MACHINE-TOOLS

Для отделения стружки необходимо приложить силу. Отделяющаяся стружка при точении будет воздействовать на резец в виде равнодействующей силы R (рис. 255). Эту силу можно разложить на три составляющие: окружную Р_z, радиальную Р_y и осевую Р_x. 
Окружная (тангенциальная) составляющая сила резания Р z (ее иногда называют тангенциальной, окружной или касательной составляющей) направлена вертикально вниз. Эта составляющая является наиболее важной.
Она влияет на мощность, необходимую для осуществления процесса резания. Величина силы Р_z зависит от ряда факторов: ширины и толщины среза (глубины резания и подачи), свойств обрабатываемого материала, износа инструмента и др. 
Радиальная составляющая Р_у направлена горизонтально, перпендикулярно оси вращения обрабатываемой заготовки. Она отжимает резец от обрабатываемой заготовки. Эта сила оказывает большое влияние на точность обработки и на вибрации, возникающие в процессе резания.
Осевая составляющая Р_x действует параллельно оси вращения обрабатываемой заготовки в направлении, противоположном направлению подачи, и определяет силу, необходимую для осуществления подачи суппорта с закрепленным в нем резцом. 
Для прямозубой цилиндрической фрезы равнодействующую силу резания R всех одновременно режущих зубьев фрезы можно разложить на следующие составляющие: окружную (тангенциальную) составляющую Р_z направленную по касательной к траектории движения точки на лезвии фрезы (перпендикулярно радиусу), и радиальную составляющую Р_y, направленную по радиусу (рис. 256). 
Равнодействующую силу R можно разложить по правилу параллелограмма на две взаимно перпендикулярные составляющие: горизонтальную Р_h, и вертикальную Р_v.

Окружная составляющая силы резания Р_z, как и при точении, оказывает влияние на эффективную мощность резания. С учетом этой силы производят расчет звеньев механизма главного движения на прочность. При цилиндрическом фрезеровании радиальная составляющая силы резания отжимает фрезу от обрабатываемой заготовки, изгибает оправку и оказывает давление на подшипники шпинделя станка. Горизонтальная составляющая силы резания P_h воздействует на механизм подачи стола фрезерного станка. С учетом максимальной величины этой силы рассчитывают звенья механизма подачи и элементы крепления заготовки в приспособлении. Вертикальная составляющая силы резания Р_v при фрезеровании против подачи стремится приподнять стол фрезерного станка над его направляющими (рис. 256, а), а при фрезеровании по подаче - прижать стол к направляющим (рис. 256, б). При фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями действует еще осевая составляющая силы резания Р_х. Она стремится сдвинуть фрезу вдоль оправки. Резание праворежущими фрезами предпочтительнее, так как в этом случае осевая составляющая силы резания направлена в сторону заднего конца фрезерного шпинделя, т. е. в сторону жесткой опоры. 
Составляющие силы резания измеряют с помощью динамометра. Существуют приборы для измерения только какой-либо одной составляющей (например, окружной) или двух, трех составляющих силы резания одновременно.

Иногда применяют динамометры-месдозы. Прибор должен быть обязательно протарирован, т. е. снимаются показания прибора прн воздействии определенной приложенной силы. По этим данным строится тарировочный график. Желательно, чтобы прибор тарировался до проведения экспериментов и после их окончания. Оба тарировочных графика должны совпадать между собой. 
Эксперименты по определению составляющих сил резания проводятся по заранее разработанной методике в определенной последовательности, при строгом соблюдении постоянства всех факторов, кроме исследуемого.
Допустим, требуется определить влияние ширины фрезерования на окружную силу резания. В таком случае надо произвести измерение силы при различной ширине фрезерования. Все прочие факторы (геометрические параметры фрезы, марка обрабатываемого инструментального материала режущей части фрезы, условия охлаждения, станок, приспособление, величина износа зубьев фрезы и т. д.), а также параметры режимов резания (скорость резания, подача на зуб, глубина фрезерования) должны быть неизменными.
После экспериментов обрабатывают результаты. Обработка сводится к построению соответствующих графиков, получению математических зависимостей и т. д.
Тангенциальная (окружная) составляющая силы резания P_z при точении выражается следующей формулой:
P_z=с_pbа^0,75, (66)

где с_р - постоянный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств обрабатываемого материала. 
Из формулы (66) следует, что ширина среза влияет на P_z в большей степени, чем толщина среза. 
Если в формулу (66) подставить вместо а и b их выражения по формулам, то получим

P_z = c_p/(sinφ)0,25*ts^0,75 = Cts^0,75, (67)

Таким образом, легко перейти от выражения тан ген циальной составляющей силы резания р~ через физические параметры процесса резания (ширину среза и толщину среза) к выражению через технологические параметры процесса (глубину резания и подачу).
Формула окружной составляющей силы резания pz при фрезеровании может быть выражена также через ширину и толщину среза, а именно:
P_z = c_p(Bz')а^0,75. (68)
Если в формулу (68) подставить вместо а и Bz' их выражения по формулам (58) и (61) - для цилиндрического фрезерования, и по формулам (55) и (60) - для торцового фрезерования, то получим формулу для P_z
P_z = c_pBzs_z^0,75 * (t/D)^q
где q - показатель степени при t/D. 
Формулу для силы P_z можно найти в справочниках по режимам фрезерования и в справочниках технолога. 
Эффективная мощность N_e - мощность, необходимая для осуществления процесса резания (без учета к.п.д. станка). Она равна произведению окружной (тангенциальной) составляющей силы резания P_z(кГ) на скорость резания v (м/мин). 
В технике за единицу мощности принимают лошадиную силу, которая равна 75 кГ*М/сек или 60*75 кГМ/мин. 
В этом случае формула для вычисления мощности имеет вид
N_e = P_zv/75*60 л.с. (69)
Одна лошадиная сила (л. с.) равна 0,736 киловатта (квт), или 1 квт равен 1,36 л. с.
Следовательно, эффективная мощность резания, выраженная в киловаттах, будет
N_e = P_zv/1.36*75*60 = P_zv/6120 квт.  
По величине P_z подсчитывают необходимый для осуществления процесса резания крутящий момент М: 
М = P_zD/2 кГ*мм,
где D - диаметр фрезы, мм. 
Удельное давление р представляет собой отношение силы резания P_z к площади поперечного сечения среза F: 
p = P_z/F кГ/мм².  
Если известно значение удельного давления, то можно приближенно определить окружную силу резания P_z, по формуле 
P_z= р * F. 
Величина удельного давления зависит главным образом от физико-механических свойств обрабатываемого материала, толщины среза и геометрических параметров инструмента.
Так, например, для стали σ_в =75 кГ/мм² удельное давление р составляет 400 - 550 кГ/мм², для чугуна р=200 - 300 кГ/мм².