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

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 6 01 Б 3/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения А. О. Этин и А. Л. Вильсон Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС)(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ НА ПЕРЕДНЕИИ ЗАДНЕИ ПОВЕРХНОСТЯХ ИНСТРУМЕНТАПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ СО СНЯТИЕМСТРУЖКИ 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 получистовом и чистовом 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 цом с фиксированной величиной износа по задней. грани (Ь ) при определенной скорости (Ч) и глубине реза 5ния (с) на универсальном динамометре определяют составляющие силы ре зания Ри Р, при различных толщинах среза а. Толщина среза меняется от 0,1 мм до возможно малой величины. Перед.й уголпри этом меняется от 0 до 40 25Строят график зависимости Р=Й(а) и Р=й (а) при различных передних углах (Ч, =сопэ) .По графику определяют величину нормальных сил на задней поверхности 30 равную величине силы Рпри 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 эаднейф 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 затупления резца требуется повторение всех операций способа измерения. целью изобретения является расширение области применения способа,снижение трудоемкости и: расхода обрабатываемого и инструмейтальиого материала,.Цель достигается тем, что в способе определения сил на передней и задней поверхностях инструмента при обработке металлов со снятием стружки, включающем измерение составляЦих силы резания с помощью универсального динамометра,определяют величину сос 5 тавляющей силы резания, проводя кратко- врем;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 Р =Р + Р = С Ч Р 8" У+А С Чг 3 укр,Ь где Р составляющие силы рез ания (РР Ру )сила на передней поверхности инструмент а;сила на заднейповерхности инструмента;скорость резания; 25 подача;глубина резания; износ по задней грани; 30- постоянная и показатели степени,полученные в результате силовых испытаний. 35Для конктретной пары: обрабатыва емый материал - инструмент определя. ется область допустимых значений режимов обработки. Граница области задаются видом обработки (чистовая, получистовая) величиной термообработки и маркой обрабатываемого материала. Эксперимент ставится по плану, позволяющему получать зависимость Р=Й(Ч,Я,Й,Ьпри минимально возможном числе ойытов. При этом каждый 45 Фактор (Е, Б, , Й ) варьируется на двух уровнях, являющихся верхним и нижним значением области допустимых значений факторов. Нижним уровнем для Ь принимается 0,05 мм по задней 50 грани, верхним - 0,4 мм -максимально допустимый износ при чистовой и полу- чистовой обработке термообработанных сталей и чугунов. Эксперимент ставит ся на любом токарном станкес использованием универсального динамометра конструкции ВНИИ (УДМ, УДМ, УДМ) или любого другого динамо- метра, позволяющего определить составляющие силы резания. В результате обработки эксперимента получают адек-ватную модель видаР,:с ч" У (.Раскладывая четвертый сомножитель в ряд с использованием бинома Нъютона получаем65 В этом случае 0(1 з 0,т.е,6 1 Следовательно ряд достаточно быстро сходится, Поэтому при расчете можно пользоваться формулойоставляя для случая "з0, только первых два слагаемых ряда (ошибка менее 5), Далее окончательно получаем зависимостьПервое слагаемое определяет величину сил на передней, а второй - на задней поверхности инструмента.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 1 код материалов.Измерение сил на передней и задней поверхностях инструмента осуществля- лось на токарном станке 1 К 62 с использованием специального стенда, включающего универсальный динамометр УДМконструкции 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 12 х 12 х 4,76 мм из окисно-карбидной керамики ВОКсо следующей геометрий. Р, ф-ф, ,:0 .-.о, Д о радиус закрепления режущей кромки, р = 0,01 мм Упрочняющей Фаской,ши. риной 1=0,3 мм, создается большой отрицательный передний уголХ=-20Для 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 Р 18, ННС 62-64. Обработка производилась с установкой образца в патроне и с поджатием центром задней бабки, Резание производилось отдельно острыми резцами ( Ь.60,05 мм ) и резцами с предельно допустимым износом по задней грани Ь = 0,4 мм. Непосредственно перед и после каждой серии опытов производилась электрическая и силовая статическая тарировка динамомм Р Р сРе 9 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 0,15 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 0,15 О 05 0,4 51,1 41,4 52,4 51,8 40 0,07 1 70 О 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 0,4 113)2 107,6 111,8 110 р 8 10 3, 5 102, 3. 99,4 0,4 104 ют существенных величйн и зависят не 4 только от величины износа, но и отрежима резания, влияющего на температуру контакта и коэффициент усадки стружки.Первые слагаемые в формулах (1),(2), (3) определяют величины сил напередней поверхности инструмента, авторые слагаемые - на задней поверхности инструмента. Подставляя в формулы (1), (2), (3) значения скорости Ч, подачи Я, глубины резания 1 иизноса по задней грани ( 1), получаем численную величину сил на переднейи задней поверхностях инструмента,Затраты времени при определениисил на передней и задней поверхнос тях инструмента по предлагаемому способу незначительны. Продолжительностьодного замера составляющих силы ре зания Р,Р и Р= 30 с, а всего проведение эксперимента удается сократ тить до45 мин. С учетом аналитиметра. Каждый опыт повторялся по 3-5раз и фиксировался визуально по индикаторном.щитке; а также на пленкеосциллографа. Последовательность опытов была ,рандомизирована по временис использованием таблицы случайныхчисел, Вылет резца при резании составАналогичным образом выглядит матрица эксперимента для составляющих силы резания Ри Р,После обработки результатов экспериментов с использованием методов математической статистики и проверки адекватности моделей эксперимен- тальным данным получаем уравненияР:И 8 У "65.о,в (,), ),лР= 28 О уоо 9,ЯМ о,9 д 1 )НЯОО,, ДР 9МД ) 44 или с учетом быстрой сходимости ряда),аЮ.м Р,:ИВ,У".Р"Ч(1.1,гУЬ ) ИФормулы 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 достйгалял 35 мм, Режимы резания варьировались на двух уровнях. Нижний уровень для режимов 7=45 м/мин; Я=0,07 мм/об; =0,5 мм; верхний уровень для режимов Ч=70 м/мин; Я=0,15 мм/об; 1=1 мм,Матрица эксперимента представлена в таблице.771511 задней поверхностях инструмента расчетным путем по формуле Р, = Р+Р =С " Р о (Ч"З" ИЗэ где Р,формула изобретения.1 ОСпособ определения сил на передней3и задней поверхностях инструментапри обработке металлов со снятием Чстружки, включающий измерение состав- Бляющих силы резания с помощью универсального динамометра, о т л и ч а- Ь3ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения способа,снижения трудоемкости и расхода обра-,батываемого и инструментального мате- Яриала, определяет величину составляМощих 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,ур,2,С,- постоянные и показатели степени,полученные в результате силовых испыт аний,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Розенберг А,М, и Еремин А.М,Элементы теории процесса резания металлов, М Машгиэ, 1956,Составитель В,Иванников Редактор В,Трубченко Техред О, Легеэа Корректор В.БутягаЗаказ 6683/53 Тираж 1019 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная, 4 ческих расчетов и подготовки эксперимента общая продолжительность работы составляет около Зч, при этомудается уменьшить, расход обрабатываемого материала до 0;06 кг.Инструментальный материал практически нерасходуется иэ"за кратковременностииспытаний. составляющие силырезания (Р, Р, Р);сила на переднейповерхности инструмента;сила на задней по"верхности инструмента;скорость резания;подача;глубин а рез ания;износ по заднейграни