4.2. Методы экспериментального определения технологических составляющих усилий резания.

В истории развития и усовершенствования динамометров, применяемых при резании металлов, у нас и за рубежом известны следующие основные типы динамометров: а) рычажно-тормозные; б) гидравлические; в) динамометры с упругими элементами; г) электрические.

Три первые типа приборов характеризуются большой инерционностью, требуют специального переоборудования станков, сравнительно низкую чувствительность и потому используются редко.

Электрические динамометры конструируются по принципу использования упругих деформаций инструмента или его державки. В этом случае упругая деформация или малое перемещение трансформируется в электрическую энергию посредством различного вида датчиков - пьезометрических, индуктивных, конденсаторных (емкостных), электромагнитных проволочных.

Электроиндуктивные датчики основаны на изменении реактивного сопротивления катушки, а, следовательно, и силы тока в ее обмотке при перемещении в поле катушки железного сердечника или при изменении воздушного зазора между сердечником и якорем. Зазор для большого диапазона измерений колеблется в пределах 0,1 - 0,2 мм. Наиболее распространены датчики с переменным воздушным зазором.

Пьезоэлектрические датчики. В пьезоэлектрических датчиках применяются керамики ЦТС 19 - 22, окиси алюминия и др. Эти кристаллы имеют свойство создавать при давлении на их поверхности электрические разряды, пропорциональные величине действующей нагрузки. Кристаллы кварца более дешевы, могут работать при высокой температуре и допускают нагрузку в пределах 800 - 1000 кг/см². Встроенные в одно, двух и трехкомпонентные динамометры, они обеспечивают большую чувствительность и малую инерционность приборов. Пьезометрические датчики могут регистрировать быстропеременные нагрузки, что допускает их использование для контроля за состоянием режущего инструмента в процессе эксплуатации по спектрам акустической эмиссии 17.

Зависимости составляющих усилия резания в общем, виде определяются формулами:

(4.8)

где C_px , C_py , C_pz - коэффициенты, зависящие от свойств инструментального и обрабатываемого материалов; x, y, n - показатели степени, учитывающие влияние подачи, глубины резания и скорости резания на изменения составляющих P_x, P_y, P_z; K₁, K₂, K₃ - коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров инструмента, износ, наличие охлаждения, жесткость системы и другие переменные параметры механической обработки.

Таким образом, чтобы получить формулы, пригодные для числовых расчетов, необходимо на основе экспериментов определить значения постоянных коэффициентов C_px, C_py, C_pz и показателей степени x, y, n.

Для этого выполняют серии однофакторных экспериментов, последовательно изменяя каждый из параметров режима резания, входящих в формулы (4.8), при прочих постоянных.

В результате опытов получают частные зависимости:

(4.9)

Учитывая, что эти зависимости аппроксимируются уравнением парабол вида P_x=C_pS^Xpx, изображают их на графике (рис. 4.3) в логарифмических координатах.

Из графика определяют показатель степени x_px = a/b и рассчитывают величину коэффициента C_px по формуле:C_px = P_x/S^Xpx

Аналогично устанавливают: C_px = P_x/t^Ypx; С_px = P_x/Vⁿ и определяют C_px путем усреднения:

(4.10)

Рис. 4.3. Частная зависимость Р_х=F₁(S)

При вводе формулы P=CS^Xt^Y исходят их допущения, что показатели над S и t постоянны и не зависят друг от друга. В действительности они меняются в зависимости от пластических свойств обрабатываемых материалов, соотношений S и t ( обычные стружки: S < t, обратные S > t). Это необходимо учитывать при обработке особо вязких материалов (жаропрочные сплавы), или особо хрупких металлов (чугун, металлические стекла).