Методика измерения сил резания

Составляющие силы резания измеряют непосредственно в процессе обработки с помощью динамометров различных конструкций. В данной работе для измерения главной составляющей силы резания Р_z используется однокомпонентный динамометр, изготовленный в виде тензометрического резца, который закрепляют в резцедержателе токарного станка (рис. 1.32, а).

Рис. 1.32. Тензометрический резец (а), схема соединения

датчиков резца (б)

Датчики 1 и 2 вместе с аналогичными резисторами 3 и 4, установленными на резце вне зоны деформации стержня, соединены в измерительный мост (рис. 1.32, б). Одна диагональ моста подсоединена к источнику питания U_м, вторая измерительная диагональ соединена с усилителем сигналов 5. В процессе резания в связи с деформацией датчиков 1 и 2 происходит изменение их сопротивления и возникает разность потенциалов U_АБ в точках А и Б моста, которая прямо пропорциональна деформации стержня резца и приложенной к нему силе P_z.

Возникший электрический сигнал подаётся на усилитель 5 и затем измеряется милливольтметром 6. Для перевода показаний прибора в единицы измерения силы, необходимо провести операцию его градуирования. Суть градуирования милливольтметра состоит в экспериментальном определении цены деления его шкалы в единицах измерения силы. При градуировании резец с наклеенными датчиками закрепляют в резцедержателе станка и нагружают известной силой Р (P_z), постепенно увеличивая её значение и каждый раз фиксируя показания прибора 6.

Для нагружения резца в данной работе используется кольцевой динамометр, состоящий из стального закалённого кольца 2 с закреплённым в нём индикатором часового типа 3 (рис. 1.33, а).

Создание силы P осуществляют ввинчиванием винта 4 в специальную стойку 5. При нагружении динамометра кольцо 2, передавая усилие P резцу 1, упруго деформируется. Деформацию кольца, пропорциональную нагрузке, измеряют индикатором 3. Цена деления шкалы индикатора кольцевого динамометра равна 117 Н.

Рис. 1.33. Схема градуирования милливольтметра динамометра (а), градуировочный график (б)

При градуировании необходимо выполнить далее приведённые действия.

1. Произвести предварительную нагрузку резца от нулевой до максимальной, а затем снять нагрузку (действия повторить один — два раза).

2. Установить индикатор 3 динамометра на ноль.

3. Последовательно (через два деления индикатора динамометра) нагрузить систему путем вворачивания винта 4 с регистрацией нагрузки и показаний милливольтметра. Результаты градуирования записать в таблицу 1.10.

Таблица 1.10

Данные градуирования милливольтметра

4. Последовательно через одно деление индикатора произвести разгрузку резца с фиксацией показаний милливольтметра.

5. Провести обработку полученных результатов с целью определения цены деления милливольтметра k, Н/мВ. Для определения цены деления милливольтметра следует:

5.1. Построить градуировочный график (см. рис. 1.33, б). На данном графике экспериментальные точки следует соединить тонкой ломаной линией 1, а нагрузочную ветвь этой линии аппроксимировать прямой 2. Аппроксимирующая прямая должна проводиться таким образом, чтобы:

— сумма положительных и отрицательных отклонений экспериментальных точек от линии была равна (зрительно) нулю;

— не было компенсации положительных отклонений, например, в начале прямой отрицательными в её конце.

Если некоторые экспериментальные точки лежат далеко от прямой, то это часто свидетельствует о грубых ошибках при проведении эксперимента и, в частности, соответствующих измерений. Поэтому, прежде чем проводить аппроксимацию, нужно из экспериментальных данных исключить грубые ошибки (промахи) или провести повторное нагружение резца и построение градуировочного графика.

5.2. Выбрать на аппроксимирующей прямой 2 нагрузочной ветви произвольно точку «А», определить для неё значения силы и показание милливольтметра U_A. По определённым значениям можно рассчитать новую цену деления k, Н/мВ, милливольтметра через отношение

k = / U_A . (1.19)

При последующих измерениях силы P_z непосредственно в процессе резания на регистрирующем приборе фиксируют показания в милливольтах, которое умножают на цену деления k и получают измеренное значение силы P_z.