4.6. Расчёт сил резания при точении

При расчетах сил резания наибольшее применение имеют следующие формулы:

;

; (4.41)

,

где – коэффициенты, характеризующие материал и условия его обработки; – общие поправочные коэффициенты, учитывающие конкретные условия обработки.

В табл. 4.3 даны средние значения коэффициентов и показатели степеней для подсчета сил , и (приs <t) при наружном продольном точении.

Значения коэффициентов , иданы для указанных в таблице значений σ_в, при резании твердосплавными резцами с γ = 10°, φ = 45°,r = 2 мм, λ = 0°, φ₁= 10°, при работе без охлаждения и при износе резцов по задней поверхностиh₃ = 1,0...1,4 мм.

При условиях работы, отличных от указанных, на силы , и следует вводить (в виде сомножителей) поправочные коэффициенты, приводимые в справочниках по режимам резания; произведения этих коэффициентов будут представлять собой соответственно общие поправочные коэффициенты, ив приведенных выше формулах.

Таблица 4.3 – Значения коэффициентов и показателей степеней в формулахдля подсчета силP_z,P_yи Р_x при наружном продольном точении твердосплавным резцом

Обрабаты-ваемый металл

Подача в мм/об

Коэффициенты и показатели степеней в формулах

касательной силы Pz

радиальной силы Py

осевой силы Px

CPz

xz

yz

n

CPy

xy

yy

n1

CPx

хx

yx

n2

Сталь и стальное литье σв = 750 Н/мм2

3000

1,0

0,75

–0,15

2430

0,9

0,6

-0,3

3390 3130

1,0

0,5 0,2

–0,4

Пример расчёта. Расчёт сил резания проводится при следующем режиме обработки: подачаS= 0,2 мм/об; глубина резанияt= 1 мм; скорость резанияV= 120 м/мин, используются данные таблицы 4.3.

По формулам (4.41) находятся составляющие силы резания

Н;

Н;

Н,

следовательно, в данном случае значение силы при точении примерно в два раза превышает значения и .

4.7. Измерение сил резания

Наиболее часто силы резания определяют на основе непосредственного измерения с помощью специальных приборов – динамометров.Динамометры состоят из следующих основных частей:

• первичного измерительного преобразователя, воспринимающего нагрузку;

• регистрирующего устройства;

• вспомогательных звеньев, связывающих их друг с другом.

Динамометры подразделяются на гидравлические, механические, электрические. В настоящее время наибольшее применение находят механические и электрические динамометры.

Принцип работы механических динамометров(рис. 4.6) основан на том, что под действием сил резания на резец9резцедержатель8вследствие деформации упругих стенок1корпуса6перемещается. Эти перемещения через сухари 2 иножки 4, 7 фиксируются индикаторами 3 и 5 соответственно.

Рис. 4.6. Схема механического динамометра

Электрические динамометры являются наиболее чувствительными приборами, так как они мало инерционны и позволяют с помощью осциллографа производить запись быстропротекающих процессов за тысячные доли секунды. Такие динамометры преобразуют механическое воздействие сил резания в легко измеряемые электрические величины.

Электрические преобразователи подразделяются на емкостные, или конденсаторные; индуктивные; тензометрические.

В емкостных преобразователях(рис. 4.7) под действием силы резания перемещается упругая пластина конденсатора, изменяя воздушный зазор ∆hи емкость конденсатора. Изменение емкости с помощью высокочастотного устройства приводит к колебанию силы тока, регистрируемой с помощью гальванометра или осциллографа.

Индуктивные преобразователи(рис. 4.8) основаны на изменении индуктивности токонесущего контура и силы тока в обмотке в зависимости от воздушного зазора ∆hмежду ферромагнитными телами. Изменение силы резания соответственно влияет на регистрируемый ток.

Рис. 4.7. Емкостный преобразователь

Рис. 4.8. Индуктивный преобразователь

Проволочные, илитензометрические,первичные преобразователи представляют собой несколько витков очень тонкой проволоки, изготовляемой из специального сплава, которая изменяет электрическое сопротивлениепри деформации преобразователя.Витки или решетку из такой проволоки помещают между двумя склеенными бумажными полосками и наклеивают на элемент6(державку) (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Схема измерения сил резания с использованием тензометрических преобразователей

Под влиянием сил резания державка резца 6 и приклеенная к нему проволока 5 упруго деформируются. Это вызывает изменение силы тока в электрической цепи, которая увеличивается усилителем 2 и измеряется регистрирующим прибором 1. Чтобы не было искажений в показаниях приборов при измерении сил резания из-за непостоянства напряжения в сети, в электрическую цепь включается стабилизатор напряжения 3, устанавливаемый между регистрирующим прибором 1 и источником питания 4.

В зависимости от того, сколько составляющих сил резания можно измерить динамометром, они называются одно-, двух- или трехкомпонентными.

Наиболее широкое распространение среди электрических динамометров получил универсальный динамометр СУРП (старое название УДМ; выпускаются модификации СУРП-100, СУРП-600 и СУРП-1200). Он позволяет измерять составляющие силы резания при точении, фрезеровании, шлифовании, осевую силу и крутящий момент при сверлении, зенкеровании, развертывании, нарезании резьбы метчиком и рассчитан на максимальное значение , равное 1, 6 или 12 кН.

Динамометры не позволяют определить непосредственно величину силы резания; их показания соответствуют деформациям, пропорциональным действующей силе. Поэтому перед работой необходимо провести тарирование динамометра, которое заключается в том, что динамометр нагружают в направлении сил резания сначала возрастающими, а затем убывающими силами, которые известны. Показания динамометра, соответствующие определенным силам, регистрируются. На основании этих данных по средней линии нагрузки и разгрузки строят тарировочный график (рис. 4.10), которым в дальнейшем пользуются при расшифровке показаний динамометра.

Рис. 4.10. Тарировочный график силы резания Р:1 – нагрузка; 2 – разгрузка