4. Лабораторная работа

ДИНАМИКА ТOЧЕНИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЕКЦИЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Цель. Экспериментальное исследование зависимости составляющих сил резания от глубины, подачи, скорости резания при токарной обработке.

Содержание

1. Ознакомление с системой сил, действующих на резец.

2.Установление физико-механических свойств обрабатываемого материала и геометрии режущей части резца.

3. Изучение графо-аналитического метода обработки экспериментальных данных при исследовании составляющих силы резания

4.Знакомство с конструкцией и принципом работы динамометров для измерения составляющих силы резания.

5.Экспериментальное определение зависимости составляющих силы резания от глубины, подачи и скорости резания.

6. Обработка экспериментальных данных построение графиков зависимости составляющих силы резания от исследуемых факторов; вывод уравнений исследуемых зависимостей.

7. Анализ полученных зависимостей и выводы.

4.1. Система сил, действующих на резец

На переднюю поверхность инструмента действуют нормальная сила N и сила трения F сходящей стружки / рис.4.I/.В результате упругого восстановления поверхности резания к задней поверхности инструмента приложены нормальная сила N₁ и сила трекия F₁. Геометрическая сумма всех этих сил дает силу резания. На ее величину и направление влияют многие факторы процесса резания. Для точного определения величины и направления действия силы резания используют ее составляющие. Для каждого процесса резания имеется свое целесообразное разложение силы резания. При точении сила резания раскладывается на три взаимно перпендикулярных направления /рис.4.2/. P_z - окружная сила и главная составляющая силы резания действует в направлении траектории главного движения. По ее величине определяется мощность резания N и крутящий момент М:

(4.1)

(4.2)

где D - диаметр обтачиваемой поверхности, мм;

v - скорость резания, м/мин;

Р_х - осевая или сила подачи, действующая в направлении подачи. По силе Р_х рассчитывается на прочность механизм подачи станка. Р_у - радиальная сила, направленная нормально к обработанной поверхности. По силам Р_у и P_z рассчитывается деформация обрабатываемой детали и узлов станка, что в значительной степени влияет на точность и качество обработанной поверхности.

Соотношение составляющих сил в нормальных условиях обычно принимают:

(4.3)

4.2. Графо-аналитический метод обработки экспериментальных данных

Экспериментально установлено, что составляющие силы резания при точении могут быть определены по следующим формулам:

(4.4)

где C_px, C_py C_pz - постоянные коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств материала заготовки и условий обработки;

x_pz, y_pz, n_pz, x_py, y_py, n_py, x_px, y_px, n_px - показатели степеней, учитывающие влияние режимов резания;

К_pz, К_py, К_px - поправочные коэффициенты, учитывающие изменение условий резания против нормативных.

(4.5)

где К_Мр - поправочный коэффициент на физико-механические свойства обрабатываемого материала;

K_p, K_p, K_p, K_rp - поправочные коэффициенты на геометрические параметры инструмента.

Значения постоянных коэффициентов показателей степеней и поправочных коэффициентов в выражениях /4.4/ для конкретных условий обработки могут быть определены по однофакторной или многофакторной методике, суть которых состоит в поочередном или одновременном изменении условии обработки: v, s t и т.д.

При изменении только одного из режимов резания выражение /4.4/ для каждой составляющей силы резания примет вид:

(4.6)

Рисунок 4.1 – Силы, действующие на передней и задней поверхности инструмента

Рисунок 4.2 – Разложение силы резания при точении на составляющие

Графически выражения /4.6/ изображаются в виде графиков степенной функции. Нахождение коэффициентов C_pz и показателей степеней x, y, n таких функций при экспериментальных исследованиях упрощается после логарифмирования

(4.7)

Полученные выражения аналогичны уравнениям первой степени вида

(4.8)

Таким образом выражения /4.7/ в двойной логарифмической системе координат, т.е. когда по осям откладываются не сами величины a их логарифмы, изобразятся в виде прямых. При этом показатели степеней x_pz, y_pz, n_pz показывающие соответственно степень влияния режимов резания t, s, v, численно равны тангенсам углов наклона линий функций P_z = f(t), P_z = f(s), P_z = f(v), к горизонтальной оси

(4.9)

C’_pz, C’’_pz, C’’’_pz, - коэффициенты, зависящие от материалов заготовки и инструмента, условий обработки и прочих факторов, численно равные составляющей P_z силы резания при единичных значениях t, s, v. На графиках зависимостей P_z = f(t,s,v) коэффициент С_pz соответствует отрезкам, отсекаемым прямыми этих зависимостей на оси ординат.

4.3. Порядок выполнения работы

1.Определить физико-механические свойства обрабатываемого материала.

2.Измерить конструктивные и геометрические параметры резца, диаметр и длину заготовки.

3. Произвести тарировку динамометра и построить тарировочный график в координатах показания динамометра- сила резания.

4.Установить динамометр и заготовку на станок.

5.С помощью динамометра и тарировочного графика определить величины составляющих силы резания P_z , Р_у и Р_х при глубине резания t = 2,5; 2,0; 1,5; 1,0; 0,5 мм и постоянных подаче s =1,0 мм/об и скорости резания v и занести данные в таблицу 4.1.

6.Определить величины составляющих силы резания P_z, Р_у Р_x при подачах s = 0,28; 0.34; 0,43; 0,52 мм/об и постоянных глубине t =1,0 мм и скорости резания V , и полученные данные занести в таблицу 4.1.

Зависимость составляющих силы резания P_z, Р_у Р_x от режимов резания

7. Определить величины составляющих силы резания P_z, Р_у Р_x при пяти значениях скорости резания v =20 .... 200 м/мин/ и постоянных глубине t =1,0 и подаче s = 1 мм/об и полученные данные занести в таблицу 4.1.

8. На основании полученных данных в логарифмической системе координат строятся графики зависимостей P_z(P_y, P_x) = f(t); P_z(P_y, P_x) = f(s); P_z(P_y, P_x) = f(v).

9. На основании данных таблицы 4.1.и построенных графиков графо-аналитическим методом определить коэффициенты С и показатели степени x, у, n частных и обобщенной зависимостей (4.6), (4.4) .для каждой составляющей силы резания. При этом показатели степени x, у, n определяются как tg₁, tg₂, tg₃ и т.д /выражение /4.9/, а коэффициенты С - подстановкой в выражения 4.6 и 4.4.значений величин составляющих P_z, Р_у Р_x при соответствующих значениях режимов резания t, s, v из таблицы 4.1. Каждое из значений x, y, n, C_p определяется не менее трех раз и затем находится среднее арифметическое.

10. На основании полученных зависимостей P_z(P_y, P_x) = f(t, s, v) сделать вывод о влиянии режимов резания на составляющие P_z, Р_у Р_x.

11.Оформить отчет по работе.

Таблица 4.1

№ серии	№ опыта	Режимы резания			Составляющие силы резания
		t, мм	s, мм/об	v, м/мин	Pz, кн	Py, кн	Px, кн
1	1 2 3 4 5
2	1 2 3 4 5
3	1 2 3 4 5

4.4.Содержание отчета

Отчет оформляется в специальной тетради грамотно и аккуратно. Все записи должны быть выполнены чернилами, а схемы и другой иллюстративный материал карандашом. Отчет представляется на проверку и подпись преподавателю по окончании работы и при сдаче зачета;

Отчет должен содержать следующие разделы

4.4.1. Название, цель и содержание работы

4.4.2. Техническая характеристика станка.

4.4.3. Физико-механические свойства обрабатываемого материала.

4.4.4. Наименование, геометрия и инструментальный материал режущего инструмента.

4.6.5. Схема сил резания при точении.

4.4.6. Зависимость составляющих силы резания P_z, Р_у Р_x, от режимов резания /таблица 4.1/.

4.4.7. Графики зависимостей P_z(P_y, P_x) = f(t, s, v) в двойных логарифмических координатах.

4.4.8. Расчеты показателей степени x, y, n, и коэффициентов C_p в выражениях 4.6 и 4.4.

4.4.9. Частные и обобщенные зависимости P_z(P_y, P_x) = f(t, s, v) 4.6, 4.4 с рассчитанными значениями x, y, n, и C_p.

4.4.10. Выводы.

Литература

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975, С 11-52.

2. Вульф A.M. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973. С. 35-73.

3. Грановский Г.Г., Грановский В.Г. Резание металлов. М., Высш. школа, 1985 .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975, С 11-52.

2. Вульф A.M. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973. С. 35-73.

3. Грановский Г.Г., Грановский В.Г. Резание металлов. М., Высш. школа, 1985 .

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 1. Кинематика и геометрия точения. геометрические параметры резцов Лабораторная работа № 2. Кинематика и геометрия при обработке отверстий. Геометрические параметры инструмента для обработки отверстий. Лабораторная работа № 3. Теплофизика резания. Экспериментальное определение зависимости температуры от режимов резания Лабораторная работа № 4. Динамика тoчения. Экспериментальное определение проекций силы резания при точении в зависимости от режимов резания

3 13 22 31

Методические указания

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Резание материалов»

для студентов специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», всех форм обучения

Составители:

Жачкин Сергей Юрьевич

В авторской редакции

Подписано к изданию 19.11.08

Уч. – изд. л.2,6 «С»

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»