Z E S P Ó Ł    S Z K Ó Ł    T E C H N I C Z N Y C H

w          O L E C K U

T E C H N I K U M     M E C H A N I C Z N E

K O N S P E K T       L E K C J I
Z   T E C H N O L O G I I      M A S Z Y N
                 w     klasie  III  Technikum    Mechanicznym
T E M A T :

     S I Ł Y    I    M O C    S K R A W AN I A   P R Z Y  
                            T O C Z E N I U

Opracował:

      Antoni    GUZIEJKO

      OLECKO  2001 r

K O N S P E K T      L E K C J I

1. Imię i nazwisko prowadzącego lekcje :   A.   G U Z I E J K O

2. Data:

3. Nazwa przedmiotu:                                  „TECHNOLOGIA   MASZYN ”

4. Klasa:                                            III TM5 ( 3 klasa technikum Mechanicznego )

5. Temat lekcji:
                  „S I Ł Y   I    M O C    S K R A W N I A    P R Z Y   T O C Z E N I U”

6. Cele  lekcji;
Cel edukacyjny :
                               UCZEŃ   pozna :
 
•	źródła oporów w procesie skrawania,
•	określenia kierunków działania sił i ich oddziaływanie na układ OPN
•	czynniki wpływające na wielkość sił skrawania.

Cele operacyjne:
                             UCZEŃ potrafi :

•	podać źródła oporów w procesie skrawania,
•	rozłożyć wypadkową siłę skrawania na składowe,
•	rozpoznać siły skrawania działające w układzie narzędzia,
•	podać oddziaływanie poszczególnych sił na narzędzie i na obrabiarkę,
•	podać związki między siłami,
•	wymienić grupy czynników wpływających na siły i moc skrawania. 

Metody :
•	wykład, 
•	dyskusja, pokaz

Formy:                         zbiorowa z elementami pracy w grupie,

Pomoce naukowe:       foliogramy, rzutnik pisma, rysunki, kamera przemysłowa.

C Z Ę Ś Ć    M E R Y T O R Y C Z N A
	CZĘŚĆ
METODYCZNA	

                     Treść   zajęć – ogniwa lekcji

	Czas
Realizacji	Formy pracy
Wiodąca metoda	Realizowane zasady nauczania
	Podstawowe środki	

I.  CZĘŚĆ    PRZYGOTOWAWCZA ( WSTĘPNA )

1.	Czynności organizacyjne : 
-	sprawdzenie listy obecności,
-	zapisanie tematu do dziennika,
-	uruchomienie rzutnika pisma, ew. zasłonięcie okien,
2.	Sprawdzenie pracy domowej
 
Poprzednio zrealizowano temat – „Parametry skrawania – określenia i zasady  doboru”. 
Sprawdzenie pracy domowej  przez  powtórzenie wiadomości z tego zakresu; 
-	parametry technologiczne, 
-	określenia i związki między nimi, 
-	ogólne zasady i kolejność doboru parametrów ; p, v, g .

5 
min

  8
 min	             Rozmowa	                Trwałości wiedzy i umiejętności	  Model noża, rzutnik pisma, foliogramy, tablice	

II. CZĘŚĆ    PODSTAWOWA (  WŁAŚCIWA )

3.	Wprowadzenie  do nowego tematu, uświadomienie zadania.

4.	Podanie nowego tematu i planu lekcji.

Temat :     SIŁY   I   MOC   SKRAWANIA 
                       PRZY   TOCZENIU

Plan lekcji – pokazany na rzutniku pisma 
[ uczniowie zapisują  – temat i plan lekcji ]

-	Foliogram nr. 1

  3 
min	

Mini
wykład
pokaz	
                         Przystępności	                     Foliogram	

  6. Realizacja tematu lekcji

Ad. 1.   Źródła oporu skrawania
          W procesie skrawania, przy usuwaniu warstwy naddatku z powierzchni przedmiotu obrabianego, ostrze narzędzia pokonać musi opory :
-	sprężyste i plastyczne materiału i wióra,
-	tarcia materiału i wióra o ostrze.

         Miarą całkowitego oporu jest wypadkowa  siła skrawania. Dla jej analizy, wygodniej jest wypadkową siłę skrawania F rozłożyć na trzy
 ( wzajemnie ) prostopadłe ( zgodne z kierunkami osi x , y , z ) siły składowe.
-	wzdłuż osi X – siła Px
-	wzdłuż osi Y – siła Py
-	wzdłuż osi Z – sila Pz

                Foliogram nr 2; 3; 4

 Uczniowie wykonują szkic – składowe siły skrawania

Zgodnie z zasadami składania (wektorów ) sił, można zapisać równanie wektorowe:
      
                         oraz        

Wartość wypadkowej   F    można określić z twierdzenia Pitagorasa;

Przybliżoną wartość siły skrawania można
obliczyć wg wzoru:
                               F = ks * S
gdzie:
ks – opór właściwy skrawania w MPa ( tab. 1 )
S – pole przekroju warstwy skrawanej w mm2
Przy toczeniu ;
- stali                     Py = ( 0,4 – 0,6 ) Pz
                                  Px = ( 0,2 – 0,4 ) Pz

- żeliwa      Py = ( 0,3 – 0,6 ) Pz
                 Px = ( 0,1 – 0,4 ) Pz

10
min	                                             Opis z objaśnieniem	                                            Nowości i przyjemności	                                           Pokaz foliogramów na rzutniku pisma	

Lub ogólnie:
                      Py = ( 0,3 – 0,5 ) Pz
                      Px = ( 0,15 – 0,3 ) Pz ,    
i na tej podstawie można przyjąć, że przeciętnie :        Pz : Py : Px = 120 : 40 : 30

Do dokładniejszego obliczenia sił skrawania służą wzory
 ( wyznaczone doświadczalnie )

               Pz = Cz  gxz  pyz  Kz ;        
               Py = Cy  gxy  pyy  Ky ;          
               Px = Cx  gxx  pyx  Kx ;
					
Ad.2. Określenie składowych sił skrawania

Siły skrawania można rozpatrywać w dwóch układach;
-	oddziaływanie sił na nóż tokarski,
-	oddziaływanie sił na elementy obrabiarki i na przedmiot obrabiany
a.  W układzie narzędzia występują :

- Pz-  jest równoległa do wektora szybkości V;
-Px– jest równoległa do kierunku posuwu p,
-Py– jest prostopadła do składowych sił Pz i Px
 
Pz – siła główna
Px – siła posuwowa,
Py – siła odporowa.

b.  W układzie obrabiarki występują :
 - pionowa          Pn = - Pz
  -osiowa            Po = - Px
  -poprzeczna     Pr = - Py 

          Foliogramy nr. 5, 6, 

10
min	

Mini
wykład	             Poglądowości, przystępności	             Kamera przemysłowa, foliogramy , rysunki	

Ad. 3 Oddziaływanie sił skrawania na układ OPN ( Obrabiarka , Przedmiot, Narzędzie)

-	sił Pz, Px, Py na nóż tokarski
-	sił Po, Pn, Pr na przedmiot i tokarkę
 Trzonek noża musi spełniać warunek wytrzymałości na zginanie.
                                Mg max = Pz * L [ Nm ]

            Foliogramy nr 7 	

10 
min	Pokaz z objaśnieniem	Poglądowości, systematyczności	

j.w.	

-	składowa osiowa Po poprzez uchwyt tokarski wywiera nacisk na łożyska wrzeciona. 
-	składowa porzeczna Pr obciążą łożyska wrzeciona oraz wygina przedmiot obrabiany; stąd przy małej sztywności przedmiotu obrabianego ( L/d >15)   działanie siły Pr może;
-	 wyginać przedmiot ( zwłaszcza wtedy gdy nóż znajdzie się w środku długości obrabianego przedmiotu). Wygięcie to spowoduje zmniejszenie głębokości skrawania  a zatem przedmiot po obróbce będzie miał w środku długości większą średnicę.
Podczas obróbki wałków małej sztywności należy:
I.	stosować o kącie przystawienia  wówczas siła Pr = 0
II.	stosować podtrzymki zapewniają większą sztywność przedmiotu.

                           Foliogram  nr 8 , 9 	

12
min

	                                 Pokaz z objaśnieniem	                              Poglądowości, przystępności, systematyczności	

j.w.	

 Ad. 4  Moc skrawania

Na całkowitą wartość mocy składają się trzy części ; 

         ;  
    
  czyli Ne = Nz + Nx + Ny

Pz; Px; Py – składowe sił skrawania 

vz [m/min]  - szybkość skrawania w kierunku działania składowej Pz,

vx              - szybkość skrawania w kierunku działania składowej Px,

vy              - szybkość skrawania w kierunku działania składowej Py,

wobec tego , że vy = 0 oraz to, że vx  ~ 0  (jest bardzo małe w porównaniu z vz  )otrzymamy;
                       Ne= Nskr = [ kW ]       
                   Foliogram nr. 6

Obliczanie mocy skrawania prowadzi się dla sprawdzenia np. czy założone, przyjęte parametry skrawania będą mogły być zrealizowane tzn. czy moc silnika obrabiarki jest większa od mocy skrawania obliczonej jak wyżej. Jeżeli warunek ten nie zostanie spełniony należy:
-zmniejszyć parametry p, v, g a tym samym zmniejszy się moc skrawania;          
-zwiększyć moc silnika napędowego  tzn. Zaplanowaną obróbkę przenieść  na obrabiarkę w której jest zainstalowany silnik większej mocy.

	

 8
min	

Mini
wykład	                  Korelacji, systematyczności, przystępności	                     Foliogramy, rzutnik pisma	
Ad. 5  Czynniki wpływające na siły skrawania

A.	Parametry skrawania
- głębokość g [ mm ]

Wpływ zmiany głębokości skrawania na wartości sił składowych skrawania; przedstawione poniżej zależności  uzyskano przy toczeniu stali „45” z szybkością   V = 17 m/ min

Pz = 116 g ;    P y = 39,3 g 0,96  ;       Px = 28,6 g1,04

-posuwu   p [ mm/ obr ]

Wpływ wartości posuwu na siły skrawania 
pokazuje wykres

–	Foliogram nr 10, 11

- szybkości skrawania v [ m/min ]

Wyraźny wzrost wszystkich sił przy szybkości około V= 40 m/min jest tłumaczony tworzącym się narostem na ostrzu noża, oraz spęczaniem wióra i tarciem.

Foliogram nr 12

B.	Geometria ostrza

-	kąta natarcia 

            Foliogram nr 13

-	kąta pochylenia krawędzi skrawającej

                         Foliogram  nr 14

-	kąta przystawienia 

Foliogram nr 15 i 8
C.	wpływ materiału obrabianego na siły skrawania
Foliogram nr 16	

15
min	

Pokaz
Mini
Wykład
objaśnieni	        Poglądowości, trwałości wiedzy	       Rzutnik pisma, foliogramy, kamera, rysunki	
C. CZĘŚĆ   KOŃCOWA

-	podsumowanie , utrwalenie wiadomości
a.	wymień źródła oporu skrawania;
b.	podaj nazwy i kierunki składowych siły skrawania w układzie narzędzia;
c.	podaj nazwy i kierunki siły skrawania w układzie obrabiarki;
d.	podaj skutki oddziaływania sił na nóż;
e.	podaj związki wartości jakie zachodzą między siłami;
f.	podaj cel określania mocy skrawania;
g.	podaj czynniki wpływające na wartości sił skrawania;
   
-	praca domowa
a.	utrwalić wiadomości zdobyte na lekcji,
b.	poznać określenia użytych we wzorach doświadczalnych na siły skrawania oznaczeń.

  8
min	

Utrwa
-lająca	Trwałości wiedzy i umiejętności	 J.w	

                                                                                                    Załączniki do konspektu                                    

                                                       Foliogram  nr. 1

Temat :     SIŁY   I   MOC   SKRAWANIA 
                       PRZY   TOCZENIU

1.	Źródła oporu skrawania
2.	Określenie składowych sił skrawania
a.	w układzie narzędzia
b.	w układzie obrabiarki
     3.  Oddziaływanie sił skrawania na układ OPN
4.  Moc skrawania przy toczeniu
6.	Czynniki wpływające na siły skrawania
a.	parametry skrawania
b.	geometria ostrza narzędzia 
c.	własności materiału obrabianego

Foliogram nr. 2  i  3

                                                                                               Px

                                                        R

                                  Pz                  F                           Pz             Py                      R

Foliogram nr 4

                              Z                                                            Z

                               
                                                                                                    Px                          X

                                                                                          Py                R
                       0                                X
                                                                                Pz                           Y

                                           Y

Foliogram nr 5

                                                                                                                  Tabela 1

Materiał obrabiany	    Opór właściwy skrawania  ks ( MPa ) przy
                    posuwie p ( mm/obr )
	
	p = 0,1	p = 0,2	p = 0,3
	
Stal stopowa	4700 – 5700	3400 – 4100	2450 – 3000	
Stal węglowa	3600 – 4600	2600 – 3300	1900 – 2400	
Mosiądz	1600	1150	850	
Brąz	1400	1000	700	
Stopy Al.	1250 – 1400	900 – 1400	650 - 750	

Foliogram nr 6

Pz – siła główna
Px – siła posuwowa
Py – siła odporowa                    n ( obr/ min )                                            Pn
                                                                                            V

                                                                                                                         Py
                                                      Pr                                       P                                                                                           

                                        Po

                                                                               Px                       Pz

                             p  ( mm/obr )
                                                                Py             Pz              do V  i do Px ; Py
                                                                                 Px              do   Py  

Foliogram nr 7

Mg max = Pz * L [ Nm ]         

                                                                                        Nóż
                                                     Pz
                                                                  L
                                                                                      Podparcie imaka

                            Wx >  

Foliogram nr 8

- siła posuwowa Px – zgina nóż w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez oś 
                                  obrabianego przedmiotu;
- siła odporowa Py –  „odpycha” nóż od przedmiotu obrabianego; oddziaływuje na imak. 

                      rys . a                                                    rys. b         

                                                Px                                                          Px = Px max
                                                                      Py = 0

                       p       Py                                        p

Jeżeli     to  Py          Py max a     Px =0
           to Py = 0                  a    Px        Px max

Foliogram nr 9

Na obrabiarkę i przedmiot:    Pr
                                                                                               Pr
                       Po                                 Px

                                            Py

Foliogram nr 10

                                                                           Pz, Px, Py

Wpływ                                                               120                     Pz
- głębokości skrawania g [ mm ] 
                                                                           90
                                                                                                  Py
                                                                           60
                                                                                                     Px
                                                                           30
                                                                                                                                  mm

                                                                               1,0                   4,0                   8,0   g                    
           
Wpływ zmiany głębokości skrawania na wartości sił składowych skrawania; przedstawione poniżej zależności  uzyskano przy toczeniu stali „45” z szybkością
 v = 17 m/min

                 Pz = 116 g ;           P y = 39,3 g 0,96  ;             Px = 28,6 g1,04 

                                              
Foliogram nr 11  

Wpływ  

-	posuwu    p [ mm/ obr]                120     Pz, Py, Px                 Pz

                                                                           90                                    Py

Zależności uzyskane dla warunków jw.
                                                                        60
Pz = 510 p0,75                                                                                                                       Px
Py = 162 p 0,78                                                                  30
Px = 120 p 0,63                                                                                                                                                       mm/obr

                                                                                    0,2       0,4      0,6       0,8     1,0 p

Foliogram nr 12

Wpływ  
- szybkości skrawania V [ m/ min ]
                             Px, Py, Pz
                                             3    kN 

                                                                                                           Pz

                                      1,5                                                                       Px

                                                                                                                   Py

                                                               40               80              120          160 V[m/min]

Wyraźny wzrost wszystkich sił przy szybkości około V= 40 m/min jest tłumaczony tworzącym się narostem na ostrzu noża, oraz spęczaniem wióra i tarciem.

Foliogram nr 13

Wpływ 
          - kąta natarcia              Pz

                                                                Py

                                                                     Px

                                                        15         30         45         600

Foliogram nr 14

Wpływ 

- kąta pochylenia krawędzi skrawającej 
                                                         3kN                                        Pz

                                                          1,5                            Px             Py

                                                                                                                                      
                                                                        -20         0           20          40          600

Foliogram nr 15

Wpływ 
- kata przystawienia                   4kN                                    Pz

                                                                                                          Px
                                                          2
                                                                                                     Py

                                                    0,5       
                                                                        30                  60                  900  

Foliogram nr 16 

Pz =  Cz  gez  puz  [N]
Cz  = C1 Kmz  Kz  Kz   Kz  Krz   Khz

Py =  Cy  g ey  puy   [ N ]
Cy =  C2  Kmy   K  K  K  Kry   Khy
 Px = Cx  gex  pux  [N]
Cz = C3  Kmx   K  K   K  Krx  Khx