9.1.2 Выбор метода измерения. Сравнительная характеристика электрических динамометров. Процесс исследования влияния режимов на силы резания производится с помощью динамометров

9. 1. 2 Выбор метода измерения

 

В настоящее время преимущественно используются электрические методы измерения.

Сравнительная оценка различных электрических динамометров приведена в табл. 9. 1. Положительной оценке того или иного свойства отвечает знак (+), отрицательной – знак (–). Знак 0 (ноль) показывает отсутствие как положительных, так и отрицательных качеств. Как следует из таблицы, наибольшими преимуществами обладают три последних метода. В настоящее время в качестве датчиков для измерения сил при работе различных режущих инструментов (резцов, сверл, фрез и др. ) часто применяют проволочные тензорезисторы.

Процесс исследования влияния режимов на силы резания производится с помощью динамометров. В связи с тем, что электрические динамометры не оценивают непосредственно значений сил резания, а дают какие-то условные показания, пропорциональные силам резания, их тарируют, составляя при этом тарировочный график. На оси абсциссэтого графика откладываются силы давления на резец, которые соответствуют нагружению его при тарировании соответствующим грузом. На оси ординат откладываются показания прибора.

Таблица 9. 1

 

Сравнительная характеристика электрических динамометров

Метод измерения	Измерительный сдвиг	Размеры	Диапазон измерения	Точность	Склонность препятствиям	Инерционность	Легкость тарирования	Расходы	Простота обслуживания
Пьезоэлектрический	+	+	+	+		++	–	– –	– –
Емкостный	+	–	+	+		++	+	–	–
Угольного сопротивления	+	+	+	+		++		+	++
Жидкостного сопротивления	+	+	+					+	+
Индуктивный	+	++	++	+	++	+	+	++	++
Магнитный	+	++	+	+	++	+	+	+	+
Тензометрический	+	++	+	+	++	+	+	+	++

 

Затем, отмечая показание динамометра, например, в mV, которые соответствуют различным силам , строят тарировочный график. В дальнейшем величины сил резания находят по показаниям динамометра и тарировочных графиков.

В производственных условиях для определения сил резания невозможно каждый раз пользоваться динамометрами, делать их тарировку, использовать дорогие и чувствительные приборы. Поэтому в случае необходимости на практике пользуются более простыми средствами для определения сил резания, например, путем измерения момента трения или расходов энергии ваттметрами и др.

9. 2 ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

 

Точение осуществляется проходными резцами при несвободном резании. Работа включает четыре серии опытов. Во всех сериях скорость резания остается постоянной и определяется по формуле:

, м/мин,

где D – диаметр заготовки, мм; n – частота вращения шпинделя, об/мин.

Примечание. Необходимо обратить внимание на то, что режим обработки должен быть таким, чтобы отсутствовало наростообразование.

В первой серии (опыты 1¸ 5) переменной является глубина резания t. Все другие параметры считаются постоянными. Во второй серии (опыты 6¸ 10) переменной является подача S при неизменных других условиях обработки. В третьей и четвертой сериях элементы режима резания остаются постоянными, а изменяются соответственно передний угол γ (опыты 11¸ 14) и угол в плане φ (опыты 15¸ 16). Во всех опытах измерения каждой составляющей силы резания осуществляется не менее трех раз. Полученные показания с помощью тарировочных графиков переводятся в значения сил резания, которые заносятся в соответствующие таблицы.

Методами математической обработки экспериментальных данных выводятся отдельные и общие зависимости составляющих силы резания от исследуемых факторов.

 

9. 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТОВ

9. 3. 1 Аппроксимация сил резания с помощью эмпирических

зависимостей

 

Любая эмпирическая формула является результатом математической обработки данных, полученных при проведении экспериментов. При расчете сил резания наиболее широкое применение получили эмпирические формулы степенного типа. Многочисленные эксперименты показали, что в большинстве случаев при изменении какого-либо параметра условий резания составляющие силы резания монотонно возрастают или убывают, и такие зависимости хорошо иллюстрируются кривыми параболического и гиперболического типа. Эти кривые наиболее удобно аппроксимировать степенной функцией вида , которая, будучи изображенной в декартовых координатах с функциональными логарифмическими шкалами, представляет собой прямую линию. Прологарифмировав степенную функцию, получим уравнение прямой с угловым коэффициентом:

 

.                           (9. 6)

Угловой коэффициент, равный показателю степени при х, определится как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. При немонотонной зависимости  такая аппроксимация непригодна.

Нахождение показателя степени k и постоянной C можно производить графически и аналитически. При графической обработке экспериментальные точки, соответствующие значениям х и y, наносят в двойной логарифмической системе координат (рис. 9. 13). Через опытные точки проводят прямую линию так, чтобы возможно большее число точек равномерно группировалось вокруг прямой (можно использовать метод наименьших квадратов). Тогда:

 и         или     при .

Рис. 9. 13. Графическая обработка опытных данных при установлении силовых зависимостей

 

При установлении силовых зависимостей, как правило, используют однофакторный эксперимент, когда варьируют только тот фактор процесса резания, влияние которого изучают, а все остальные факторы за время проведения исследования остаются постоянными.

Если, например, устанавливают влияние подачи, то все остальные факторы (обрабатываемый материал, инструментальный материал, геометрические параметры инструмента, глубину резания, скорость резания, применяемую СОТС и др. ) оставляют постоянными.

Далее последовательно изменяют подачу и при каждом её значении измеряют динамометром составляющие силы резания. С целью повышения точности и надежности результатов экспериментов каждый опыт повторяют несколько раз. Так, например, при уровне надежности (доверительной вероятности) 0, 9 минимальное число опытов при одинаковых условиях должно быть равно пяти. Возможно применение соответствующего статистического анализа. В результате проведения экспериментов получают формулы, например, для силы .

; ; .         (9. 7)

С целью сведения этих уравнений к единой зависимости:

                              (9. 8)

величина  находится как среднеарифметическое значений С_Р1, С_Р2 и С_Р3, которые определяются при равенстве правых частей уравнений (9. 7) и (9. 8).

Влияние свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, СОТС, величины износа инструмента и других параметров условий резания на технологические составляющие силы резания выражается через поправочные коэффициенты. Каждый поправочный коэффициент находится как отношение соответствующей силы при данном значении параметра к величине этой силы при эталонном значении этого же параметра. В результате получаем:

 

    (9. 9)

 

где К – поправочные коэффициенты соответственно:  – на твердость обрабатываемого материала;  – на группу обрабатываемого материала;  – на величину главного угла в плане;  – на величину переднего угла инструмента;  – на применение СОТС;  – на величину износа инструмента.

Значения постоянных коэффициентов ,  и  выражают влияние на силы ,  и  всех тех параметров условий резания, которые непосредственно не вошли в формулы (9. 9). Значения постоянных , поправочных коэффициентов К и показателей степеней х, у и n приводятся в специальных справочниках по режимам резания. Там же помещены таблицы, позволяющие определить силы резания и мощность при различных значениях глубины резания, подачи и скорости резания (для определенных групп обрабатываемых материалов).

В целом, несмотря на то, что формулы (9. 9) не отражают физики процесса резания и являются чисто эмпирическими зависимостями, они просты в использовании, позволяют производить достаточно точные расчеты, но только для тех условий, в диапазоне изменения которых был выполнен эксперимент и произведена его математическая обработка. При изменении условий проведения эксперимента постоянные коэффициенты и показатели степеней в формулах (9. 9) изменяются в широких пределах [30].

На рис. 9. 14 графически представлены экспериментальные данные о влиянии скорости резания на силу  при точении стали 35ХЗМН с различными подачами.

 

Рис. 9. 14. Влияние скорости резания на горизонтальную проекцию силы резания при точении стали 35ХЗМН (t =4 мм =+10°) с различными подачами: 1 –  мм/об; 2 –  мм/об; 3 –  мм/об; 4 –  мм/об; 5 –  мм/об; 6 –  мм/об

 

Из графиков видно, что при увеличении подачи от 0, 125 до 0, 78 мм/об (в 6, 2 раза) сила  возрастает при скорости резания 15 м/мин от 900 до 6300 Н (в 7 раз, показатель степени ), а при скорости резания 100 м/мин – от 900 до 1900 Н (в 2, 1 раза, ). Таким образом, получив эмпирическую зависимость силы  от подачи при скорости резания V=15 м/мин и распространив эту зависимость на другие скорости, можно совершить ошибку на 250% [30].

Аналогичные результаты (изменение показателей степеней и постоянных коэффициентов) имеют место при определении влияния глубины резания на силы для различных подач и наоборот. Эмпирические формулы степенного типа можно использовать только в частных случаях и в общем они не пригодны для определения сил при решении задач управления процессом резания и др.

 

⇐ Предыдущая26272829303132333435Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: