Силы, действующие на сверло.

На все элементы сверла при резании действуют некоторые силы.

Разложим равнодействующие сил сопротивления в каждой точке режущей кромки на силы в трех взаимно перпендикулярных направлениях: P_x, P_y и P_z (Рис. 2.20). Горизонтальные силы P_y, действующие на обеих режущих кромках, можно считать, взаимно уничтожаются.

Силы P_x, направленные вверх, препятствуют проникновению сверла в глубину заготовки. В этом же направлении действует и сила P_пер на поперечной кромке. Кроме того, продвижению сверла препятствуют силы трения на ленточках сверла (в результате трения об обработанную поверхность отверстия) и силы трения от сходящей стружки P_m.

Рис. 2.20. Схема сил резания при сверлении.

Для проникновения сверла в обрабатываемую заготовку к сверлу от станка должна быть приложена такая сила P, которая могла бы преодолеть сумму сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла:

P >; Ʃ (2 P_x + P_пер + P_m.).

Суммарная сила от указанных сил сопротивления в осевом направлении сверла называют осевой силой ( или усилением подачи ).

Измерения показывают, что силы сопротивления проникновению сверла P_x возникающие на режущих кромках, составляют около 40% общего сопротивления (или силы P); силы сопротивления, возникающие на поперечной кромке (P_пер), составляют 57% и силы от трения P_m – около 3%.

Силы, препятствующие продвижению сверла в материал, преодолеваются механизмом подачи сверлильного станка, который и рассчитывается по максимальной осевой силе P.

При эксплуатации станка с заданными условиями сверления необходимо, чтобы сумма сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла, или осевая сила P, была бы меньше или, в крайнем случае, равна наибольшему усилию P_{max ,} допускаемому механизмом подачи станка (во избежание поломки слабого звена механизма подачи), т.е. P ≤ P_max.

Наибольшее усилие P_max рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

Сила P_z создает момент сопротивления

М _с.р. = Р_z x.

Суммарный момент от сил сопротивления резанию складывается из момента от сил P_z, момента от сил скобления и трения на поперечной кромке M_n.л, момента от сил трения на ленточках M._л и момента от сил трения стружки о сверло и обработанную поверхность M_с, т.е.

М = М _с.р. + M _n.л + M._л + M_с

Измерения показывают, что 80% общего момента сопротивления резанию приходится на долю режущих кромок, 8% - на поперечную кромку и 12% - на трение стружки о сверло и стенки отверстия и сверла своими ленточками об обработанную поверхность (M_.л + M_с).

Для того чтобы на данном станке могло быть осуществлено резание, кроме указанного выше условия проникновения сверла, был преодолен крутящим моментом станка, т.е. M_кр ≥ M.

Крутящий момент станка подсчитывается по формуле:

М _кр = 975 000 N_шп /n кГмм,

где N_шп – мощность на шпинделе в кВт;

n – число оборотов шпинделя (сверла) в минуту

В свою очередь,

N_шп = N_сmη;

где N_шп – мощность электродвигателя станка;

η – к. п. д. станка

Суммарный момент сопротивления резанию M должен быть меньше или, в крайнем случае, равен не только крутящему моменту M_кр, развиваемому электродвигателем станка на данной ступени числа оборотов шпинделя, но и меньше, или, в крайнем случае, равен максимальному крутящему моменту M_кр, допускаемому слабым звеном механизма главного движения станка (во избежание поломки его) т.е. M ≤ M_кр.

Если момент M_кр легко подсчитывается по приведенной выше формуле, то момент M рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

По силе Р и моменту M можно рассчитать необходимую (потребную) мощность электродвигателя сверлильного станка.

Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

N_рез = N_вр + N_под

Мощность, затрачиваемая на вращение,

N_вр = М_п /60×75× 1000 × 1,36 квт,

где M_п – момент от сил сопротивления резанию в кГмм;

n – число оборотов сверла в минуту.

Мощность, затрачиваемая на подачу сверла,

N_под = P_{s n} /60×75× 1000 × 1,36 квт,

Где Р_{s n} – осевая сила в кГ.

Расчеты показывают, что, как и при токарной обработке, мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5 – 1,5% мощности, затрачиваемой на вращение сверла) и ею можно пренебречь. Поэтому

N_рез = M_v /3060 D квт

Зная мощность, затрачиваемую на резание, легко подсчитать и необходимую (потребную) мощность электродвигателя станка, которая обеспечит проведение процесса резания при сверлении при определенных условиях работы

N_м = N_рез / η;

 

Сравнивая N_м с действительной мощностью электродвигателястанка N_ст, легко проверить возможность осуществления процесса сверления на заданном станке при заданных условиях сверления (резания), для чего должно быть соблюдено условие N_м ≤ N _ст.

Однако, как и при проверке возможности осуществления процесса сверления на заданном станке по моменту, необходимо учитывать не только мощность электродвигателя станка, но и мощность на шпинделе по слабому звену механизма главного движения станка N_шп. Во избежание поломки этого слабого звена должно быть соблюдено условие N_рез ≤ N_шп.

В практике наиболее слабое звено механизма главного движения станка проверяют по моменту или по мощности, в зависимости от того, какие данные приводятся в паспорте станка.

Знание осевой силы и момента сопротивления резанию, возникающих при сверлении, необходимо как для расчета и конструирования станков, сверл и приспособлений, так и для правильного использования их в производстве.