Изучение силовых характеристик процесса резания при точении, зависимости составляющих сил резания от элементов режима резания

Для практических расчетов удобно разложить вектор силы резания Р на три составляющие: главную (окружную) составляющую силы резания Р_z, осевую составляющую Р_х и радиальную составляющую Р_у (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Схема действия сил резания при точении

Каждая из этих составляющих может быть вычислена с помощью эмпирической зависимости типа

,                                    (1.18)

где C_pi – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала; t – глубина резания, мм; S₀ – подача, мм/об; J – скорость главного движения резания, м/мин.

Коэффициент C_pi и показатели степени х_pi, y_рi, n_pi для Р_х, Р_у, Р_z будут иметь разные числовые значения. Определение их и является основной задачей экспериментов по установлению сил резания. Эти значения, подставленные в формулу (1.18), позволяют вычислить силу резания и ее составляющие при любом заданном режиме резания.

Методику определения значений величин C_pi, x_pi, y_pi, n_pi рассмотрим на примере получения зависимости (1.18) для главной составляющей силы резания Р_z. Зависимости сил P_x и Р_у от элементов режима резания находят аналогично далее представленной методике.

Методика измерения сил резания

Составляющие силы резания измеряют непосредственно в процессе обработки с помощью динамометров различных конструкций. В данной работе для измерения главной составляющей силы резания Р_z используется однокомпонентный динамометр, изготовленный в виде тензометрического резца и, закрепляемый в резцедержателе токарного станка (рис. 1.30, а).

Рис. 1.30. Тензометрический резец (а), схема соединения

датчиков резца (б)

Датчики 1 и 2 вместе с аналогичными резисторами 3 и 4, установленными на резце вне зоны деформации стержня, соединены в измерительный мост (рис. 1.30, б). Одна диагональ моста подсоединена к источнику питания U_м, вторая измерительная диагональ соединена с усилителем сигналов 5. В процессе резания в связи с деформацией датчиков 1 и 2, возникает разность потенциалов U_АБ точек А и Б, которая пропорциональна деформации стержня и приложенной к нему силе P_z.

Возникший электрический сигнал подается на усилитель 5 и затем измеряется милливольтметром 6. Для перевода показаний прибора в единицы измерения силы, Н, необходимо провести операцию его градуирование. Суть градуирования милливольтметра состоит в экспериментальном определении цены деления его шкалы в единицах измерения силы, Н. При градуировании резец с наклеенными датчиками закрепляют в резцедержателе станка и нагружают известной силой Р(P_z), постепенно увеличивая ее значение и каждый раз фиксируя показания на приборе 6.

          Для нагружения резца в данной работе используется кольцевой динамометр, состоящий из стального закаленного кольца 2 с закрепленным в нем индикатором часового типа 3 (рис. 1.31, а).

Рис. 1.31. Схема градуирования милливольтметра динамометра (а),                  градуировочный график (б)

Создание силы P осуществляют ввинчиванием винта 4 в специальную стойку 5. При нагружении динамометра кольцо 2, передавая усилие P резцу 1, упруго деформируется. Деформацию кольца, пропорциональную нагрузке, измеряют индикатором 3. Цена деления шкалы индикатора кольцевого динамометра равна 110 Н.

При градуировании необходимо выполнить далее приведенные действия.

1. Произвести предварительную нагрузку (один–два раза) резца до максимальной, а затем снять нагрузку.

2. Установить индикатор 3 динамометра на нуль.

3. Последовательно (через одно деление индикатора динамометра) нагружать систему путем вворачивания винта 4 с регистрацией нагрузки и показаний милливольтметра. Результаты тарирования записать в табл. 1.10.

Таблица 1.10

Данные градуирования милливольтметра

4. Последовательно через одно деление индикатора произвести разгрузку резца с фиксацией показаний милливольтметра.

5. Построить градуировочный график (см. рис. 1.31, б). На данном графике экспериментальные точки следует соединить ломаной линией 1, а нагрузочную ветвь этой линии аппроксимировать прямой 2.

6. Выбрать на аппроксимированной прямой 2 нагрузочной ветви произвольно точку «А», определить для нее значения силы P_zA и показание милливольтметра n_A. По определенным значениям рассчитать новую цену деления k, Н/дел, милливольтметра через отношение

k = P_zA / n_A,                                                   (1.19)

При последующих измерениях силы P_z непосредственно в процессе резания на регистрирующем приборе фиксируют показания в виде числа делений n, которое умножают на цену деления k и получают измеренное значение силы P_z.

Методика экспериментального нахождения зависимости

                                                  (1.20)