КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ

Кинематика процесса резания изучает закономерности относительного движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, протекающих в зоне резания, и в первую очередь действующих сил и температур

для этого систему СПИД (сокращенное название системы «станок – приспособление – инструмент – деталь») принимают абсолютно жесткой и не зависящей от тепловых воздействий. 

Прежде чем переходить к изложению основополагающих понятий кинематики процесса резания, следует завершить рассмотрение общих сведений, касающихся систем координат и координатных плоскостей, характеризующих взаимное расположение инструмента и заготовки. При этом мы опустим рассмотрение геометрии режущего инструмента и механизмов изнашивания лезвия.

Координатные плоскости. Системы координат
Лезвия режущих инструментов при проектировании, изготовлении и эксплуатации рассматривают в прямоугольной системе координат Рy t Рn, где Рy – основная плоскость; t – рассматриваемая точка режущей кромки; Рn – плоскость резания.
Основная плоскость Рy – это координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного (или результирующего) движения резания. Плоскость резания Рn – это координатная плоскость, проходящая через режущую кромку параллельно направлению скорости главного (результирующего) движения резания. Она перпендикулярна основной плоскости.
В зависимости от ориентации основной плоскости различают три системы координат: инструментальную РуИ t РnИ, статическую РуС t РnC, и кинематическую РyK t РnK. Инструментальная система координат ориентирована относительно лезвий режущего инструмента (рис. 1а). Она применяется при изготовлении и контроле режущих элементов инструмента. При работе с этой системой координат принимают, что направление скорости главного движения резания проходит через режущие кромки касательно к окружности их вращения или вдоль режущих кромок (при расположении их вдоль прямой линии).
Статическая система координат ориентирована относительно направления скорости главного движения резания, которое может быть непараллельно линии вершин лезвий (рис. 1б). Она применяется для приближенных расчетов углов лезвия в процессе резания и для учета изменения этих углов после установки инструмента на станке.

Рис. 1

Кинематическая система координат ориентирована относительно направления скорости результирующего движения резания (рис. 1в). Она применяется для учета реальных значений угловых параметров режущих элементов инструментов в процессе резания.

Секущие плоскости
Линейные углы лезвий режущих инструментов измеряются в секущих плоскостях: главной Рτ, нормальной Рн и плоскости схода стружки Рс.
Главной секущей плоскостью Рτ называется координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания. В инструментальной системе координат она называется инструментальной главной секущей плоскостью Рτи, в статической – статической главной секущей плоскостью Рτс, в кинематической – кинематической главной секущей плоскостью Рτк.

Условия резания древесины реальным лезвием

На рис. 2 показана схема резания древесины реальным лезвием. При внедрении лезвия в древесину ее разрушение происходит около наиболее выдвинутой точки лезвия n. Эта точка лежит на плоскости резания Рn. Отделяемая часть древесины, расположенная выше плоскости резания, скользит по передней грани лезвия и образует стружку.

Рис. 2

Срезаемый слой – это часть припуска между смежными поверхностями резания или слой материала заготовки, отделяемый лезвием за один цикл (или его долю) главного движения резания. Срезаемый слой характеризуется сечением, площадью срезаемого слоя и его линейными размерами. 
Сечение срезаемого слоя – это фигура, образованная при рассечении слоя материала заготовки, отделяемого лезвием за один цикл главного движения резания основной плоскостью Рv. При этом в каждом конкретном случае следует дополнительно указывать систему координатных плоскостей, в которой рассматривается сечение срезаемого слоя. Так, на рис. 2а сечение показано в инструментальной системе координат, а на рис. 2б – в кинематической системе координат.
Толщина срезаемого слоя а – наикратчайшее расстояние между предыдущей и последующей поверхностями резания, ограниченное сечением срезаемого слоя.
Ширина срезаемого слоя b – длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания.
Длина срезаемого слоя l – размер стороны срезаемого слоя, образованной поверхностью резания по траектории рассматриваемой точки режущей кромки.
Объем срезаемого слоя V = a b l.

Кинематика процесса резания. Общие сведения
Кинематика резания рассматривает классификацию принципиальных кинематических схем резания и трансформацию геометрических параметров срезаемых слоев и лезвий во время рабочего цикла. Угловые параметры лезвий могут трансформироваться, если рабочие движения при резании выполняются одновременно. Движения, сообщаемые инструменту и заготовке, обычно рассматривают в прямоугольной системе координат с осями x, y, z. С ее помощью ориентируют также взаимное положение всех механизмов станка. Кинематика станков обеспечивает различные сочетания движений механизмов:
а) рабочие и холостые движения;
б) главное движение при выключенном движении подачи;
в) движение подачи при бездействующем главном движении;
г) одновременное действие движений главного и подачи.
Сочетания исходных движений регламентированы системой принципиальных кинематических схем резания. Из большого разнообразия кинематических схем резания наибольшее распространение получили следующие три схемы:
– схема с одним прямолинейным движением (строгание ручным рубанком, строгание шпона);
– схема с двумя прямолинейными движениями: главным движением и движением подачи (пиление рамными и ленточными пилами);
– схема с двумя движениями, из которых главное – вращательное движение, а движение подачи поступательное (самая распространенная схема, которая характерна для лущения шпона, точения на токарных станках и т.д.).