Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности поперечного точения резцами с радиусной режущей кромкой. Учебное пособие
.pdf
31
от основных:
tg
y
x
P
P
,
sin
y
P
R
,
sin
R
R
, где φ – главный угол
в плане на момент глубины врезания H;
arctg
z
R
P
.
Рис. 3.1. Схема действия усилий при радиальном точении
Предлагаемая схема с отсутствием осевой составляющей Px упрощает проведение экспериментов и сводится к определению двух основных составляющих: Py и Pz.
Исследования проводились на стали 45 ГОСТ 1050-2013 (прокат
ø120 мм, нормализованный HB 198).
В качестве исследуемых инструментов использовались специально
заточенные радиусные резцы из быстрорежущей стали (БРС) Р6М5
и твердого сплава (ТС) Т15К6, форма профиля которых показана
на рис. 3.2. Передняя поверхность резцов плоская, передний угол γ = 0º,
задний угол на вершине резца α = 6º. Чистота рабочих поверхностей
Ra = 2,5 мкм.
32
а) б)
Рис. 3.2. Схема (а) и общий вид (б) исследуемого фасонного резца
Исследования проводились на токарно-винторезном станке, оборудованном частотным преобразователем Mitsubishi, который позволяет
бесступенчато регулировать частоту вращения электродвигателя станка
и получать точные значения скорости резания при экспериментах.
Частота вращения шпинделя контролировалась лазерным тахометром
Мегеон с точностью ±0,5 об/мин.
Для определения составляющих усилий резания использовался
измерительный комплекс STD.201-1, который позволяет производить
замеры составляющих усилий Px, Py, Pz. Прибор STD.201-1 состоит из
головки-резцедержателя, которая устанавливается на суппорт станка и
интерфейсного блока, который обрабатывает и подает выходной сигнал
измерений на персональный компьютер. Показания регистрируются на
компьютере через специальное программное обеспечение, которым
оснащается измерительный комплекс.
Таким образом, в процессе механической обработки с помощью
измерительного стенда одновременно регистрируются и записываются
показания усилий резания с целью дальнейшей их обработки. Режимы
исследований представлены в табл. 3.1.
В процессе каждого эксперимента фасонный резец при заданных
значениях поперечной подачи и скорости резания врезался в заготовку
на величину, не превышающую r = 4,5 мм. По мере погружения резца
возрастающие значения усилий резания Pz, Py (Px = 0) в виде осциллограмм фиксировались во времени (рис. 3.3).
33
Таблица 3.1
Режимы резания при поперечном фасонном точении
Инструментальный
материал резцов
Скорость резания V, м/мин
Величина радиальной
подачи S, мм/об
БРС Р6М5
16
0,035
0,07
0,105
24,8
28,9
ТС Т15К6
45
70
100
Рис. 3.3. Интерфейс работы измерительного стенда STD.201-1
По форме осциллограмм графики усилий Pz и Py наиболее близки
к степенной функции с показателем степени
1
2
, выходящей из начала
координат (
y a x
). Для исключения погрешности амплитудных коле-
баний сигнала усилий Pz и Py было принято решение проводить аппроксимацию осциллограмм с применением вышеописанной функции в виде:
;
,
zz
yy
Pc
Pc
где τ – время врезания, с; cz, cy – аппроксимирующие коэффициенты
для Pz, Py соответственно, которые усреднялись в зависимости
от количества опытов.
Полученные в ходе экспериментов осциллограммы были аппроксимированы и представлены в виде расчетных зависимостей и коэффициента пропорциональности Kпр для определения составляющих усилий в
процессе радиального врезания (табл. 3.2).
34
Таблица 3.2
Результаты аппроксимации
( )
z z y y
P c P c
для различных условий резания
Материал пары
«инструмент –
заготовка»
V, м/мин
S, мм/об
Расчетные зависимости
K
пр
= Py / Pz
zz
Pc
yy
Pc
Р6М5 – сталь 45
16,06
0,035
10,23
z
P
6,49
y
P
0,6344
0,07
24,48
z
P
16,26
y
P
0,6642
0,105
37,6
z
P
29,46
y
P
0,784
24,82
0,035
11,77
z
P
8,19
y
P
0,6958
0,07
29,18
z
P
20,3
y
P
0,696
0,105
44,95
z
P
37,5
y
P
0,8342
28,9
0,035
12,49
z
P
9,09
y
P
0,7276
0,07
30,2
z
P
22,5
y
P
0,745
0,105
44
z
P
39
y
P
0,887
Т15К6 – сталь 45
45
0,035
15,1
z
P
9,6
y
P
0,6357
0,07
37,1
z
P
25
y
P
0,6738
0,105
56,7
z
P
41,6
y
P
0,7337
70
0,035
18,2
z
P
12,2
y
P
0,6703
0,07
44,7
z
P
31,6
y
P
0,707
0,105
67,9
z
P
52,4
y
P
0,7717
100
0,035
21
z
P
15
y
P
0,7143
0,07
51,7
z
P
39,1
y
P
0,7563
0,105
79,1
z
P
65
y
P
0,8217
По полученным зависимостям просчитаны усилия резания Pz, Py,
удельные средние давления q при радиальном врезании H в соответствии с изменяемой площадью среза и в зависимости от режимов резания. В качестве примера в (усеченном виде) в табл. 3.3 представлены
взаимозависимые геометрические и динамические параметры: τ – время
врезания; n´, φ – количество оборотов шпинделя и угол в плане
для различных подач S и скорости резания V соответственно.
60;
n
n
;
H
n
S
arcsin ;
rH
r
1 000.V
n
D
35
Таблица 3.3
Таблица динамических характеристик при радиальном точении
фасонным резцом из БРС Р6М5
V, м/мин
(n, об/мин)
при
d = 93 мм
S,
мм/об
φ,
град
τ, с F,
мм2
Py,
кгс
Pz,
кгс
q,
кгс/мм
2
Примечание
16,06 (55)
0,035
75
4,7939
0,076729
14,21
22,4
291,9
10,23
z
Pt
6,49
y
Pt
60
18,798
0,15535
28,14
44,35
285,51
45
40,419
0,2215
41,25
65,04
293,62
30
70,13
0,27208
54,35
85,67
314,87
0,07
75
2,407
0,1427
25,23
38,0
166,1
24,48
z
Pt
16,26
y
Pt
60
9,402
0,30625
49,86
75,06
145,1
45
20,544
0,44048
73,7
110,96
251,91
30
35,066
0,5427
96,94
145,0
267,1
0,105
75
1,43
0,19148
35,23
44,96
234,8
37,6
z
Pt
29,46
y
Pt
60
6,272
0,4525
73,76
94,17
208,09
45
13,697
0,6568
109,03
139,16
211,85
30
23,379
0,81182
142,44
181,8
223,94
24,82 (55)
0,035
75
3,102
0,0767
14,43
20,73
270,16
11,77
z
Pt
8,19
y
Pt
60
12,161
0,1553
28,57
41,05
264,22
45
26,581
0,2215
42,24
60,68
273,96
30
45,38
0,2721
55,2
79,29
291,4
0,07
75
1,558
0,1427
25,34
36,42
255,21
29,18
z
Pt
20,3
y
Pt
60
6,084
0,3063
50,07
71,98
235,02
45
13,29
0,4405
74
106,38
241,51
30
22,69
0,5427
96,7
139,0
256,11
0,105
75
1,061
0,192
37,12
46,3
241,12
44,95
z
Pt
37,5
y
Pt
60
4,058
0,4525
72,63
90,54
200,1
45
8,863
0,65685
107,33
133,76
203,63
30
15,125
0,81182
140,2
174,8
215,32
28,9 (99)
0,035
75
2,457
0,0767
14,25
19,57
266,3
12,49
z
Pt
9,09
y
Pt
60
10,436
0,15534
29,36
40,35
259,73
45
22,795
0,2215
43,4
59,63
269,22
30
38,97
0,2721
56,74
77,97
286,57
0,07
75
1,336
0,14271
26
34,91
244,62
30,2
z
Pt
22,5
y
Pt
60
5,221
0,30516
51,41
69,02
226,17
45
11,398
0,44049
75,96
101,98
231,5
30
19,486
0,5427
99,32
133,3
245,68
0,105
75
0,911
0,19139
36,8
42
221,2
44
z
Pt
39
y
Pt
60
3,487
0,45253
72
82,2
181
45
7,61
0,65685
106,4
121,37
184,7
30
12,958
0,81182
138,9
158,4
195,1
36
Полученные функциональные зависимости для расчета мгновенных площадей среза и усилий резания приведены к общему аргументу
(времени τ, глубине врезания H и др.) и позволяют определить для любого момента врезания соответствие между площадью среза и действующим усилием (см. табл. 3.3). Полученная база данных является основой для разработки аналитических силовых зависимостей с учетом особенностей радиального фасонного точения.
3.1. Вывод аналитических зависимостей
для определения тангенциального усилия Pz
для резцов из быстрорежущей стали
Основной особенностью нестационарного фасонного поперечного
точения является непостоянство толщины среза
0 aS
не только
в пределах конкретного значения φ, но и при изменении его от 0 до 90º.
Эта особенность должна учитываться при определении аналитических
зависимостей, так как изменение толщины среза влияет на условия деформации, силовые затраты. В связи с этой особенностью и взаимосвязью переменных толщины и площади среза в качестве основополагающего параметра для определения усилия резания Pz можно принять
среднее удельное усилие резания (плотность резания qi =
i
z
P
/ Fi). При
сохранении характера изменения толщины среза и условий деформации
площадь среза F будет изменяться по мере погружения резца, и, соответственно, будет изменяться плотность усилия qi = f(φi). Располагая
плотностью qi и площадью среза Fi, решаем прямую задачу
.
i
z i i
P q F
Поскольку плотность q зависит от угла φ, необходимо ввести поправочные коэффициенты Kqφ в пределах изменения φi от 75º до 0º при постоянных подаче и скорости (S и V). Примем условно K
qφ
= 1 для
φ = 45º, S = 0,035 мм/об, n = 55 об/мин (V = 16,06 м/мин). Располагая
массивом данных площадей среза из табл. 2.1 и массивом динамических характеристик (см. табл. 3.3) и определив усилия Pz для данного
случая, определяем плотность q0 = 293,62 кгс/мм2 как отношение силы
резания
i
z
P
к площади среза Fi для φ = 45°. Задаваясь шкалой φ = 75°,
φ = 60°, φ = 45°, φ = 30°, φ = 15°, φ = 0°, аналогично определяем плот-
ности усилий для данных φ.
Поправочные коэффициенты Kqφ определяются отношением плот-
ностей qi / q0. Поскольку поправочный коэффициент Kqφ зависит только
37
от угла φ и на характер зависимости не должны влиять подача S и скорость резания V, для статистической обработки с целью повышения
точности значений Kqφ рассчитаем их для S = 0,035 мм/об,
S = 0,07 мм/об, S = 0,105 мм/об и V = 16,06 м/мин, V = 24,8 м/мин,
V = 28,9 м/мин. Полученные значения представлены в табл. 3.4 в каче-
стве примера для V = 16,06 м/мин и S = 0,035 мм/об.
Таблица 3.4
Определение коэффициента K
qφ
= f(φ)
V, м/мин
(n, об/мин)
S,
мм/об
φ,
град.
τ, с F,
мм2
Py,
кгс
Pz,
кгс
q,
кгс/мм
2
Kqφ
Примечание
16,06 (55)
0,035
75
4,7939
0,076729
14,21
22,4
291,9
0,994
10,23
z
P
6,49
y
P
60
18,798
0,15535
28,14
44,35
285,51
0,972
45
40,419
0,2215
41,25
65,04
293,62
1
30
70,13
0,27208
54,35
85,67
314,87
1,072
15
103,92
0,303933
66,15
104,29
343,13
1,171
0
139,6
0,315
76,68
120,87
303,7
1,307
На основании проведенных расчетов приняты поправочные коэф-
фициенты для определения плотности усилий в зависимости от угла φ,
которые представлены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Поправочные коэффициенты K
qφрасч
для расчета плотности усилий
от угла в плане φ
Материал режущей
части
φ, град.
75
60
45
30
15 0 Р6М5
1,06
0,974
1
1,061
1,156
1,287
Т15К6
1,076
0,974
1
1,06
1,154
1,289
Величина подачи также влияет на условия деформации и должна
учитываться поправочным коэффициентом KqS на изменения величины
плотности усилий q. Располагая экспериментальными данными по усилиям резания для различных подач и площадями срезов, определим
плотности усилий при постоянных скоростях резания для принятых
значений φ.
Принимаем условно K
qS
= 1 для всех значений φ при
S = 0,035 мм/об. Тогда поправочные коэффициенты KqS будут опреде-
ляться как отношение плотностей для S = 0,07 мм/об и S = 0,105 мм/об к
принятой при S = 0,035 мм/об. Полученные средние значения KqS приведены в табл. 3.6.
38
Таблица 3.6
Сводная таблица поправочных коэффициентов KqS
Инструментальный
материал
S, мм/об
0,035
0,07
0,105
БРС Р6М5
1
0,874
0,724
ТС Т15К6
1
0,872
0,728
Скорость резания не влияет на толщину и площадь среза, но ока-
зывает влияние на скорость деформации, поэтому также должна учитываться поправочным коэффициентом KqV, который рассчитывается
по экспериментальным данным при постоянных значениях подачи для
принятых углов φ. Расчет поправочных коэффициентов осуществляется
через отношение плотностей усилий. Условно принимаем поправочный
коэффициент K
qV
= 1 при V = 16,06 м/мин для всех исследуемых подач
и углов φ. Тогда поправочный коэффициент K
qV
определяется как
отношение плотностей усилий при V = 24,8 м/мин и V = 28,9 м/мин
к принятой при V = 16,06 м/мин. Полученные средние значения коэффициентов KqV представлены в табл. 3.7.
Таблица 3.7
Поправочные коэффициенты KqV для расчета плотности усилий
от скорости резания V
V, м/мин
16,06
24,8
28,9
KqV
1
0,948
0,91
Таким образом, полученные поправочные коэффициенты позволяют
скорректировать условно принятую плотность резания q0 = 293,62 кгс/мм2
для конкретных условий в пределах диапазона изменения принятых
скоростей резания, подач, углов в плане. В этом случае для расчета
усилия резания Pz достаточно получить произведение скорректированной плотности резания на площадь среза F для данных условий:
Pz = 293,62 K
qφ KqS KqV
F. (3.1)
Полученная зависимость неудобна, поскольку необходимо допол-
нительно проводить расчет площади среза F, поэтому целесообразно
определить площадь F с помощью поправочных коэффициентов и условно принятой площади F0 для конкретных условий. Как следует из анализа геометрических особенностей радиального фасонного врезания,
площадь среза зависит от трех переменных параметров: главного угла
в плане φ, радиальной подачи S и радиуса фасонного резца r, и, соот-
39
ветственно, должна учитываться коэффициентами KFφ, KFS, KFr, которые
принимают единичные значения при следующих условиях: KFφ = 1 при
φ = 45º; KFS = 1 при S = 0,035 мм/об; K
Fr
= 1 при r = 4,5 мм.
При данных условиях F0 = 0,2215 мм2. Тогда расчетная зависимость
(3.1) примет вид:
Pz = 293,62 · 0,2215 K
qφ KqS KqV KFφ KFS
KFr =
= 65 K
qφ KqS KqV KFφ KFS
KFr. (3.2)
Определим поправочные коэффициенты KFφ, KFS на площадь среза
в зависимости от угла φ и подачи S. Следует иметь в виду, что скорость
резания на площадь среза не влияет. Расчетные данные для определения и средние значения KFφ, KFS приведены в табл. 3.8.
Таблица 3.8
Определение поправочных коэффициентов
на площадь среза K
Fφ
= f(φ), KFS = f(S)
φ, град.
S = 0,035 мм/об
S = 0,07 мм/об
S = 0,105 мм/об
KFφ
F, мм2
K
Fφi
K
FSi
F, мм2
K
Fφi
K
FSi
F, мм2
K
Fφi
K
FSi
75
0,076729
0,3464
1
0,1427
0,324
1,860
0,19148
0,19148
2,495
0,32
60
0,15535
0,701
1
0,30625
0,695
1,971
0,4525
0,4525
2,912
0,695
45
0,2215
1 1 0,44048
1
1,99
0,6568
0,6568
2,965
1
30
0,27208
1,223
1
0,5427
1,232
1,995
0,81182
0,81182
2,983
1,23
15
0,303933
1,372
1
0,607
1,378
1,997
0,9097
0,9097
2,993
1,378
0
0,315
1,422
1
0,63
1,43
2,0
0,945
1,4388
3,0
1,43
K
FS
1 1,97
2,89
Для определения поправочного коэффициента KFr на площадь сре-
за в зависимости от радиуса фасонного режущего лезвия используем
полученные ранее зависимости (2.1), (2.2) и определим площади среза
для r = 4,5 мм, r = 9 мм, r = 18 мм, r = 36 мм, r = 45 мм. При этом принимаем условно KFr = 1 для r = 4,5 мм. Тогда поправочные коэффициенты определяются отношением площадей среза для указанных радиусов к площади среза для r = 4,5 мм.
Как следует из проведенных расчетов, площадь среза увеличива-
ется практически кратно увеличению радиуса резца по отношению
к r = 4,5 мм. Поправочный коэффициент KFr имеет вид
KFr = ri / 4,5. (3.3)
Коэффициенты K
qφ и KFφ
являются функциями одного аргумента φ,
а коэффициенты K
qS
и KFS – функциями аргумента S и, соответственно,
могут быть объединены (табл. 3.9 и 3.10).
40
Таблица 3.9
Определение коэффициента K
φ
φ, град.
Kqφ
KFφ
Kφ
75
1,06
0,32
0,34
60
0,974
0,695
0,677
45 1 1
1
30
1,051
1,23
1,305
15
1,156
1,378
1,593
0
1,287
1,43
1,84
Таблица 3.10
Определение коэффициента K
S
S, мм/об
KqS
KFS
KS
0,035 1 1
1
0,07
0,874
1,97
1,722
0,105
0,724
2,9
2,1
В этом случае зависимость (3.2) примет конечный вид
Pz = 65 K
φ KS KqV KFr
,
где соответствующие поправочные коэффициенты приведены в табл. 3.7,
3.9, 3.10 и в формуле (3.3).
3.2. Методика определения поперечного усилия резания Py
для резцов из быстрорежущей стали
При симметричном радиусном профиле резца двухсторонние состав-
ляющие
x
P
компенсируют друг друга, а составляющие
y
P
суммируются.
Таким образом, суммирующие усилия равны Px = 0, а
2.
yy
PP
Усилие Py зависит от угла в плане φ и усилия Pz. Но поскольку усилие Pz рассчитано с учетом изменения угла в плане φ, то усилие Py
можно определить как долю от усилия Pz с учетом дополнительного
влияния подачи и скорости резания, поэтому аналитическая зависимость для определения Py должна иметь следующий вид:
Py = Pz K
пр KyS KyV
, (3.4)
где K
yS
и KyV – поправочные коэффициенты на коэффициент пропорци-
ональности Kпр в зависимости от подачи и скорости резания
соответственно.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]