Экспериментальные методы измерения сил резания

Силы и работа резания. Вибрации в станочных системах

Существует большое количество приборов, называемых динамометрами, которые используются для измерения сил резания. Деформации упругих элементов динамометра непосредственно или с использованием связанных с ними явлений служат основой для измерения сил резания. Независимо от конструкции динамометры состоят из следующих основных частей:

1) первичного измерительного преобразователя, воспринимающего нагрузку;

2) регистрирующего устройства;

3) вспомогательных звеньев, связывающих их друг с другом.

Динамометры подразделяются на гидравлические, механические, электрические.

Гидравлические динамометры в настоящее время не находят применения пo 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 из-за малой чувствительности.

Механические динамометры просты по конструкции, но имеют те же недостатки, что и гидравлические, и поэтому получили ограниченное распространение.

Электрические динамометры являются наиболее чувствительными приборами, так как они мало инерционны и позволяют с помощью осциллографа или компьютера производить запись быстропротекающих процессов за тысячные и стотысячные доли секунды. Такие динамометры преобразуют механическое воздействие сил резания в легко измеряемые электрические величины.

Электрические преобразователи подразделяются на емкостные или конденсаторные, индуктивные, тензометрические.

В емкостных преобразователях под действием силы резания перемещается упругая пластина конденсатора, изменяя воздушный зазор, а следовательно, и емкость конденсатора. Изменение емкости при помощи высокочастотного устройства приводит к колебанию силы тока, регистрируемой с помощью гальванометра или осциллографа.

Индуктивные преобразователи основаны на изменении индуктивности токонесущего контура, а следовательно, и силы тока в обмотке в зависимости от воздушного зазора между ферромагнитными телами. Изменение силы резания соответственно влияет на регистрируемый ток.

Проволочные или тензометрические первичные преобразователи представляют собой несколько витков очень тонкой проволоки, изготовляемой из специального сплава, которая изменяет электрическое сопротивление при деформации преобразователя. Витки или решетку из такой проволоки помещают между двумя склеенными бумажными полосками и наклеивают на элемент (державку). Под влиянием сил резания элемент и приклеенная к нему проволока упруго деформируются. Это вызывает изменение силы тока в электрической цепи, которая увеличивается усилителем и измеряется регистрирующим прибором. Чтобы не было искажений в показаниях приборов при измерении сил резания из-за непостоянства напряжения в сети, в электрическую цепь необходимо включать стабилизатор напряжения, устанавливаемый между регистрирующим прибором и источником питания.

В зависимости от того, сколько составляющих сил резания можно измерить динамометром, они называются одно-, двух- или трехкомпонентными.

Наиболее широкое распространение среди электрических динамометров получил универсальный динамометр СУРП (УДМ) конструкции Всесоюзного научно-исследовательского инструментального института (ВНИИ). Он позволяет измерять составляющие силы резания при точении, фрезеровании, шлифовании, осевую силу и крутящий момент при сверлении, зенкеровании, развертывании, нарезании резьбы метчиком и рассчитан на максимальное значение силы, равное 1, 6 или 12 кН.

Основой динамометра является квадратная пластина, установленная в корпусе на упругих опорах, на которых наклеены тензометрические преобразователи. Опоры имеют трубчатую форму и обладают высокой жесткостью вдоль оси и малой жесткостью в направлении, перпендикулярном к оси. На вертикальные опоры наклеено по одному преобразователю; на горизонтальные опоры ‑ по два. Первые преобразователи служат для измерения горизонтальных сил, а вторые ‑ крутящего момента. Преобразователи соединены между собой таким образом, что сигнал на выходе измерительной схемы является алгебраической суммой реакции опор. Это обеспечивает независимость показаний динамометра от вылета резца. Динамометр укомплектован тензометрическим усилителем и записывающим устройством.

Динамометры не позволяют определить непосредственно силы резания; их показания соответствуют деформациям, пропорциональным действующей силе. Поэтому перед работой необходимо протарировать динамометр. Тарирование заключается в том, что динамометр нагружают в направлении сил резания сначала возрастающими, а затем убывающими силами, которые известны. Показания динамометра, соответствующие определенным силам, регистрируются. На основании этих данных между линией 1 нагрузки и линией 2 разгрузки строят тарировочный график 3, которым в дальнейшем пользуются при расшифровке показаний динамометра.

На практике широко применяется простейший графоаналитический метод обработки результатов экспериментов. Многочисленные исследования показали, что взаимосвязь различных величин, характеризующих процесс резания, может достаточно точно выражаться эмпирической зависимостью, которая описывается степенной функцией вида

Нахождение таких функций возможно в случае использования двойной логарифмической системы координат, когда в декартовых координатах по осям откладываются не сами величины, а их логарифмы. Прологарифмируем выражение

Получим

что аналогично уравнению прямой линии, причем величина

равна тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс.

Пусть необходимо получить обобщенную зависимость

если установлены частные зависимости

При этом

где

Дата добавления: 2014-01-15