Способ определения сил на передней и задней поверхностях инструмента при обработке металлов со снятием стружки

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>771511 (61) Дополнительное к авт. саид-ву—

{51)М. Кл.з (22) Заявлено 25.1278 (21) 2702001/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 N 3/58

Государственный комитет

СССР

»о делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.1080. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 15.10.80 (53) УДК 621.941.1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А ° О.Этин и А.Л.Вильсон

Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ HA ПЕРЕДНЕИ

И ЗАДНЕИ ПОВЕРХНОСТЯХ ИНСТРУМЕНТА

ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ СО СНЯТИЕМ

СТРУЖКИ

Изобретение относится к области, станкостроения, а более конкретно к обработке металлов резанием, и может быть использовано для определения величины сил на передней и задней 5 поверхностях инструмента при различных режимах обработки и величине износа по задней грани резца при получисто вом и чистов ом точении термообработанных сталей и чугунов.

Известен способ определения сил на передних и задних поверхнос тях инструмента методом экстраполя-ции зависимостей на нулевые значения толщины среза (1), по которому рез- 15 цом с фиксированной величиной износа по задней. грани (h ) при определенной скорости (V) и глубине реза3 ния (t) на универсальном динамометре определяют составляющие силы ре- 20 зания Р„и P., при различных толщинах среза а. Толщина среза меняется от

0,1 мм до возможно малой величины.

Перед . и угол при этом меняется от

0 до 40 25

Строят график зависимости P =f (а) и P„=é (а) при различных передних углах (V, t=const) .

По графику определяют величину нормальных сил на задней поверхности,3О равную величине силы Р„при нулевой толщине среза и величину касательных сил, равную силе Р при нулевой толщине среза.

Силы на передней поверхности определяются вычитанием из величины силы, определяемой динамометром,силы, действующей на задней поверхности инструмента.

Недостатками этого способа является то, что достоверные результаты могут быть получены только при свободном резании с малыми скоростями и толщинами среза, большая трудоемкость, а также повышенный расход об.рабатываемого и инструментального материала, так как этим способом определяются силы на передней и задней поверхностях инструмента только для использованного в эксперименте резца с фиксированной величиной износа. При любой иной величине затуплени я резца требуется повторение всех операций способа измерения. целью изобретения является расширение области применения способа, снижение трудоемкости и: расхода обрабатываемоГо и инстРументальноГО мате риала.

771511 составляющие силы рез ания (Р, Р„, Р, ); сила на передней поверхности инструмент а; сила на задней поверхности инструмента; скорость резания; подачау глубина резания; износ по задней грани; где Р„

V .

S е.

h) 30

X! pYpiZ! ICi (45.Цель достигается тем, что в способе определения сил на передней и задней поверхностях инструмента при обработке металлов со снятием стружки, включающем измерение составлящих си.лы резания с помощью универсального динамометра,определяют величину сос5 тавляющей силы резания, проводя кратковрем{нные испытания при резании сначала острым,а затем затупленным инструментом с фиксированной геометрией режущего клина при различных режимах резания, и по полученным данным определяют силы на передней и задней поверхностях инструмента расчетным путем по формуле — постоянная и показатели степени,полученные в результате силовых испытаний. 35

Для конктретной пары: обрабатыва емый материал — инструмент определяется область допустимых значений режимов обработки. Граница области задаются видом обработки (чистовая, получистовая) величиной термообработки и маркой обрабатываемого материала. Эксперимент ставится по плану, поз воляющему получать зависимость

P=f (V,S, f,h> $ при минимально возможном числе ойытов. При этом каждый фактор (f, S, . t, h> ) варьируется на двух уровнях, являющихся верхним и нижним значением области допустимых значений факторов. Нижним уровнем для h принимается 0,05 мм по задней 50 грани, верхним — 0,4 мм -максимально допустимый износ при чистовой и получистовой обработке термообработанных сталей и чугунов. Эксперимент ставит ся на любом токарном станке с исполь- 55 зованием универсального динамометра конструкции ВНИИ (УДМ-100, УДМ-600, УДМ-1200) или любого другого динамометра, позволяющего определить составляющие силы резания. В результате обработки эксперимента получают адек- ® ватную модель вида

Р. =c v" S" t" (t.4,)"

Раскладывая четвертый сомножитель в ряд с использованием бинома Нъютон а полу чаем .

° 65

{r S,) = h i" .É.q . (rÀ:ß{ -Д 2

2. з З! л,+...

В этом случае P < h»< 0, { ò. е, h «3

Следовательно ряд достаточно быстро сходится. Поэтому при расчете можно пользоваться формулой

Р„=СЧ" S . .t".«. ),> з> оставляя для случая " < 0.ч только первых два слагаемых ряда (ошибка менее 5Ъ), Далее окончательно получаем зависимость

Первое слагаемое определяет величину сил на передней, а второй — на з адней пов ерхности инструмен та.

Данный способ позволяет получить величину сил на передней и задней поверхностях инструмента, не меняя его геометрии при любых режимах обработки и любой величине износа по задней грани при точении термообработанных сталей и чугунов. Последнее не только делает способ более универсальным, предполагая применимость его в реальных условиях металлов, но и сокращает трудоемкость экспериментов и рас{ход материалов.

Измерение сил на передней и задней поверхностях инструмента осуществлялось на токарном станке 1К62 с использованием специального стенда, включающего универсальный динамометр

УДМ-600 конструкции ВНИИ.

Замеры составляющих силы резания проводились по плану матрицы полного факторного эксперимента типа 2 . В качестве режущего инструмента использовались проходные резцы с неперечитываемыми пластинками с размерами

12х12х4,76 мм из окисно-карбидной керамики ВОК-60 со следующей геометрией. р ={ Ф = 5 А=0 ="{ Х={{ радиус закрепления режущей кромки,р = 0,0 мм Упрочняющей фаской,шириной f=0,3 мм,создается большой отрицательныйй передний угол = - 2 О

Для измерения износа по задней грани пластины использовался оригинальный прибор с увеличением в 50 раз, непосредственно крепящийся на магнитной стойке, а для контрольных измерений — инструментальный микроскоп. Все измерения прибором осуществлялись без съема резца со станка.Для эксперимента брались заготовки стали

Р18, HRC 62-64. Обработка производилась с установкой образца в патроне и с поджатием центром задней бабки.

Резание производилось отдельно острыми резцами (4- 0,05 м ) и резцами с предельно допустимым износом по задней грани h> = 0,4 мм. Непосредственно перед и после каждой серии опытов производилась электрическая и силовая статическая тарировка динамо7 11511

V, S, t, м/мин мм/об

2 epee

40 0,07 0,5

20,4 20,4 22, 1 21

0,05

70 0,07 0,5 0,05 18,7 20,4 20,4 19,8

40 О, 15 0,5 0,05 34

32,3 33,4

70 0,15 0,5 0,05 34

30,6 30,6 31,7

37,4 37,4 36,8

35,7

40 0,07 1

70 0,07 1

40 0,15 1

0,05

0,05

35,7 35,7 35,7 35,7

0,05 56,1 57,8 54,4 56,1

0,05 56,1 56,1 54,4 55,5

70 0,15 1

0,4

40 0,07 0,05

31,7 35,2 38,6 35,2

70 0,07 0,05 0,4 31,7 32,4 33,1 32,4

40 0,15 0,05 0,4 58,0 38,6 69

63,5

70 О, 15 0,05 0,4 51, 1 41,4 52,4 51,8

40 0,07 1

70 0,07 1

40 О, 15 1

70 0,15 1

0,4 66,2 66,9 69, б 66,9

69,6 66,9

0,4 66,2 69

О, 4 113,2 107,6 111,8 110,8

10 3, 5 102, 3.

99,4

0,4 104 ют существенных величйн и зависят не

4 только от величины износа, но и от режима резания, влияющего на температуру контакта и коэффициент усадки стружки.

Первые слагаемые в формулах (1), (2), (3) определяют величины сил на передней поверхности инструмента, а вторые слагаемые — на задней поверхности инструмента. Подставляя в формулы (1), (2), (3) значения скорости V подачи S, глубины резания t u износа по задней грани (h>), получаем численную величину сил на передней и задней поверхностях инструмента, Затраты времени при определении сил на передней и задней поверхнос60 тях инструмента по предлагаемому способу незначительны. Продолжительность одного замера составляющих силы ре зания Р,P> и Р„= 30 с, а всего проведение эксперимента удается сократ тить до 45 мин. С учетом аналитиметра. Каждый опыт повторялся по 3-5 раз и фиксировался визуально по индикаторном..щитке, а также на пленке осциллографа. Последовательность опытов была,рандомизирована по времени с использованием таблицы случайных чисел. Вылет резца при резании составАналогичным образом выглядит матрица эксперимента для составляющих силы резания Р„и Р .

После обработки результатов экспериментов с использованием методов математической статистики и проверки адекватности моделей э ксперимен- тальным данным получаем уравнения

Р 2.Щ.y " 5о, g ea () )< р = 28О у-о" S çü <,9(6 )(,и р 2.00 ° у.4), 3 у19 с,ъу((3) ь или с учетом быстрой сходимости ряда

"зь "м,Р=ДЩУ- ь 5(îа(1 876)(п

Формулы показывают, что при обработке термообработанных сталей и чугунов с толщинами среза, существенно меньшими,чем величина износа по задней грани резца, силы, действующие на задней поверхности резца достйга лял 35 мм. Режимы резания варьировались на двух уровнях. Нижний уровень для режимов V=45 м/мин; S=0,07 мм/об1

t=0,5 мм; верхний уровень для режимов V=70 м/мин; S=0,15 мм/об; t=l мм, Матрица э к спер имен т а пред ст авлен а в таблице.

771511 задней поверхностях инструмента расчетным путем по формуле где Р;

Формул а и з об рет ен и я

1Q

Способ определения сил на передней

3 и задней поверхностях инструмента при обработке металлов ео снятием V стружки, включающий измерение состав- S ляющих силы резания с помощью уни- 15 версального динамометра, о т л и ч a- h

3 ю шийся тем, что, с целью расширения области применения способа, снижения трудоемкости и расхода обра-; батываемого и инструментального мате- Я риала, определяет величину составля{1ощих силы резания с помощью кратковременных испытаний при резании сначала острым, а затем затупленным ин— струментом с фиксированной геометрией режущего клина при различных режимах резания, и по полученным данным определяют силы на передней и

Х,,Y»Zp

1, Розенберг A.М, и Еремин A.М.

Элементы теории процесса резания металлов. М,, Машгиэ, 1956, Составитель В,Иванников

Редактор В.Трубченко Техред О. Легеэа КорректоР В.Бутяга

Заказ 6683/53 Тираж 10 19 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 -ческих расчетов и подготовки эксперимента общая продолжительность работы составляет около Зч, при этом удается уменьшить, расход обрабатываемого материала до 0;06 кг.Инструментальный материал практически не расходуется иэ-за кратковременности испытаний. составляющие силы резания (Р, Р„,Р„); сила на передней поверхности инструмента; сила на задней поверхности инструмента; скорость резания; подача; глубин а рез ания; износ по задней грани