Измерение вертикальной составляющей силы резания при точении

МЕТАЛЛООБРАБОТКА

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

На основе проведенных испытаний были определены виды брака при сверлении, способы его устранения (табл. 1) и причины снижения точности обработки сверлений (табл. 2).

Литература

1. Техническая диагностика станочного оборудования автоматизированного производства / С. Н. Григорьев, М. П. Козочкин, Ф. С. Сабиров, В. А. Синопальников // Контроль. Диагностика. 2011. № 8 (158). С. 48-54.

2. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Оперативная диагностика при металлообработке — проблемы и задачи // Вестн. МГТУ «Станкин». М.: Станкин, 2008. № 3. С. 14-18.

3. Кочинев Н. А., Сабиров Ф. С. Измерение динамических характеристик станков методом импульсного на-гружения // Измерит. техника. 2009. № 6. С. 39-41.

4. Юркевич В. В. Контроль и диагностика процесса формообразования при обработке на токарных станках // Контроль. Диагностика. 2005. № 1. С. 45-50.

5. Юркевич В. В. Определение точности обработки на токарном станке// СТИН. 1999. № 4. С. 15-17.

6. Юркевич В. В. Система прогнозирования точности токарных станков // Вестн. машиностроения. 2001. № 8. С. 44-48.

7. Юркевич В. В. Прогнозирование формы детали в продольном сечении // Станки и инструмент. 2002. № 2. С. 20-23.

8. Юркевич В. В. Испытания металлообрабатывающих станков// Saarbrucken. Germany: Lambert Akademie Publishing, 2012. S. 469.

УДК 621.9.02

Измерение вертикальной составляющей силы резания при точении

В. В. Юркевич

Резание является одним из сложных физических процессов, при котором имеют место упругие и пластические деформации. Оно сопровождается большим выделением теплоты, наростообразованием, завиванием и усадкой

Рис. 1. Схема измерения тангенциальной составляющей силы резания:

1 — суппорт; 2 — датчик перемещения; 3 — заготовка; 4 — резец; 5 — резцедержательная головка

стружки, а также износом режущей кромки резца [1, 2].

Под действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию и сопровождается упругими и пластическими деформациями. Пластические деформации заключаются в сдвиге одних слоев относительно других по так называемым плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений.

Для измерения вертикальной составляющей силы резания Рт на станке ТВ-7 была создана экспериментальная установка (рис. 1). В резцедержательной головке 5 был закреплен резец 4, который обрабатывал заготовку 3. На каретке суппорта 1 закреплялся бесконтактный датчик 2 перемещения, чувствительный наконечник которого взаимодействовал с нижней гранью резца 4. В качестве датчика использовался вихретоковый датчик АЕ. 50. 002ПС. Датчик соединен своим выходом с платой входа-выхода информации Ь-761 и далее с компьютером.

Экспериментальные измерения проводились при реальном точении заготовки, и сигналы записывались в реальном времени. Помимо измерения силы резания производилось

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

МШШОЬРШШ

измерение траектории движения резца по методике, подробно описаноИ в работах [3, 4].

Заготовку обрабатывали при частоте вращения шпинделя п = 105 975 об/мин, глубине резания £ = 0,2 1,6 мм и подаче 8 = = 0,10 0,16 мм/об резцом с твердосплавноИ пластинкоИ Т15К6 с углами заточки ф = ф1 = = 45°, у = 0°, а = 8°. Заготовка диаметром 40 мм была изготовлена из стали 35.

На рис. 2 представлены кривые: Хр — перемещение резца по оси X; Ур — перемещение резца по оси У; Р — вертикальная составляющая силы резания; Хз — перемещение оси заготовки по оси X.

На рис. 2, а представлены кривые для частоты вращения шпинделя п = 185 об/мин, а на рис. 2, б — для п = 975 об/мин. Глубина резания и подача в обоих случаях была одинаковая: £ = 1,2 мм, 8 = 0,16 мм/об.

Из рисунка видно, что колебания резца почти в 5 раз меньше колебании заготовки.

Колебания заготовки для отдельных оборотов однотипны, а колебания резца имеют слу-чаИныИ характер. Колебания резца Хр и Ур в целом равнозначны. Вертикальная составляющая силы резания Р также неоднородна и колеблется в пределах 310-520 Н.

Расчеты показали, что при частоте вращения шпинделя п = 185 об/мин скорость резания равна 23 м/мин, а это значит, что запись, приведенная на рис. 2, а, соответствует контактному взаимодеИствию с образованием нароста. На кривоИ силы резания (рис. 2, а) имеются отдельные сверхмаксимумы, которые, можно предположить, соответствует разрушению нароста. Характерно, что на рис. 2, б таких сверхмаксимумов не наблюдается.

На рис. 2, б приведен режим, соответ-ствующиИ частоте вращения шпинделя п = = 975 об/мин, что соответствует скорости резания 122 м/мин, а следовательно, резание

а)

Р, Н

500 400 300 200 100 0

Время

б)

Р, Н

500 400 300 200 100 0

У,

Время

Рис. 2. Результаты измерениИ: а — п = 185 об/мин, £ = 1,2 мм, 8 = 0,16 мм/об; б — п = 975 об/мин, £ = 1,2 мм, 8 = 0,16 мм/об

МЕТШ^БРАВОТКА

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

а)

в)

5 мкм б) 1 мкм

г)

fr

1?

fr

[ ST

i

J

/

/

с

1

W

Рис. 3. Траектории оси заготовки (а и в) и резца (б и г) при обработке заготовки: а — п = 185 об/мин, t = 1,2 мм, 8 = 0,16 мм/об; б — п = 975 об/мин, £ = 1,2 мм, 8 = 0,16 мм/об

происходит при контактном взаимодействии с участием пластического и вязкого контактов. Как уже говорилось, кривая силы резания изменяется по своему значению меньше, чем при контактном взаимодействии с образованием нароста.

Более четкое различие в режимах обработки при контактном взаимодействии с образованием нароста и при контактном взаимодействии с участием пластического и вязкого контактов можно увидеть, рассматривая траектории оси заготовки и резца (рис. 3). При построении траекторий использовалась

специальная компьютерная программа Lagrang 2003. Из сравнения рис. 3, б и г видно, что в обоих случаях колебания резца однотипны. Колебания резца близки по форме к эллипсу, у которого одна ось во много раз меньше другой. При режиме контактного взаимодействия с образованием нароста (рис. 3, а) траектория оси заготовки имеет резкие выступы, которые говорят о том, что процесс резания неустойчив. При контактном взаимодействии с участием пластического и вязкого контактов (рис. 3, в) траектория оси заготовки имеет плавную форму, близкую к трапеции. Следует отметить, что такая форма траектории была снята множество раз при различных испытаниях на токарном станке ТВ-8.

Измерения вертикальной составляющей силы резания и траекторий оси заготовки и резца позволяют наглядно убедиться в разности протекания процесса резания при контактном взаимодействии с образованием нароста и при контактном взаимодействии с участием пластического и вязкого контактов.

Литература

1. Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития / С. Н. Григорьев, М. П. Козочкин, Ф. С. Сабиров, В. А. Синопальников // Вестн. МГТУ «Станкин». 2010. № 4. С. 27-36.

2. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Оперативная диагностика при металлообработке — проблемы и задачи // Вестн. МГТУ «Станкин». 2008. № 3. С. 14-18.

3. Юркевич В. В. Измерение колебаний резца при токарной обработке // Измерит. техника. 2006. № 7. С. 22-24.

4. Юркевич В. В. Испытание, контроль и диагностика технологических систем. М.: ИЦ МГТУ «Станкин». 2005. 360 с.