некоторых определенных условий резания;

( , ), ( , ), ( , ) – показатели степени;

( , ) – обобщенный поправочный силовой коэффициент, равный произведению поправочных коэффициентов, каждый из которых выражает влияние условий резания на величину определяемой составляющей силы резания.

(3)

Поправочные силовые коэффициенты в формулах (3) для каждой из составляющих силы резания учитывают:

- прочность или твердость обрабатываемого материала;

- величину главного угла в плане режущей части резца;

- величину переднего угла;

- величину наклона главной режущей кромки;

- радиус закругления вершины резца;

- применяемую СОЖ;

- степень изношенности задней поверхности резца.

Постоянные , ( , ), получены для определенных условий резания. Именно для таких условий силовые поправочные коэффициенты равны единице. Условия эти выбирают произвольно.

Постоянные , ( , ), показатели степени , , , , , , , , и силовые поправочные коэффициенты определяются по справочной литературе для каждой из сил , , .

9. Состав и структура САПР.

Ответ: Составными структурными частями САПР являются подсистемы. Подсистема САПР - выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение законченных проектных решении и соответствую­щих проектных документов.

В каждой проектирующей подсистеме выполняются проектные операции и процедуры одного или нескольких уровней.

Так в САПР металлорежущих станков можно выделить следующие подсистемы: кинематическое проектирование; расчет коробки скоростей; расчет коробки подач; прочностные расчеты и т.д.

Проектирующие подсистемы делятся на объектно-ориентированные (объ­ектные) и объектно-независимые (инвариантные) в зависимости о степени специализации объекта проектирования. Таким образом, состав САПР можно представить в виде схемы:

Рисунок 3.1

Обслуживающие подсистемы выполняют вспомогательные функции. К обслуживающим подсистемам относятся - подсистемы развития программного, организационного и методического обеспечения.

Объектно-ориентированные подсистемы предназначены для проектирования объектов определенных классов или их составляющих.

Объектно-независимые - предназначены для выполнения типовых про­ектных процедур или унифицированных процедур.

В качестве подсистем выделяют такие программно-технические комплек­сы, как автоматизированные рабочие места (АРМ).

АРМ - это программно-технические комплексы, создаваемые на базе микро или мини-ЭВМ и предназначены для выполнения в индивидуальном или групповом режимах следующих функций:

ввода, вывода, редактирования и преобразования текстовой и графической информации;

настройка и выполнение программ проектных процедур в диалоговом режиме;

формирования архивов проектных решений и проектных операция;

осуществление взаимодействия с другими АРМ.

Для выполнения своих функции АРМ оснащаются программно-методичес­кими комплексами, которые оформляются в виде текстов программ.

Программно-методические комплексы подразделяются на общесистемные и базовые. Общесистемные - предназначены для выполнения унифицированных обслуживающих процедур: автоматизированного управления проектированием; организацией взаимодействия АРМ; управления базами данных, поиска и пе­редачи информации и т.д. Базовые - предназначены для непосредственного формирования проектных решении. В зависимости от реализованных в их составе проектных процедур базовые комплексы подразделяются на проблем­но-ориентированные и объектно-ориентированные. Оснащение ими соответ­ствующих АРМ превращает последние в завершенные программно-технические комплексы, способное функционировать как автономно, так и во взаимо­действии с другими АРМ.

Все многообразие САПР может быть классифицировано по различным признакам. Классификация САПР используется для стандартизации и унифи­кации систем и, главное, для оценки качества и научно-технического уровня средств автоматизации проектирования. По типу объекта проекти­рования различают САПР изделия; технологических процессов их изготовления, конструирования, организационно-технических систем и т.п.

Структура САПР и алгоритм автоматизированного проектирования существенно зависят от сложности создаваемого объекта. Поэтому признаку выделяются САПР объектов с числом составляющих до 10² ; объек­тов средней сложности - до 10³ ; сложных объектов - до 10⁴ очень слож­ных объектов с числом составляющих свыше 10⁵ .

САПР могут обеспечивать различные уровни автоматизации проектирования, которые оцениваются долей N_АПП автоматизированных проектных процедур в алгоритме проектирования и степенью охвата автоматизацией различных стадий проектирования. В зависимости от N_АПП различают САПР низкоавтоматизированного (N_АПП 25%), среднеавтоматизированного (25% < N_АПП 50% ) и высокоавтоматизированного (N_{АПП >} 50%) проектирования. Высшая степень автоматизации достигается в составе комплексной САПР, которая используется на всех стадиях и этапах создание объекта от целеполагания до испытании и доводки опытных образцов. В составе такой системы выделяются следующие подсистемы: управления процессом создания объектов; проектирования; технической подготовки опытного производства; управления технологическими процессами изготовления опытных образцов; комплексных испытаний и доводки изделия. При последовательном создании комплексных САПР они классифицируются как одноэтапные, двухэтапные и т.д.

В зависимости от степени унификации решения, реализованных в соста­ве системы, различают: 1) гибкие САПР, включающие в себя средства проблемной и объектной настройки на различные методики и объекты проектиро­вания; 2) САПР определенных классов изделий и технологических процессов; 3) уникальные САПР, обычно создаваемые для разработки объектов очень высокой сложности.

По способу оформления результатов проектирования различают САПР: текстового документирования, получаемого с помощью устройств печати АРМ; текстового и графического документирования, получаемого с помощью устройств печати и графопостроителей; документирование на машинах но­сителях (магнитных дисках); документирования на фотоносителях, микро­фильмах, микрофишах предназначенных для эффективной организации архива проектных решений.

Важным критерием, оценивающим эффективности эксплуатации САПР, является его производительность. Для ее оценки может использоваться показатель N_пд - количество проектных документов, выпускаемых системой за год в пересчете на стандартный формат. В зависимости от его значения различают САПР малой (N_пд < 10⁵), средней (10⁵< N_пд 10⁶ ) и вы­сокой (N_пд > 10⁶) производительности.

По используемым средствам вычислительной техники различают САПР в основном, на базе малых и микро(персональных) ЭВМ. В последнее вре­мя получают распространение САПР на базе вычислительных сетей, которые являются технической основой создания комплексных САПР.

Приведенная классификация САПР не является окончательной. Дальнейшее развитие работ по стандартизации в области автоматизации проек­тирования должны уточнить как состав, так и значение классификационных признаков.

10. Основные методы автоматизированного проектирования.

Типовые решения являются основой технологического проектирова­ния при использовании ЭВМ. По уровню решаемых задач типовые решения подразделяются на две группы: локальные и полные.

Локальные типовые решения относятся к частным технологическим задачам, определяющим лишь некоторую часть (элемент) проектируемого технологического процесса, например назначение станка на выполнение операции. Типовые решения в данном случае (модели станка) являются локальными. В качестве примера можно указать множества локальных типовых решений.

Полное типовое решение охватывает весь круг решаемых задач. В качестве примера полного типового решения является типовой техно­логический процесс. Множество типовых решений этой группы - это мно­жество типовых технологических процессов МТРЗ, где каждое решение есть технологический процесс изготовления деталей определенного типа.

Типовые решения различают также по своей структуре. МТР1,МТР2 - это типовые решения с простейшей структурой (одноэлемен­тные). Каждое типовое решение здесь является единицей проектирования, единым неизменным элементом, который может быть принят или не принят целиком. Никакие преобразования этих типовых решений не предусматри­ваются. Более сложную структуру имеют типовые решения МТРЗ. Эти ре­шения многоэлементные, т.е. каждое состоит из совокупности элементов, которые в процессе проектирования могут быть рассмотрены отдельно. Элементы этих типовых решений (маршрутных технологий) - технологичес­кие операции. Для каждой операции необходимо назначить станок, произ­вести нормирование, т.е. рассмотреть в дальнейшем отдельные элементы этого типового решения.

В зависимости от структуры типового решения различают и проце­дуры работы над ними. Для одноэлементных типовых решений организуется алгоритм их выбора, который мы рассмотрели ранее.

Для многоэлементных типовых решений такие создаются алгоритмы выбора, но итогом выполнения алгоритма является не искомое решение, а его структура, т.е. набор необходимых элементов. Для формирования искомого решения необходим еще один алгоритм - анализа типового решения. Рассмотрим этот алгоритм на примере полного многоэлементного типового решения, каким является типовой технологический процесс. Сначала по алгоритму, аналогично рассмотренному выше, исходя из типа детали (рисунок 9.2), выби­рают соответствующий типовой технологический процесс (в нашем случае из МТР3 выбираем ТР4).

МТР3: - (ТР1 (валы); ТР2 (втулки); ТР3 (фланцы); ТР4 (цилиндрическая шестерня); ТР5 (коническая шестерня); ТР6 (ступица) и т.д.)

ТР4 - это типовой маршрут обработки на комплексную деталь.

Далее по типовому маршруту составляем маршрутный технологический процесс на изготовление детали "Сателит".

Типовой технологический процесс как объект теории автоматизи­рованного технологического проектирования - это упорядоченный (по последовательности выполнения) набор описаний технологических операций, достаточных для изготовления группы деталей с общими конструктивными и технологическими признаками. Для формирования из него технологического процесса изготовления конкретной детали необходимо организовать второй алгоритм, в результате которого останутся лишь те операции, которые необходимы для изготовления данной детали. Такой метод проек­тирования, основанный на полных многоэлементных типовых решениях, называют методом анализа или адресации.

Альтернативным подходом к автоматизации технологического про­ектирования является метод синтеза. Основу этого метода составляют локальные типовые решения. Решение общей задачи, например проектиро­вание технологического процесса, в этом случае формируется (синтезируется) из решений частных задач, определяющих элементы технологичес­кого процесса. Для технологических процессов, разработанных с помощью системы автоматизированного проектирования на базе метода синтеза, применимо название единичных.

В настоящее время в системах используют также различные компро­миссные методы, включающие элементы анализа и синтеза.

11. Технико-экономические условия применения САПР.

1. При применении данных систем сокращается время подготовки выпуска изделий на всех этапах (25-80%);

2. Сокращается время подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (60-90%);

3. Сокращается время технологической подготовки производства (25-75%);

4. Повышение производительности при выполнении чертежных работ в 3-30 раз.

5. Повышается загрузка оборудования до 50%;

6. Достигается значительное повышение качества изделия и снижается себестоимость.

Однако развитие САПР зачастую требует больших финансовых вложений.

12. Статические и кинематические углы режущей части прямого проходного и отрезного резцов.

Ответ: Положение поверхностей и режущих кромок координируется относительно корпуса инструмента системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами.

Рис. 1 Углы резцы в плане

Главным углом в плане  называется угол, измеряемый в горизонтальной координатной плоскости между проекцией на нее вектора скорости подачи и проекции главной режущей кромки.

Вспомогательным углом в плане ’ называется угол, измеряемый в горизонтальной координатной плоскости между проекцией на нее вспомогательной режущей кромки и линией, на которой лежит вектор скорости подачи.

 – угол наклона главной режущей кромки.

Угол наклона главной режущей кромки l измеряется между главной режущей кромкой и плоскостью, проходящей через вершину режущей части параллельно координатной плоскости XY. Если вершина резца является низшей точкой главной режущей кромки (l - положительный), то срезанная стружка направляется вправо от рабочего, т.е. в зону, в которой нет рукояток управления механизмами станка.

Чтобы полностью задать положение передней и главной задней поверхностей, необходимо для каждой из них задать еще по одному угловому параметру. Для передней поверхности - это передний угол g, а для главной задней - главный задний угол a. Указанные углы измеряются в сечении режущей части резца вертикальной главной секущей плоскостью A-A (рис.1.4.), перпендикулярной проекции главной режущей кромки на горизонтальную координатную плоскость.

Рис. 2 Геометрические параметры резца в главной секущей плоскости

Передний угол g измеряется в главной секущей плоскости между линиями ее пересечения с передней поверхностью и горизонтальной плоскостью.

Главный задний угол a измеряется в главной секущей плоскости между линиями пересечения ее с главной задней поверхностью и вертикальной плоскостью.

Угол b называется углом заострения.

Вспомогательный задний угол, определяющий положение вспомогательной задней поверхности, лежит в сечении режущей части резца вертикальной вспомогательной секущей плоскостью.

На режущей кромке может быть выполнена фаска шириной ¦_j под углом g_j(рис.1.5.).

Рис. 3 Геометрические параметры фаски на режущей кромке

Вершина резца, а также ребро, образованное пересечением главной и вспомогательной задних поверхностей, закругляются по радиусу закругления вершины r₀.

Для осуществления процесса резания режущая часть инструмента должна иметь определенную форму, образованную рядом поверхностей. Так, режущая часть проходного резца состоит из передней поверхности 1 (рисунок 1), главной задней поверхности 2 и вспомогательной задней поверхности 3. В ходе резания по передней поверхности сходит стружка; главная задняя поверхность примыкает к поверхности резания, а вспомогательная поверхность обращена к обработанной поверхности заготовки.

Рисунок 1 – Устройство режущей части

Передняя и главная задняя поверхности, пересекаясь, образуют главную режущую кромку 4, а передняя и вспомогательная задняя поверхности - вспомогательную режущую кромку 5. Главная и вспомогательная режущие кромки, пересекаясь, образуют вершину 6 резца.

2.2 Система геометрических параметров

Для получения нужной формы режущей части резца перечисленные поверхности и режущие кромки должны быть скоординированы относительно корпуса инструмента определенным образом. Система угловых размеров, обеспечивающих такую координацию, называется геометрическими параметрами. Числовые значения геометрических параметров, проставленные на чертежах инструмента, позволяют изготовить режущие элементы нужной формы и проконтролировать точность изготовления специальным измерительным инструментом. Геометрические параметры с рассматриваемой точки зрения – это статические углы или углы заточки.

Если же рассматривать режущий инструмент не как геометрическое тело, а как орудие труда, то те же геометрические параметры при различных соотношениях скоростей движения инструмента и заготовки будут иметь значения, отличные от статических углов. В этом случае их принято называть рабочими геометрическими параметрами (или кинематическими угловыми параметрами, или рабочими углами, или углами движения).

Выбор формы режущей части инструмента с использованием справочной литературы производится по геометрическим параметрам.

Для определения геометрических параметров токарного резца его режущая часть «привязывается» к пространственной прямоугольной системе координат OXYZ (рисунок 2). Горизонтальная плоскость XOY является опорной плоскостью корпуса резца. На опорной плоскости резец расположен таким образом, что вертикальная ось OZ проходит через вершину резца, а ось OY параллельна геометрической оси резца. При этом принимаются допущения:

- движение подачи направлено вдоль оси OX;

- точка приложения вектора подачи – вершина резца;

- ось вращения обтачиваемой заготовки параллельна оси OX;

- ось вращения заготовки и вершина резца находятся на одном расстоянии от горизонтальной плоскости XOY («резец установлен на высоте оси вращения заготовки» или «резец установлен по центру задней бабки станка»).

Положение режущих кромок определяется углами в плане и : главная режущая кромка – главным углом в плане , вспомогательная режущая кромка – вспомогательным углом в плане (рисунок 2).

Рисунок 2 – Угловые параметры, определяющие положение главной и вспомогательной режущих кромок

Главный угол в плане – угол между проекциями на опорную плоскость главной режущей кромки и вектора подачи.

Вспомогательный угол в плане – угол между проекциями на опорную плоскость вспомогательной режущей кромки и линии, на которой лежит вектор подачи.

Главная режущая кромка может быть параллельна или наклонена под некоторым углом к опорной плоскости. Положение главной режущей кромки относительно опорной плоскости определяется углом , расположенным в вертикальной плоскости, проходящей через главную режущую кромку (рисунок 2). Этот угол называют углом наклона главной режущей кромки.

Угол наклона главной режущей кромки – угол между главной режущей кромкой и горизонтальной плоскостью, проходящей через вершину резца.

Положение главной режущей кромки относительно опорной плоскости может быть трояким:

- главная режущая кромка параллельна опорной плоскости;

- главная режущая кромка наклонена так, что вершина резца является ее наивысшей точкой;

- главная режущая кромка наклонена так, что вершина резца является ее низшей точкой (рисунок 3).

Рисунок 3 – Знак угла наклона главной режущей кромки

Поэтому угол характеризуется не только абсолютной величиной, но и знаком. Если вершина резца является низшей точкой главной режущей кромки, то угол считают положительным, а если наивысшей – отрицательным.

Для изображения положения передней и главной задней поверхностей режущую часть рассекают плоскостью NN (рисунок 4), называемой главной секущей плоскостью. Главная секущая плоскость перпендикулярна проекции главной режущей кромки на опорную плоскость. В главной секущей плоскости измеряются углы, определяющие положение передней и главной задней поверхностей. Положение передней поверхности определяется передним углом .

Рисунок 4 – Геометрические параметры

Передний угол – угол между передней поверхностью и горизонтальной плоскостью (рисунок 4).

Передний угол характеризуется абсолютной величиной и знаком. Если передний угол расположен вне тела инструмента (сечение а), то он положительный, а если в теле инструмента (сечение б), то отрицательный.

Положение главной задней поверхности определяется главным задним углом .

Главный задний угол – угол между главной задней поверхностью и вертикальной плоскостью, проходящей через главную режущую кромку. Главный задний угол должен быть только положительным.

Для изображения положения вспомогательной задней поверхности режущую часть рассекают вспомогательной секущей плоскостью N₁N₁, перпендикулярной к проекции вспомогательной режущей кромки на горизонтальную плоскость. Положение вспомогательной задней поверхности определяется вспомогательным задним углом .

Вспомогательный задний угол – угол между вспомогательной задней поверхностью и вертикальной плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку (рисунок 4).

Расположение передней и главной задней поверхностей определяют форму клина режущей части, который характеризуется углом заострения , измеряемым в главной секущей плоскости между передней и главной задней поверхностями.

В соответствии с определением

. (1)

Положение режущих кромок относительно друг друга характеризуется углом при вершине резца , измеряемым в горизонтальной плоскости между проекциями на нее режущих кромок. Следовательно,

(2)

Для некоторых видов токарных работ требуются резцы с более сложной формой режущей части, например, с криволинейными передней и задними поверхностями или с дополнительными конструктивными элементами. Если передняя и задние поверхности криволинейны, то углы , , и измеряются от касательных линий, проведенных к криволинейным поверхностям в точке, принадлежащей режущей кромке и соответствующей секущей плоскости (рисунок 5).

Рисунок 5 – Измерение геометрических параметров на криволинейных поверхностях и режущей кромке

Таким образом, положение режущих кромок и всех поверхностей режущей части резца однозначно определяется следующими геометрическими параметрами:

- главным углом в плане ;

- вспомогательным углом в плане ;

- углом наклона главной режущей кромки ;

- передним углом ;

- главным задним углом ;

- вспомогательным задним углом .

13. Источники образования теплоты при резании. Распределение теплоты в системе СПИД. Температура резания.

Ответ: Температурное поле представляет собой совокупность значений температур в различных точках тела в данный момент времени.

В результате силового воздействия резца металл срезаемого слоя подвергается пластической деформации и разрушению с образованием стружки (рис.3.1). В зоне стружкообразования можно выделить участки, в которых происходит генерирование теплоты.

Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..4 Источники теплообразования

Механическая работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение металла в процессе стружкообразования, составляет первый источник выделения теплоты Q1.

Срезанная стружка, скользя по передней поверхности резца, преодолевает сопротивление силы трения. Работа сил трения на передней поверхности лезвия резца является вторым источником выделения теплоты Q₂.

Задняя поверхность резца в процессе резания скользит по поверхности резания, преодолевая силу трения. Работа сил трения по задней поверхности лезвия инструмента является третьим источником теплоты Q₃.

Так как процесс резания обычно является устойчивым и достаточно продолжительным, то непрерывно выделяющаяся за время работы теплота также непрерывно отводится из зоны резания (рис.3.2).

Рис. 5 Отвод теплоты из зоны резания

Большая часть теплоты Q₁ и часть теплоты Q₂ идет на нагрев стружки и уносится ею из зоны резания. Эта часть отводимой теплоты обозначается q₁.

Часть теплоты Q₂ и Q₃ нагревает металл режущей части резца и постепенно распространяется по всей массе его корпуса. Металл резца является проводником второго потока отводимой теплоты q₂.

Часть теплоты Q₁ и часть теплоты Q₃ проникают в металл обрабатываемой заготовки и нагревают ее. Эта отводимая теплота обозначается q₃.

Часть общего количества выделяющейся теплоты отводится из зоны резания в окружающую среду излучением или за счет нагрева охлаждающей жидкости. Эта часть отводимой теплоты обозначается q₄.

Под тепловым балансом резания понимается равенство теплоты, выделяющейся в зоне резания, и теплоты, удаляемой из нее за тот же промежуток времени. Таким образом, в каждое мгновение при резании должно иметь место равенство приходной и расходной частей:

Указанное выражение называется уравнением теплового баланса.

На температуру резания при точении оказывают влияние следующие основные факторы:

1.Обрабатываемый металл. 2.Элементы режима резания. 3.Геометрия резца. 4.Смазывающе-охлаждающая жидкость.

Обрабатываемый металл. Большое влияние на температуру резания оказывают механические свойства обрабатываемого металла. Чем выше _B и HB металла заготовки, тем большие силы сопротивления необходимо преодолеть при стружкообразовании, тем большую работу необходимо затратить на процесс резания.

Чем выше теплопроводность обрабатываемого металла, тем интенсивнее отвод тепла от места его выделения в толщу стружки и в обрабатываемую заготовку, тем меньше, следовательно, температура поверхностных слоев резца.

Элементы режима резания. Увеличение температуры нагрева резца с увеличением скорости резания с достаточной точностью описывается эмпирическим выражением

где С₁ - коэффициент, зависящий от условий обработки;

z=0,26...0,72 - показатель степени, характеризующий интенсивность прироста температуры с увеличением скорости резания.

По данным различных исследователей на температуру резания подача по сравнению со скоростью резания оказывает меньшее влияние.

Еще меньшее влияние на температуру резания оказывает глубина резания, т. к. с увеличением этого параметра увеличивается и длина активной части режущей кромки, т.е. улучшается теплоотвод в тело резца.

Геометрия резца. Отрицательный передний угол по сравнению с положительным вызывает большие деформации и приводит к большему тепловыделению в процессе резания.

Чем больше главный угол в плане, тем сильнее нагревается резец. С увеличением этого угла уменьшается длина активной части режущей кромки, что приводит к меньшему теплоотводу в заготовку и в тело резца.

При увеличении радиуса закругления при вершине резца увеличивается длина активной части режущей кромки, что способствует лучшему теплоотводу как в тело резца, так и в заготовку.

Смазывающе-охлаждающая жидкость. Смазывающе-охлаждающие жидкости не только способствуют уменьшению тепловыделения за счет облегчения процесса стружкообразования и уменьшения трения, но поглощают и отводят часть выделенного тепла, снижая тем самым температуру резания. При этом чем выше теплоемкость и теплопроводность СОЖ, тем выше эффект охлаждения.

Таким образом, основными путями снижения температуры нагрева резца в процессе резания металла являются:

1.Рациональное использование СОЖ.

2.Уменьшение величин глубины, подачи и скорости резания.

3.Изменение геометрии режущей части инструмента в направлении увеличения размеров и массы резца.

4.Использование инструментальных материалов с повышенной теплопроводностью (легированных Мо, Со, Тi).

14. Выбор структурных компоновок автоматических систем машин.

Ответ: