Методы измерения сил резания
Для определения величин составляющих силы резания могут быть использованы методы прямого и косвенного измерения. Косвенные методы основаны на измерении величин, находящихся в зависимости от составляющих силы резания. Так, например, касательная составляющая сила быть определена путем измерения мощности резания.
, (7)
где Nрез – мощность резания,
v – скорость резания, м/мин.
Прямые методы основаны на непосредственном измерении сил резания приборов, называемых динамометрами. Принцип действия всех известных конструкций динамометров основан на измерении упругих деформаций рабочих элементов: пружин, манометрических трубок, угольных стержней, проволочных датчиков и т.д.
В настоящее время наибольшее распространение получили электрические динамометры. Принцип действия их основан на изменении параметров электрической цепи (омического сопротивления, индуктивности, емкости и т.д.) под действием сил резания. Преимущества электрических динамометров следующие:
· малые габариты и масса;
· возможность измерения малых величин составляющих силы резания;
· практическая безинерционность, что позволяет исследовать быстротекущие процессы;
Так как параметры электрической цепи обычно изменяются мало, то для всех типов электрических динамометров требуется применение усилителя. Одним из таких динамометров является двухкомпонентная тензометрическая державка (рисунок 7). Передняя ее часть предназначена для закрепления пластинки твердого сплава 1 при помощи планки 2 (являющейся одновременно стружколомателем) и болта 3. Корпус державки 4 имеет два взаимоперпендикулярных ослабленных сечения А и Б. Одно сечение обладает податливостью в направлении осевой составляющей силы резания, а другое – в направлении касательной составляющей. Каждый такой участок является балкой, один конец которой защемлен, а на другой, свободный конец, действует составляющая силы резания, вызывающая изгиб.
При изгибе деформация наружных слоев ослабленных участков, где наклеены проволочные датчики 5 и 6, вызывает соответствующее изменение омического сопротивления. Изменение сопротивления мостовой схемы вызывает появление тока в диагонали измерительного моста, величина которого фиксируется микроамперметром.
Корпус тензометрической державки изготовляют из стали марки 65Г и 60С2. Он рассчитан на максимальное значение касательной составляющей силы резания до 3 кН, осевой доставляющей до 1,5 кН. Для измерения больших значений сил резания размеры сечений державки должны быть соответственно увеличены.
Проволочные датчики изготовляются из константана. Каждая составляющая силы резания (касательная и осевая) измеряются при помощи двух датчиков Rd1 и Rd2, которые наклеены на противоположных сторонах изгибающихся участков державки и включены в смежные плечи измерительного моста, вследствие чего увеличивается чувствительность, динамометра и осуществляется температурная компенсация (рисунок 8).
До тех пор, пока не производится резание, мост находится в равновесном состоянии. Стрелка микроамперметра находится на нуле. В процессе резания державка изгибается, проволочные датчики деформируются, изменяется их омическое сопротивление. При этом стрелка микроамперметра отклоняется от нулевого положения. Отсчет производится по шкале микроамперметра.
Для измерения всех трех составляющих силы резания применяется конструкция, показанная на рисунок 9. Основой ее является квадратная пластина, закрепленная в корпусе на упругих звеньях (опорах R1 – R16). Каждая опора представляет собой тензометрический датчик для измерения одной из составляющих силы резания. Сигналы от соответствующих опор-датчиков суммируются алгебраически.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)
Источник
Методы определения сил резания
Существует большое количество приборов для измерения сил резания, называемых динамометрами. Независимо от конструкции они состоят из следующих основных частей: 1) датчика, воспринимающего нагрузку. Упругая деформация датчика непосредственно или с использованием связанных с ней явлений служит основой для измерения сил резания; 2) приемника, осуществляющего регистрацию нагрузки; 3) вспомогательных звеньев, связывающих датчик с приемником.
Динамометры подразделяются на гидравлические, механические, электрические.
Гидравлические динамометры имеют следующее устройство (рис. 3.24). Резец 1 укреплен в коробке, или люльке 2, которая может качаться относительно опоры 5, а также перемещаться на шариках 7 в горизонтальной плоскости. Под действием силы Рг люлька стремится повернуться и давит через стержень 3 на поршень 4. Последний под давлением вытесняет глицерин из цилиндра через трубку 5 в манометр 6, снабженный самопишущим механизмом. Измерение силы Ру производится аналогичным образом при горизонтальном перемещении люльки.
Гидравлические динамометры находят ограниченное применение по причине большой инерционности рычажно-поршневой системы, из-за чего показания отстают от быстропротекающих процессов и искажают картину изменения сил резания во времени и по величине, а также по причине малой чувствительности.
Принцип работы механических динамометров (рис. 3.25) основан на том, что под действием сил резания на резец 9 резцедержатель 8 вследствие деформации упругих стенок 1 корпуса 6 перемещается. Эти перемещения через сухари 2 и ножки индикатора 4, 7 фиксируются индикаторами 3 и 5.
Механические динамометры имеют те же недостатки, что и гидравлические. Поэтому, несмотря на простоту конструкции, они широкого распространения не получили.
Электрические динамометры являются наиболее чувствительными приборами, так как они мало инерционны и позволяют с помощью осциллографа производить запись на пленку быстропротекающих процессов за тысячные и стотысячные доли секунды. Такие динамометры преобразуют механическое воздействие сил резания в легко измеряемые электрические величины.
Электрические преобразователи подразделяются на следующие основные виды: емкостные, или конденсаторные; индуктивные; тензометрические.
В емкостных преобразователях (рис. 3.26) сила резания посредством державки резца производит перемещение упругой пластины конденсатора, изменяя воздушный зазор Δh, а следовательно, и емкость конденсатора. Изменение емкости при помощи высокочастотного устройства приводит к колебанию силы тока, регистрируемой с помощью гальванометра или осциллографа.
Индуктивные преобразователи (рис. 3.27) основаны на изменении индуктивности токонесущего контура, а следовательно, и силы тока в обмотке в зависимости от воздушного зазора Δh между ферромагнитными телами. Изменение силы резания соответственно влияет на величину регистрируемого тока.
Проволочные или тензометрические первичные преобразователи представляют несколько витков очень тонкой проволоки диаметром от 0,015 до 0,06 мм. Их изготавливают из специального сплава нихром-константан, который резкоизменяет электрическое сопротивление при деформации преобразователя. Витки или решетку из такой проволоки помещают между двумя склеенными бумажными полосками и наклеивают на упруго- деформирующийся элемент 6 (державку) (рис. 3.28). Под влиянием сил резания элемент 6 и приклеенная к нему проволока 5 деформируются. Это вызывает изменение силы тока в электрической цепи, которая увеличивается усилителем 2 и измеряется гальванометром или другим регистрирующим прибором 1. Чтобы не было искажений в показаниях приборов при измерении сил резания из-за непостоянства напряжения в сети, в электрическую цепь необходимо включать стабилизатор напряжения 3, устанавливаемый между регистрирующим прибором и источником питания 4.
В зависимости от того, сколько составляющих сил резания можно измерить динамометром, они называются одно, двух- или трехкомпонентными. Кроме того, необходимо учитывать, что динамометры не показывают непосредственно силы резания, а дают какие-то условные показания, пропорциональные силам резания, чаще всего в виде осциллограмм. Чтобы получить непосредственные значения сил резания, необходимо произвести тарировку динамометра. Она заключается в том, что преобразователям динамометра предварительно сообщают заранее известную нагрузку с помощью простейших механических устройств. Затем, замечая показания приборов h, соответствующих различным нагрузкам, например Рz, строят тарировочный график (рис- 3.29). В дальнейшем величины сил резания находят по показаниям приборов с использованием тарировочных графиков.
Эмпирические зависимости составляющих сил резания
С учетом факторов, влияющих на силы резания при точении, составлены математические модели определения их составляющих по осям координат:
Постоянная Ср и показатели степени х, у, n для конкретных условии обработки приводятся в справочной литературе по расчету режимов резания.
Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов (Кp = Км * Кv* Кhз * Кφ * Кγ. ), учитывающих фактические условия резания.
Дата добавления: 2015-09-12 ; просмотров: 45 | Нарушение авторских прав
Источник
Сила резания
Сила резания R – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.
Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы — тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px.
При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле
Сp; xp; yp; np — эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл.15;
t — глубина резания (при отрезании, прорезании и фасонном точении — длина лезвия резца), мм;
Kp = KMp·K j p·K g p·K l p·Krp — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 13 и 16.
Для определения сил Py и Px существуют аналогичные эмпирические формулы. Однако для упрощения и ускорения расчётов величины радиальной Py и тангенциальной Px сил резания рекомендуется [3] принимать по следующим соотношениям
Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле
(10)
С учётом потерь, мощность привода, кВт, определится
(11)
где h — к.п.д. станка, (принимается равным 0,85).
Проверка режима резания по мощности резания
Расчитаный режим резания необходимо проверить на достаточность мощности привода станка. Найденное значение Nпр сравнивается с паспортным значением Nпр пасп станка, проверяется условие
(12)
В случае несоблюдения этого условия следует уменьшить силу резания соответствующим изменением периода стойкости инструмента, подачи или глубины резания.
Проверка резца на изгиб
После проведения проверки по мощности резания производится проверка прочности державки резца на изгиб от действия тангенциальной составляющей силы резания (см. рис. 4).
Рис. 4. Схема к определению длины вылета резца.
При этом должно соблюдаться условие:
(13)
B — ширина поперечного сечения державки резца, мм ;
Н — высота поперечного сечения державки резца, мм ;
lр — вылет резца из резцедержателя, мм:
[ s и]= 200 МПа — предельно допустимые напряжения на изгиб для державки из конструкционной стали.
При несоблюдении данного условия следует уменьшить вылет резца, увеличить размеры поперечного сечения державки, или уменьшить Pz соответствующим изменением режима резания.
Проверка на точность обработки
Радиальная составляющая силы резания Py может вызвать продольный изгиб заготовки. Поэтому необходима проверка жёсткости обрабатываемой детали, которая проводится исходя из условий точности обработки.
Максимальная нагрузка, Н, допускаемая жёсткостью заготовок, определяется по формуле:
(14)
f — стрела прогиба детали, мм.
- Можно рекомендовать:
- при черновом точении f = 0,1 — 0,2 мм,
- при получистовом — f=0,1 мм,
- при точных работах 20 — 25 % от величины поля допуска на размер обрабатываемой поверхности;
k — коэффициент продольной упругости, зависящий от способа установки детали:
- k = 3 — деталь закреплена в патроне;
- k = 70 — деталь закреплена в центрах;
- k = 130 — деталь закреплена в патроне с поджатием задним центром;
E — модуль продольной упругости, МПа, табл. 17;
— момент инерции поперечного сечения детали (круга), мм;
Если условие 
не выполняется, необходимо изменить схему закрепления детали; уменьшить глубину резания, величину подачи, геометрические параметры режущего инструмента.
Источник
