5.3.Экспериментальное определение сил резания при точении

Система сил, действующих при точении или строгании, может быть приведена к одной равнодействующей силе , называется силой резания. Точка приложения этой силы находится на рабочей части главной режущей кромки резца.

Для практических целей обычно нужна не сама равнодействующая сила, а ее составляющие, действующие в заданных, представляющих для практики, направлениях. Такими составляющими являются:

1.Сила – действует в плоскости резания в направлении главного движения и определяющая нагрузку на станок и резец. По ней подсчитывают крутящий момент и мощность резания.

2.Сила – радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно оси заготовки. Она определяет силу отжима резца от заготовки и прогиб заготовки. Влияет на точность изготовления детали. Сила необходима для расчета станины и суппорта станка.

3.Сила – осевая сила, действует вдоль оси заготовки параллельно направленной подаче. Определяет нагрузку механизма подачи станка.

Рис. 5.64. Определение силы резания при точении

Три составляющие силы резания взаимно перпендикулярны, поэтому величина и направление равнодействующей силы определяется касательной диагонали параллелепипеда:

.

На рисунке - нормальная сила, перпендикулярная главной режущей кромке. Составляющие силы резания и расположены в направлении схода стружки, равнодействующей этих сил и является нормальная сила:

;

Соотношение составляющих силы резания зависит от условия резания.

5.4.Мощность и работа

Мощность и работа, затрачиваемая на резание, определяется действием трех составляющих силы резания . Влияние силы на мощность приблизительно равна нулю, т.к. перемещение жестко закрепленного резца в направлении силы практически не происходит.

Сила по экспериментальным данным влияет на мощность в пределах 1-2%, потому эффективная мощность, затрачиваемая на процесс резания, квт:

Потребная мощность привода главного движение станка определяется по формуле , где - коэффициент полезного действия станка, .

Работа, затрачиваемая на преодоление сил резания, определяется по формуле:

,

где – работа, затрачиваемая на пластическую деформацию;

– работа, затрачиваемая на упругие деформации, мала при резании пластичных материалов;

– работа, затрачиваемая на трение поперечной и задней поверхностям инструмента;

– работа, затрачиваемая на диспергирование (образование новой поверхности);

Так как количественное значение работы, затрачиваемой на диспергирования очень мало, то им можно пренебречь.

.

Работа почти полностью переходит в тепло. Работа вызывает износ инструмента и переходит в тепло. В дальнейшем рассмотрим тепловые явления.

5.4.1.Аппаратура для определения сил резания

Для экспериментального определения сил резания и изучения влияния на них различных факторов применяют приборы называемые динамометрами.

Динамометры бывают трехкомпонентные (для измерения , , ), двухкомпонентные ( и или и ) и однокомпонентные (для измерения одной составляющей). Динамометры по принципу работы делятся на: электрические, механические и гидравлические. Гидравлические динамометры основаны на применении цилиндра, наполненного рабочей жидкостью.

Каждый динамометр состоит из:

• устройства для разложения равнодействующей силы резания на составляющие;

• датчиков, служащих для преобразования измеряемого усилия в удобно наблюдаемую величину;

• регистрирующего устройства.

В настоящее время наибольшее применение имеют электрические динамометры: пьезометрические, емкостные, индукционные и с проволочными датчиками сопротивления.

Пьезометрические динамометры: принцип действия основан на свойстве некоторых кристаллов (кварца, турмалина) генерировать при давлении на их поверхность, электрических зарядов, величина которых пропорциональна приложенной силе. Они безинерционные, поэтому пригодны для измерения быстропеременных процессов. Недостаток – сложность высокочастотных устройств.

Емкостные динамометры применяют при исследовании быстропротекающих процессов. Принцип действия основан на изменении емкости конденсатора, находящегося под воздействием измеряемой силы.

В настоящее время значительное распространение получили индукционные динамометры. Принцип действия заключается в изменении под действием сил резания зазора между двумя П – образными сердечниками, на которых наложено по обмотке (рис. 5.5).

Рис. 5.65. Схема индукционного динамометра

В одной из обмоток АС вторичный ток изменяется пропорционально изменению зазора, а значит и величине действующих сил. Подвижный сердечник закрепляется на крышке датчика. При действии на эту крышку силы резания изменяется зазор между полюсами. При неизменном токе в первичной обмотке ВС изменяется ток во вторичной пропорционально действующей силе. К динамометрам такого типа относятся трех компонентные динамометры.

Во ВНИИ Мухиным разработан универсальный динамометр с проволочными датчиками сопротивления. Он дает возможность измерять силы резания при точении, сверлении, фрезеровании, шлифовании.