Порядок проведения эксперимента

Силовые зависимости при точении

Установлено, что в процессе резания на резец действуют следующие основные силы сопротивления (рис. 1):

Рис. 1. Силы сопротивления резанию

― – силы пластического и упругого сопротивления срезаемого слоя металла;

― – силы пластического и упругого сопротивления поверхностного слоя металла заготовки;

― Т – сила трения срезаемого слоя о переднюю поверхность резца;

― – сила трения поверхностного слоя заготовки о заднюю поверхность резца.

Силу резания P (рис. 2) для удобства использования разлагают на составляющие

Рис 2. Силы, действующие на резец при продольном точении

Считается, что сила Р приложена к середине активного участка режущей кромки резца.

Силу Р_z называют тангенциальной или главной составляющей и используют в практике для расчетов крутящего момента на шпинделе станка и мощности резания

, Нм

Вт

где Р_z ‑ главная составляющая
силы резания, Н;
‑ начальный диаметр заготовки, м;
V ‑ скорость резания, м/с.

Силу Р_x называют осевой составляющей, а силу Р_y радиальной составляющей. Используют их обычно при конструкторских расчетах станков.

Определение сил резания

Силы резания могут быть рассчитаны по теоретическим зависимостям или определены экспериментальным путем.

Существующие теоретические зависимости не обеспечивают достаточной точности расчетов и используются для прикидочных расчетов.

Так, например, силу Р_z определяют по формуле

, кН

где К_р = 2,3…2,8 – коэффициент резания;
– предел прочности обрабатываемого металла, ГПа;
f_н – площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм2.

Экспериментальные зависимости, например для Р_z, строятся обычно в следующем виде:

, Н

где – постоянная величина учитывающая условия
проведения эксперимента;
– коэффициент учитывающий физико-механические
свойства заготовки, геометрию резца и его износ
для рассчитываемого случая,
– показатели степени при параметрах режима
резания.

ОПИСАНИЕ экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 3) представляет собой токарно-винторезный станок, на суппорте которого смонтирован динамометр УДМ-600 конструкции ВНИИ (5). К динамометру подключен тензометрический усилитель УТ4-1 (3). От него запитывается УДМ-600 постоянным током. К усилителю подключен блок измерительных приборов (4).

Рис. 3. Схема экспериментальной установки

На упругий измерительный элемент динамометра (1) оказывает при точении воздействие сила . На этот же элемент наклеен тензометрический датчик , который является одним из плеч измерительного моста (2). Упругая деформация сопротивления ведет к разбалансу моста. Сигнал разбаланса усиливается в УТ4-1 и поступает на соответствующий прибор блока измерительных приборов. Величина отклонения стрелки этого прибора в мА пересчитывается в величину составляющей силы .

Пересчет производится по формулам:

, H

, H.

где ‑ показания приборов, мА.

Порядок проведения эксперимента

Эксперимент заключается в проведении трех серий опытов точения стальной болванки. Первая серия из пяти опытов делается при изменяющейся глубине резания t и при неизменных остальных параметрах. При второй серии из 5 опытов изменяется подача S, а при третьей изменяется скорость резания V (при постоянных остальных параметрах). При каждом опыте фиксируется показание соответствующего измерительного прибора. Показания заносятся в таблицу журнала лабораторных работ. Исходные данные для проведения экспериментов даются сотрудниками лаборатории. Затем производится обработка результатов экспериментов.

Для обработки экспериментальных данных могут быть применены различные методы, основными из которых можно считать графическим метод и метод наименьших квадратов.

Графический метод сравнительно прост и нагляден, хотя его отличает известный субъективизм при графических построениях.

Более точным методом является метод наименьших квадратов, в основе которого лежит требование, чтобы экспериментальные точки расположились по обе стороны от графика функции , но так, чтобы сумма квадратов отклонений , измеренных значений от функции была минимальной

С целью обеспечения наглядности и более глубокого понимания сущности эксперимента, в лабораторной работе обработка его результатов проводится графически. Контроль точности графических построений проводится методом наименьших квадратов с помощью персонального компьютера.

В условиях лабораторной работы методика определения числовых значений всех постоянных величин в формуле

, (1)

может быть рассмотрена на примере нахождения величин,

Допустим, что первая серия опытов проводилась при и . Тогда уравнение 1 можно представить в следующем виде

, (2)

где .

В прямоугольной системе координат с логарифмическими шкалами уравнение 2 может быть записано в виде уравнения прямой линии

где – отрезок ординаты, отсекаемый прямой от начала
координат;
– тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс.

Для остальных двух серий опытов справедливы формулы:

По полученным опытным данным в прямоугольных координатах с логарифмическими шкалами строятся зависимости

Для этого по осям абсцисс откладывают значения t, S и V, а по оси ординат соответствующие им значения . Через нанесенные точки проводятся прямые линии, так чтобы количество точек, не лежащий на прямой по одну и другую сторону от нее было одинаковым.

Из построенных графиков находим

; .

Величину углов можно измерить с помощью транспортира, а тангенс угла определить по таблицам или с помощью калькулятора. Однако более просто определяются тангенсы углов путем замера противолежащего и прилежащего катетов в прямоугольных треугольниках, построенных на графиках у углов . Измерение катетов следует проводить линейкой с миллиметровой шкалой.