2 Описание лабораторной установки

2.1 Принцип действия лабораторной установки

Лабораторная установка представляет из себя станок с прикрепленным к резцу тензодатчиком. Для тарировки предусмотрен откидной рычаг. Датчик соединен с резцом через металлический цилиндр, чтобы передавать усилие от резца к тензодатчику (рис. 2).

Рис. 2 – Общий вид экспериментальной установки

Для измерения силы резания применяется лабораторная установка, измерительным устройством в которой является тензодатчик фирмы ТЕНЗО-М (рис. 3.).

Рис. 3 – Тензодатчик Т2-С2

Датчик состоит из упругого элемента (1), штуцера для ввода кабеля питания (2) и тензорезисторов на клеевой основе, соединенных по полной мостовой электрической схеме (рис. 4). Место наклейки тензорезисторов и расположение элементов термокомпенсации и нормирования у датчика закрыто металлическим сильфоном (3).

Рис. 4 – Мостовая схема включения тензорезисторов

Измеряемое усилие, воздействуя через силовводящий узел (4) на упругий элемент датчика, вызывает появление деформации в местах наклейки фольговых тензоре-зисторов. На диагональ питания подается питающее напряжение, с диагонали измерения снимается выходное напряжение. Деформация вызывает изменение сопротивления тензорезисторов, преобразуемое мостовой электрической схемой в коэффициент передачи датчика (отношение изменения напряжения на диагонали измерения к напряжению питания), пропорционально измеряемому усилию. Для полномостовой схемы уравнение, определяющее выходное напряжение запишется в следующем виде:

(1)

где – напряжение питания;

– сопротивление резисторов в диагоналях моста.

Принимается, что ;

где – изменения сопротивления резисторов.

Как видно из формулы (1), функция преобразования датчика носит линейный характер, но коэффициент передачи колеблется в некоторых пределах. Для того чтобы определить коэффициент для текущих экспериментов и проводить точные измерения, необходимо провести тарировку датчика.

2.2 Тарирование датчиков. Определение статической характеристики

Тарирование – нанесение шкалы соответствия между определенным показанием прибора (например, положением стрелки или показаниями цифрового измерительного прибора) и значением измеряемой величины.

Для тарировки тензодатчика была разработана специальная схема, которая крепится к станку (рис. 5)

Рис.5 Установка для тарировки датчика

Рис. 6 – Внешний вид установки для тарировки датчика

Рычаг крепится таким образом, что может поворачиваться на 180 градусов. На расстоянии от точки крепления к рычагу прикреплен болт, который своей плоской частью касается передней поверхности резца, но не задевает за режущую кромку. На расстоянии от места крепления болта, подвешивается груз массой . Из уравнения статики для данного механизма, можно найти зависимость силы , действующей на резец, от силы , прикладываемой к концу рычага. Массой рычага можно пренебречь.

, (2)

где – моменты, создаваемые силами соответственно.

Таким образом, выражение для силы запишется следующим образом:

(3)

Для тарировки датчика, необходимо использовать от 3 до 5 грузов разной массы, чтобы точно выяснить коэффициент передачи. Так как данный коэффициент для тензодатчика сильно зависит от внешних факторов: давление и влажность воздуха, температура в помещении и так далее, то рекомендуется проводить тарировку датчика для каждой серии измерений заново.

Выходной величиной тензодатчика является непрерывно меняющееся напряжение, поэтому датчики такого типа являются аналоговыми генераторными. Амплитудное значение выходного сигнала с датчика довольно мало и его необходимо усилить до того, как сигнал поступит на регистрирующий прибор. В данном случае в качестве регистрирующего прибора используется ПК. Так как выходной сигнал аналоговый, то его следует преобразовать в цифровой. Для этого используется АЦП платы ЛА-2 USB. Функциональная схема и схема подключения представлена на рисунке 6.

Рис.7 Функциональная схема измерительной лабораторной установки

Главное окно программного обеспечения для исследования силы резания приведено на рисунке 7. Динамическая характеристика силы резания приведена в окне 1, а в окне 2 регистрируется мгновенное значение силы.