Зависимостей сил резания

Силы резания

При наружном продольном точении

Методические указания к лабораторной работе

По дисциплине

РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Для студентов специальностей

Всех форм обучения

Нижний Новгород, 2010

Составители: Г. В. Гостев, И. Л. Лаптев

УДК 621.9. 01 (075.8)

Силы резания при наружном продольном точении:

Методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 151001, 151002, 150401, 220305, 220501всех форм обучения по дисциплине «Резание материалов» / НГТУ; Сост.: Г. В. Гостев, И. Л. Лаптев. Н. Новгород, 2009, 12 с.

Рассмотрены вопросы теоретического и экспериментального определения силовых зависимостей при резании металлов на примере наружного продольного точения. При изложении основных принципов теоретического метода расчета сил резания использованы труды бывшего заведующего кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты», одного из крупнейших ученых страны в области обработки металлов резанием в 50...80-е годы заслуженного деятеля науки и техники, доктора технических наук, профессора Клушина Моисея Исааковича (1915 - 1989).

Нижегородский государственный технический университет им Р.Е.Алексеева

Информационно-вычислительный центр института промышленных технологий машиностроения. Учебно-методический комплекс «Резание материалов».

Нижегородский государственный технический

университет им. Р.Е.Алексеева, 2010

Работа выполняется бригадами по 3-4 студента.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучение и освоение методов экспериментального получения зависимостей проекций сил резания на примере наружного продольного точения.

Задачи работы:

1.1. Освоение определения направления проекций силы резания на технологические направления.

1.2. Изучение конструкции динамометра, оснащения токарного станка для измерения сил резания и термопары.

1.3. Изучение методики экспериментального определения сил резания и температуры резания и обработки результатов опытов.

1.4. Изучение теоретического метода расчета сил при резании с образованием сливной стружки.

1.5. Сравнение результатов расчетов по теоретическим, эмпирическим зависимостям и справочно-нормативным материалам.

1.6. Проведение опытов и получение эмпирической степенной зависимости силы Pz и Q от элементов режима резания

Отчет выполняется каждым студентом. После его подписания преподавателем необходимо получить зачет по работе, состоящий из двух частей.

Индивидуальный зачет. Для выданного преподавателем студенту режущего инструмента показать направления проекций силы резания и дать их определения (п. 1.1).

Для выполнения расчетов используется не сила резания Р, а ее проекции на направления, принятые из технологических соображений. Сила Рz - главная составляющая силы резания (тангенциальная при вращательном главном движении), ориентирована по направлению скорости резания; Рх - осевая составляющая, направлена параллельно оси главного вращательного движения резания; Py - радиальная составляющая, направлена по радиусу главного вращательного движения (рис.1).

Сила Рz используется при расчетах на прочность механизмов главного движения, инструментов и оснастки, а также для определения мощности резания.

Сила Ру используется при расчетах жесткости технологической системы и точности обработки.

Сила Рх используется при расчетах механизмов вспомогательного движения.

ПОЛУЧЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ СТЕПЕННЫХ

ЗАВИСИМОСТЕЙ СИЛ РЕЗАНИЯ

В качестве математических моделей для определения проекций сил резания принимаются зависимости вида

Рz = Cpz ·v^Zpz ·s^Ypz ·t^Xpz · Kpz (1)

Аналогично записываются зависимости для сил Ру и Рх. В выражении (1) постоянные z_pz, y_pz ,x_pz - постоянные, характеризующие степень влияния элементов режима резания на силу, Cpz - постоянная, характеризующая уровень значений силы. Постоянные получаются при вполне определенных условиях, например при обработке стали 45, HB = 191, j = 45^o, j1 = 10^o , g = 15^o, l = 0^o, r = 1 мм, ИРМ - быстрорежущая сталь, без применения СОЖ и т.п. На измененные условия резания по сравнению с принятыми вводятся поправочные коэффициенты, произведением которых является Кpz. В данной лабораторной работе Kpz = 1.

Зависимость вида (1) с достаточной степенью точности описывает влияние элементов режима на силы резания, наглядна при оценке степени влияния каждого переменного и просто получается, так как линейна в логарифмических координатах.

lg Pz = lg· Cpz + zpz · lg v + ypz · lg s + xpz · lg t (2)

Поскольку взаимное влияние элементов режима резания на силы не является существенным, то для получения постоянных Cpz, zpz, ypz , xpzможет быть реализован простейший однофакторный эксперимент. В работе выполняется 3 серии опытов (по 3...4 опыта в каждой серии). В первой серии изменяется скорость v (за счет изменения частоты вращения шпинделя при постоянном диаметре обработки D) при постоянных значениях подачи s_oи глубины резания t(значения s_oи tпринимаются примерно на среднем уровне диапазона их изменения). Во второй серии изменяется s_o( при постоянных v и t), в третьей серии - t( при постоянных soи v). Определив численные значения сил, проводится обработка результатов опытов. Для 1-ой серии опытов уравнение (2) запишется

lg Pz = lg C`pz + zpz · lg v(3)

т.е. графически будет отражать прямую линию в двойных логарифмических координатах - lg P_z от lg v. Для упрощения обработки экспериментальных данных используются стандартные двойные логарифмические сетки. После нанесения опытных точек проводится прямая линия, по возможности близкая ко всем точкам (практически реализуется метод наименьших квадратов). Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс определяет постоянную z_pz. Аналогично определяются y_pzи x_pz. Постоянная С_pz рассчитывается из уравнения

(4)

При этом значения P_zснимаются с проведенных на двойных логарифмических сетках прямых (с каждой прямой по одной точке). Значение С_pz принимается как среднее, рассчитанное по трем точкам. Более подробно метод обработки экспериментальных данных описан в [ 1 ].