4 Аппаратура для измерения силы резания
Аппаратура для измерения силы резания называется динамометрами. По количеству измеряемых составляющих силы резания динамометры подразделяют на одно-, двух-, и трехкомпонентные; по принципу действия применяемых в них датчиков - на механические, гидравлические и электрические. Конструктивно динамометры состоят из датчика, воспринимающего нагрузку, деформацию или перемещение и электрический параметр, приемника, регистрирующего нагрузку, и звеньев, связывающих датчик и приемник.
В механических динамометрах (рис. 2, а) в качестве датчика используется пружина, упругая пластина и т.п., по величине прогиба которых судят о величине составляющей силы резания. Прогиб измеряется индикатором часового типа. Эти динамометры просты по конструкции, надежны, но в силу большой инерционности применяются при небольших скоростях резания (2...3 м/мин).
Рисунок 2 – Схемы динамометров: а – механический; б – гидравлический; в – емкостный; г – индуктивный
В гидравлических динамометрах (рис. 2, б) используются гидравлические месдозы (глицерин). О величине силы резания судят по давлению на манометре, создаваемому силой давящей на поршень гидравлической месдозы. Эти динамометры также как и механические просты по конструкции и надежны в работе. К недостаткам следует отнести т большие габаритные размеры, невысокую точность, большую инерционность. Применяются эти динамометры при скоростях резаная до 80 м/мин.
Наибольшее распространение получили электрические динамометры, в которых используются электрические датчики, преобразующие деформацию или перемещение упругих элементов в электрический сигнал. В качестве датчиков используются емкостные (рис.2, в) индуктивные (рис.2, г), пьезоэлектрические, магнито - упругие и тензодатчики. Эти динамометры облетают высокой точностью, жесткостью, малой инерционностью, компактны и применяются практически при любых скоростях резания.
Примером электрических динамометров может служить универсальная динамометрическая установка (рис. 3), которая состоит из динамометра датчика 1, усилителя электрических сигналов 2, приборного щита 3 и осциллографа 4.
Рисунок 3 – Схема динамометрической установки
Динамометр-датчик включает жесткую плиту 1, на которой монтируется держатель для инструмента или детали 2. Плита установлена на шестнадцати горизонтально и вертикально расположенных опорах 3, представляющих собой тонкостенные втулки на ножках-шарнирах (рис. 4).
Рисунок 4 – Схема тензометрического динамометра
Такая конструкция опор обеспечивает восприятие нагрузки только вдоль оси опоры, а их количество и расположение позволяют фиксировать составляющие силы резания Px, Py, крутящий момент в горизонтальной плоскости и составляющую Pz в вертикальной плоскости. На образующие втулок опор наклеены электросопротивления (тензодатчики), соединенные в соответствующие электрические схемы и имеющие выводы на усилитель 2, приборный щит 3 и осциллограф 4 (см. рис. 3).
При резании, действующие на инструмент или заготовку силы, деформируют опоры как наименее жесткие детали динамометра. Наклеенные на них тензодатчики также деформируются, что приводит к изменению их сопротивления и величины проходящего тока. Этот сигнал с измерительной схемы поступает на усилитель 2, усиливается и затем передается на микроамперметры приборного щита 3 и осциллограф 4, с помощью которых регистрируются показания динамометра-датчика 1.
Для перевода величины электрического сигнала в единицы силы необходимо провести тарирование динамометра. Тарирование проводится с использованием стандартного динамометра путем нагружения через него динамометра-датчика силой, имитирующей действие составляющих силы резания Px, Py, Pz и крутящего момента Мкр, с помощью, например, механизма подач станка или специального устройства.