Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Pomiar obwodowej siły skrawania Pz

 I. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z rozkładem sił na nożu tokarskim oraz budową i 

charakterystyką siłomierzy.

II. Wyposażenie: tokarka produkcyjna lub uniwersalna, siłomierz typu wycechowany z 

dobranym odpowiednio nożem ze stali szybkotnącej, wałek stalowy St 5, oskórowany i 

nakiełkowany, o średnicy ok. 50 mm i długości 400 mm, suwmiarka uniwersalna MAUb, 

instrukcja obsługi siłomierza, PN - 64/M - 01020.

 

III. Wiadomości uzupełniające.

Podczas toczenia przy posuwie wzdłużnym na nóż działa wypadkowa sił skrawani P. Siłę 

rozkłada się na trzy siły składowe Px, Py, Pz w prostokątnym przestrzennym układzie 

współrzędnych x,y,z:

rys. 1.0 Rozkład sił na ostrzu noża.

 

Px - posuwowa siła skrawania, działająca w kierunku ruchu posuwowego,

Py - obwodowa siła skrawania, działająca w kierunku ruchu głównego (w kierunku zgodnym 

z wektorem szybkości skrawania),

Pz - odporowa siła skrawania, działająca w kierunku prostopadłym do sił Px i Pz.

Siła Pz ma największą wartość, decyduje więc o zapotrzebowaniu mocy przy określonej 

szybkości skrawania.

 

Do pomiaru sił skrawania służą siłomierze. Są to specjalne imaki nożowe wyposażone w 

urządzenia pomiarowe, które reaguje na sprężyste ugięcia noża lub oprawki nożowej pod 

wpływem przyłożonej siły i wskazuje wielkość tego ugięcia. Często stosowane są siłomierze 

mechaniczne (rys. 1.1), w których sprężyste odkształcenia mierzone są czujnikiem 

zegarowym.

 

 

 

 

rys. 1.1 Dynamometr (siłomierz) mechaniczny 

do pomiaru sił skrawania. ( 1 - korpus, 2 - 

imak nożowy, 3 - poprzeczka sprężysta, 4 - dźwignia, 5 - czujnik )

 

Siłomierze hydrauliczne drobne przesunięcia imaka przetwarzają na zmianę ciśnienia w 

układach hydraulicznych. Siłomierz hydrauliczny służy do pomiaru trzech składowych Px, Py

Pz . Siłomierz elektryczny Biernawskiego WB6 (rys. 1.2) działa na zasadzie 

elektromagnesów, między którymi znajduje się ruchoma kotwica 2, osadzona na mosiężnym 

sworzniu 3.

rys. 1.2 Siłomierz indukcyjny Biernawskiego.

 

Dolny koniec sworznia opiera się na górnej płaszczyźnie trzonka noża 1, który mocujemy 

sztywno w imaku nożowym siłomierza. Sprężyna 4 zapewnia stałość docisku końcówki 

sworznia do trzonka noża. W położeniu środkowym szczeliny między kotwicą a 

elektromagnesami z obydwu stron wynoszą 0,1 - 0,2 mm. Elektromagnesy zasilane są z 

transformatora 5 prądem zmiennym o napięciu 8 - 12 V. W celu wyeliminowania wahań 

napięcia wtórnego prąd zasilający uzwojenie pierwotne transformatora jest stabilizowany w 

stabilizatorze. Między środek uzwojenia wtórnego transformatora a cewki elektromagnesów 

włączony jest miliwoltomierz 7. Gdy kotwiczka 2 znajduje się w położeniu środkowym, tj. 

gdy wymiary obu szczelin powietrznych są równe, spadki napięć w uzwojeniach 

elektromagnesów są taki same i miliwoltomierz nie wykazuje żadnej różnicy napięć. Gdy pod 

wpływem ugięcia noża przesunie się ku dołowi, wówczas szczelina górna zwiększy się, a 

dolna zmaleje. Spowoduje to wzrost oporu indukcyjnego dławika górnego i spadek oporu 

dławika dolnego. Między punktami podłączenia miliwoltomierza powstanie różnica 

potencjałów proporcjonalna do ugięcia noża, a więc do siły działającej na nóż. Śrubą 6 

nastawiamy wskazówkę miernika na zero.

Cechowanie siłomierza wykonujemy odciążając go siłami statycznymi o znanych nam 

wartościach i dokonując odczytów na miliwoltomierzu. Ponieważ ugięcie noża zależne jest od 

długości jego wysunięcia i od przekroju jego trzonka, po wyskalowaniu siłomierza nie wolno 

już zmieniać noża.

Dla uzyskania poprawnych wyników pomiaru siłomierze powinny wykazywać następujące 

własności:

- małe odkształcenia sprężyste oprawki nożowej lub noża ( dla zachowania stałości kątów 

roboczych narzędzia w czasie pomiaru),

- duże przełożenie wskazań (małym odkształceniom oprawki nożowej lub noża winny 

odpowiadać duże wychylenia wskazówki miernika),

- wysoka czułość urządzenia, zapewniająca równomierne podążanie wskazań miernika za 

zmianami siły w czasie,

- duża powtarzalność wyników, charakteryzująca się małym rozrzutem wskazań,

- pewność pomiaru (niezmienność krzywej cechowania w czasie wykonywania pomiarów),

- małe wymiary,

- odporność na wstrząsy oraz zmianę temperatury i wilgotności powietrza,

- wystarczający zakres pomiarowy,

- łatwa cechowalność i obsługa.

 

IV. Przebieg ćwiczenia.

 

- Sprawdzić stan techniczny urządzeń ( o zauważonych usterkach zawiadomić nauczyciela). 

Zdjąć z suportu tokarki imak nożowy, na jego miejsce zamocować siłomierz z zamocowanym 

nożem.

- W kłach tokarki zamocować przygotowany wałek.

- Dokonać pomiaru co najmniej czterech wartości siły Pz - przy stałej szybkości skrawania g

poczynając od największej głębokości.

- Dokonać pomiaru co najmniej 4 wartości siły Pz , nie zmieniając szybkości skrawania i 

głębokości skrawani, a zmieniając wartość posuwów.

- Na podstawie pomiarów ustalić (wykreślnie) wartość stałego współczynnika Cz oraz 

wykładników potęgowych ez i uz we wzorze doświadczalnym:

Pz = Cz * gez * puz

Współczynnik Cz jest iloczynem kilku współczynników charakteryzujących wpływ na wartość 

sił skrawani rodzaju i własności materiału obrabianego oraz geometrii noża.

Cz = C1 * Kmz * Kcz * Kgz * Khz * Krz

Wartość tych współczynników można dla danych warunków znaleźć w tablicach 5 - 1 do 5 - 

5 podręcznika W. Brodowicza "Skrawanie i narzędzia".

Logarytmując wzór:

Pz = Cz * gez * puz

otrzymamy:

lgPz = lgCz * ezlg g + uzlg p

Najpierw dla stałego p wykonuje się wykres lgPz = f (lg g) rys. 1.3.a. Wykresem tej funkcji 

jest linia prosta nachylona do osi pod kątem a. Tangens tego kata jest wartością wykładnika 

uz, a przesunięcie a wykresu w stosunku do początku układu współrzędnych jest sumą 

logarytmów wartości stałych

 

uz = tga

a = lg Cz + ezlg g

Podobny wykres otrzymamy z funkcji lg Pz = f (lg p) - rys. 1.3.b. Analogicznie wartości 

wyniosą

ez = tg b

b = lg Cz + uzlg p

Wartość współczynnika Cz oblicza się wg wzoru

lg Cz = 0,5(a + b - tg b lg g - tga lg p)

gdzie g i p są przyjętymi stałymi wartościami. 

a)                                                                  b)

  

rys. 1.3 Wykresy do wyznaczania Cz , uz .

- Na podstawie składowej obwodowej siły skrawania możemy obliczyć składową posuwową 

Px , i składową odporową Py

Przy toczeniu stali: Px = (0,2 - 0,4)Pz

Py = (0,4 - 0,6)Pz

Przy toczeniu żeliwa: Px = (0,1 - 0,4)Pz

Py = (0,03 - 0,6)Pz

- Rozbroić tokarkę, oczyścić urządzenia. Na suport tokarki nałożyć uniwersalny imak 

nożowy. Uporządkować stanowisko ćwiczenia.

 

 

V. Uwagi do sprawozdania.

 

- Zestawić wyniki w tabelach ćwiczenia.

- Wykonać wykresy we współrzędnych logarytmicznych zależności siły Pz: jeden wykres lg Pz 

= f(lg g) przy p = const, drugi wykres lg Pz = f(lg p) przy g = const.

- Podać wykreślny sposób wyznaczania współczynnika Cz i wykładników ez i uz.

- Podać wnioski i własne spostrzeżenia.