7.5. Соотношение между составляющими силы резания

Оно зависит от факторов процесса резания и может изменяться в широком интервале, что видно из выражения

.

Для незатупившегося инструмента h_з=0, а также для черновых операций, характеризующихся сравнительно большими подачами и относительно малой величиной сил, действующих на фаске износа инструмента по задней поверхности, имеем ε₀ = tg(ρ-γ), т.е. величина ε₀ определяется передним углом и углом трения между лезвием и стружкой. При γ > ρ ε₀<0 происходит самоврезание инструмента в заготовку. С уменьшением толщины срезаемого слоя действительный передний угол уменьшается (см. рис.5.22) – роль сил, действующих на фаске износа инструмента по задней поверхности, возрастает, величина соотношения P_N/P_Z возрастает и может быть в некоторых случаях больше единицы: P_N>P_Z.

С увеличением скорости резания угол трения ρ уменьшается, ε₀ также уменьшается и может при некоторых скоростях резания принимать отрицательные значения (см. рис.7.9).

Рис.7.9. Влияние скорости резания на соотношение

нормальной и главной составляющих силы резания:

1 – при γ₁; 2 – при γ₂ > γ₁; 3 – при γ₃ <γ₂

Обобщая сказанное, можно заключить, что влияние любого фактора на соотношение P_N/P_Z определяется результирующим влиянием этого фактора на средний угол трения по передней поверхности ρ и действительный передний угол. При чистовых операциях, характеризующихся тонкими стружками ε₀ > 0, а при черновых операциях соотношение может быть как положительным, так и отрицательным. Последнее характерно для не затупившегося инструмента при переднем угле и малом угле трения ρ.

Соотношение между силами Р_X и P_Y определяется углом в плане: Р_X/P_Y = tgφ. При φ = 0 Р_X = 0, а при φ = 90˚ P_Y = 0.

7.6. Экспериментальное исследование сил резания

7.6.1. Принцип измерения сил и типы динамометров

Устройство для измерения сил называется динамометром. Современные динамометры для измерения сил резания представляют собой упругую механическую систему, подвергающуюся действию измеряемыми силами резания и вызывающими упругие деформации элементов этой системы. Последние измеряются с помощью датчиков. При этом результаты измерения деформации преобразуются в электрическую величину и регистрируются либо осциллографом, либо показывающим прибором с известной ценой деления шкалы.

Динамометры классифицируются по различным признакам.

По способу измерения деформаций упругой системы они делятся на электрические, индуктивные, емкостные, тензометрические, механические, гидравлические. В механических динамометрах для измерения деформаций применяются измерительные головки или индикаторы часового типа, предназначенные для линейных измерений. В гидравлических динамометрах деформация преобразуется в давление жидкости, которое измеряется манометром. Наиболее широо применяются электрические динамометры с тензодатчиками как наиболее чувствительные, простые по конструкции и наиболее обеспеченные стандартными элементами: тензодатчиками и тензометрическими усилителями.

По назначению динамометры подразделяются на токарные, применяемые на токарных станках, сверлильные, фрезерные и др.

По числу измеряемых составляющих силы резания: однокомпонентные, позволяющие измерить только одну составляющую силы резания, двухкомпонентные и трехкомпонентные.

Рис. 7.10. Устройство трехкомпонентного

индуктивного динамометра

В качестве примера на рис.7.10 показано устройство токарного трехкомпонентного индуктивного динамометра. Он состоит из корпуса 3, балки 4 с гнездом для установки резца 8 и опор 2,5,6,7, соединяющих балку с корпусом. Опоры служат упругими элементами динамометра. Резец устанавливают в гнездо балки 4 с определенным вылетом и закрепляют винтами 1. Динамометр устанавливают в суппорт токарного станка и закрепляют. В корпусе динамометра установлены на резьбе индуктивные датчики D_Z, D_Y, D_X, служащие для измерения сил Р_Z, Р_Y, P_X. Балка 4 динамометра служит якорем для датчиков. Индуктивное сопротивление датчика тем меньше, чем меньше зазор между якорем и датчиком. Действие сил резания при обработке вызывает деформацию опор и перемещение балки 2. При этом зазоры S_Z, S_Y, S_X изменяются. Каждый датчик включен в электрическую цепь так, что является плечом моста сопротивления (см. рис.7.11).

Рис. 7.11 Электрическая схема динамометра

Другим плечом моста является так называемый задатчик 3, представляющий собой катушку индуктивности с якорем, положение которого можно регулировать с пульта управления динамометром. Перед измерением силы резания электрический мост сопротивления уравновешивается с помощью задатчика - стрелка показывающего прибора устанавливается на ноль. При обработке резанием действующая сила вызывает деформацию балки 4, Н изменение индуктивного сопротивления датчиков. Равновесие моста при этом нарушается и в проводнике АС (см. рис.7.11) возникает ток. Он измеряется прибором, шкала которого градуирована в Ньютонах.