Силы при фрезеровании цилиндрическими фрезами

С винтовыми зубьями

Технологические оси при фрезеровании цилиндрической фрезой на горизонтально-фрезерном станкенаправляют таким образом, чтобы две оcи (Н и V) находились в рабочей плоскости: одна из осей – в направлении подачи, другая – ей перпендикулярна, – а третья ось W, перпендикулярная рабочей плоскости, совпадала с осью вращения фрезы (рис. 2.22).

К технологическим силовым характеристикам процесса фрезерования цилиндрическими фрезами относят вертикальную P_V, горизонтальную P_H и осевую P_W силы, а также крутящий момент M_кр и мощность N_e.

Горизонтальная сила P_H направлена по подаче S_M. При встречном фрезеровании векторы подачи S_M и силы P_H направлены навстречу друг другу, а при попутном – в одном направлении.

При наличии зазоров в механизме подачи при попутном фрезеровании стол фрезерного станка может перемещаться рывками, что приводит к резкому изменению толщины срезаемого слоя, сил фрезерования и к поломке фрезы.

Во избежание этого для работы с попутной подачей станки оборудуются натяжными устройствами, воздействующими на стол в направлении против подачи S_M с силой, превышающей P_H. При отсутствии натяжных устройств встречное фрезерование с этой точки зрения является предпочтительным.

Вертикальная сила P_V прижимает стол фрезерного станка к направляющим. Неблагоприятным является случай, когда сила P_V изменяет свое направление и, будучи направленной вверх, отрывает стол от направляющих. С этой точки зрения схема встречного фрезерования менее благоприятна. При встречном фрезеровании сила P_V уменьшается и может изменить направление с увеличением глубины врезания е. В связи с этим при расчете режимов резания при фрезеровании необходимо учитывать величину и направление силы P_V. При попутном фрезеровании сила P_V всегда направлена вниз, что благоприятно сказывается на плавности перемещения стола.

Рис. 2.22. Схема технологических осей и приращений сил при встречном фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями

Осевая сила P_W прижимает фрезу к шпинделю, или, напротив, отрывает ее от шпинделя станка вдоль оси его вращения. Крутящий момент M_кр относительно оси шпинделя (или фрезы) нагружает фрезу и механизм коробки скоростей станка и вместе с частотой вращения n определяет мощность N_e привода главного движения.

Особенности расчета силовых характеристик при фрезеровании цилиндрическими фрезами с винтовыми зубьями в сравнении с рассмотренным выше свободным косоугольным точением связаны с тем, что фрезерование является нестационарным резанием. В отличие от рассмотренного выше торцового прямоугольного фрезерования при фрезеровании цилиндрическими фрезами с винтовыми зубьями необходимо учитывать влияние угла наклона режущих кромок l.

При косоугольном фрезеровании изменения толщины срезаемого слоя, а также величины и направлений приращений сил в плоскости стружкообразования обусловлены не только вращением фрезы, но и тем, что различным участкам режущей кромки одного режущего зуба соответствуют различные углы контакта рассматриваемого участка режущей кромки с поверхностью резания. В связи с этим следует говорить не о самих силах, а только об их приращениях.

Удельные силы

Расчет технологических составляющих силы стружкообразования для условий пластического контакта стружки с инструментом целесообразно основывать на том, что в первую очередь определяются две касательные силы (рис. 2.23):

(2.50)

(2.51)

Относительная длина контакта для схем резания инструментами со стабилизирующей фаской определяется по ширине фаски и действительному углу схода стружки:

(2.52)

При резании инструментом с полной передней поверхностью может быть использована формула Н.Г. Абуладзе

(2.53)

Нормальную к передней поверхности составляющую силы стружкообразования найдем, проектируя на условную плоскость сдвига силы , действующие на стружку со стороны условной плоскости сдвига, и силы F и N, действующие на стружку со стороны передней поверхности

Рис. 2.23. Схема сил в условной плоскости сдвига и на укороченной передней поверхности резца со стабилизирующей фаской

(2.54)

Силы и найдутся как проекции сил F и N на оси x и n:

(2.55)

где (2.56)

и

(2.57) где (2.58)

Таким образом, безразмерные удельные силы и зависят от действительного переднего угла g, усадки стружки z, относительной длины контакта стружки с инструментом и от средних касательных напряжений в зоне стружкообразования и на передней поверхности инструмента.