Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к обработке материалов резанием, и может быть использована при исследованиях механики процесса резания и трения материалов. Сущность устройства для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов, заключается в том, что устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов содержит корпус, резец, подпружиненную пластину с накладкой, установленную на опорах в корпусе, перемещаемую силами трения, датчик для регистрации этих сил, отличается тем, что к резцу, являющемуся съемным, прикреплена режущая пластина, при этом подпружиненная пластина с направляющими, прикрепленными к ней по верхней и нижней поверхностям, установлена горизонтально между шариковыми и роликовыми опорами, причем переднюю грань резца составляют режущая и подпружиненная пластины установленные с зазором, регулируемым при вертикальном перемещении пальцев по наклонным поверхностям горизонтально-расположенных винтов. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении достоверности и точности измерения сил трения при резании материалов, снижении вибраций подпружиненной пластины, а также расширении функциональных возможностей устройства за счет измерения длин контактов.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к обработке материалов резанием, и может быть использована при исследованиях механики процесса резания и трения материалов.

Известен прибор для измерения нормальных и касательных сил по передней и задней граням резца. Прибор снабжен установочными и измерительными опорами, взаимодействующими с элементами разрезного резца и эксцентриковым механизмом, обеспечивающим поворот оправки для перехода от процесса резания к процессу трения задней поверхности резца по обрабатываемой детали, а датчики сил вмонтированы в измерительные опоры (а. с. №381967, МКИ G01N 3/58, G01l 1/22, опубл. 22.05.1973).

Недостатком этого прибора является то, что на задней грани резца исследуется только трение скольжения, при этом не учитывается процесс схода стружки на передней грани резца и, наоборот, при исследовании процессов трения на передней грани не учитываются процессы трения, протекающие на задней грани резца. Прибор также позволяет измерять нормальные и касательные силы, но не одновременно, а по очереди при изменении положения эксцентрика, что вызывает большую трудоемкость настройки прибора во время проведения эксперимента.

Наиболее близким является прибор для определения сил трения, возникающих в процессе резания, который выполнен в виде резца, передняя грань которого составляет установленную на шариковых опорах подпружиненную пластину, перемещаемую силами трения, снабженную индукционным датчиком (а.с. №88039, МКИ G01N 03/58, B23b 27/00, опубл. 29.12.1959).

Недостатком такого прибора является то, что невозможно определить зависимость сил трения при разных длинах контакта стружки с передней

гранью подпружиненной пластины, так как длина контакта по передней грани резца в приборе постоянна, а, следовательно, измеряемые силы трения будут истинными только на участке контакта стружки с подпружиненной пластиной, а на этом участке они во много раз меньше сил, действующих непосредственно при вершине резца. Также прибор не позволяет регистрировать изменения сил трения автоматически.

Задача полезной модели - создание устройства для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов устанавливаемого на суппорт токарно-винторезного станка, которое отвечало бы следующим критериям: производило точное измерение сил трения и длин контактов на передней грани резца и подпружиненной пластины, в широком диапазоне режимов резания.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении достоверности и точности измерения сил трения при резании материалов, снижении вибраций подпружиненной пластины, а также расширении функциональных возможностей устройства за счет измерения длин контактов.

Поставленный технический результат достигается в устройстве для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов следующим образом: устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов содержит корпус, резец, подпружиненную пластину с накладкой, установленную на опорах в корпусе, перемещаемую силами трения, датчик для регистрации этих сил, отличается тем, что к резцу, являющемуся съемным, прикреплена режущая пластина, при этом подпружиненная пластина с направляющими, прикрепленными к ней по верхней и нижней поверхностям, установлена горизонтально между шариковыми и роликовыми опорами, причем переднюю грань резца составляют режущая и подпружиненная пластины, установленные с зазором, регулируемым при вертикальном перемещении пальцев по наклонным поверхностям горизонтально-расположенных винтов.

Благодаря наличию отличий у заявляемой полезной модели устройства для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов появляется возможность: повысить достоверность и точность измерения сил трения при резании материалов за счет выполнения передней грани резца из режущей и подпружиненной пластин, установленных с зазором, что позволяет при измерении сил трения отсекать радиальные силы, возникающие между резцом и заготовкой при резании материалов. При этом выполнение резца с режущей пластины съемным и расположение их в передней части корпуса вертикально позволяет при резании материалов измерить длину контакта между сходящей стружкой и передней гранью резца, что приводит к расширению функциональных возможностей устройства, а прикрепление режущей пластины к резцу позволяет повысить точность измерения сил трения и длин контактов. Установка подпружиненной пластины с направляющими, прикрепленными к ней по верхней и нижней поверхностям, горизонтально между шариковыми и роликовыми опорами, расположенными в корпусе устройства горизонтально в нижней и верхней его части соответственно, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по опорам и равенство коэффициентов трения на этих опорах, что позволяет снизить вибрации подпружиненной пластины. Применение тензометрического датчика с возможностью автоматической передачи измеренной информации в компьютер позволяет регистрировать силы трения не только цифровым форматом данных, но и графическим путем, с помощью отображения графика силы трения во времени, в течение которого эта сила была измерена. Расположение винтов в нижней части корпуса горизонтально и симметрично относительно его вертикальной плоскости симметрии позволило сконструировать рациональную конструкцию устройства и повысить удобство регулирования резца по высоте, что очень важно при настройке устройства. Расположение пальцев в передней нижней части корпуса вертикально и соприкасающихся по наклонным поверхностям винтов позволяет преобразовать горизонтальное

перемещение винтов в вертикальное перемещение пальцев.

Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображен главный вид - разрез устройства, на фиг.2 - вид слева - разрез устройства, на фиг.3 - общий вид спереди устройства.

Устройство состоит из основания 1, устанавливаемого на суппорт токарно-винторезного станка (на чертеже не показан). К основанию 1 прикрепляется корпус 2. К корпусу 2 в нижней его части горизонтально прикрепляется шариковая опора 3. В шариковую опору 3 устанавливаются на треугольные канавки в два ряда шарики 4. На шарики 4 устанавливается направляющая 5, для перемещения прикрепленной к ней подпружиненной пластины 6 по шариковым опорам, а к подпружиненной пластине 6 прикреплена направляющая 7, предназначенная для перемещения подпружиненной пластины 6 по роликовым опорам, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки по опорам и позволяет снизить вибрации подпружиненной пластины. На подпружиненную пластину 6 для повышения прочности передней грани резца крепится накладка 8. В прямоугольный паз направляющей 7 устанавливаются ролики 9. К корпусу 2 через прокладки 10 прикрепляется крышка верхняя 11 с прикрепленной к внутренней стороне роликовой опорой 12. К крышке верхней 11 прикрепляются: сверху - декоративная крышка 13, сзади - крышка задняя 14 и спереди - крышка передняя 15. Между крышкой передней 15 и направляющей 7 устанавливаются пружины сжатия 16, для обеспечения постоянного зазора между подпружиненной пластиной 6 и резцом 17. К основанию 1 прикрепляется датчик силы 18. В датчик силы 18 устанавливается винт 19 до соприкосновения с подпружиненной пластиной 6 и контрится гайками 20 с двух противоположных сторон относительно оси датчика силы 18. В нижнюю часть корпуса 2 устанавливаются винты 21 горизонтально и симметрично относительно его вертикальной линии симметрии, что позволило повысить удобство регулирования резца 17 по высоте. На наклонные поверхности горизонтально-расположенных винтов 21

вертикально устанавливаются пальцы 22, для обеспечения регулирования зазора между режущей и подпружиненной пластиной. На свободный конец винтов 21 навинчиваются гайки 23, предназначенные для перемещения винтов 21 в горизонтальном направлении. На пальцы 22 устанавливается резец 17 и прикрепляется к корпусу 2, что позволяет при измерении сил трения отсекать радиальные силы, возникающие между резцом 17 и заготовкой (на чертеже не показана) при резании материалов. К резцу 17 прикреплена режущая пластина 24, для повышения точности измерения сил трения при резании материалов. К резцу 17 прикрепляется кожух 25 для предохранения устройства от попадания в него стружки.

Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов работает следующим образом.

Устанавливают устройство на суппорт токарно-винторезного станка. Соединяют датчик силы 18 электрическим кабелем (на чертеже не показан) с компьютером. Устанавливают заготовку в патрон токарно-винторезного станка. Настраивают зазор с помощью винтов 21, пальцев 22 и гаек 23 между резцом 17, имеющим наибольшую длину передней грани режущей пластины 24, и подпружиненной пластиной 6. Производят резание, при этом подбирают такую подачу резца 17 S₁, при которой длина контакта стружки равна длине передней грани режущей пластины 24. Подбор подачи резца 17 S₁ осуществляют пробными проходами. Фиксируют подобранную подачу резца 17 S_1. Меняют резец 17 на такой же резец 17, но имеющий длину передней грани режущей пластины 24 меньше, чем резец 17, описанный выше. Проверяют зазор между резцом 17 и подпружиненной пластиной 6, при необходимости корректируют его с помощью винтов 21, пальцев 22 и гаек 23. Производят резание, при этом подбирают такую подачу резца 17 S ₂, при которой длина контакта стружки равна длине передней грани режущей пластины 24. Подбор подачи резца 17 S ₁ осуществляют пробными проходами. Фиксируют подобранную подачу резца 17 S₂. Не меняя резца 17, производят резание с подачей резца 17 S₁ . При этом стружка, нормально

сходящая к передней грани подпружиненной пластины 6, воздействует на нее с силой трения F в горизонтальном направлении, на длине контакта, равной разнице длин передней наибольшей грани режущей пластины 24 и передней наименьшей грани режущей пластины 24. Сила трения F передается через подпружиненную пластину 6, которая, перемещаясь на направляющей 5 и направляющей 7, воздействует через винт 19 и гайки 20 на датчик силы 18. Датчик силы 18, перемещаясь под действием силы трения F, вырабатывает электрический сигнал. Электрический сигнал с датчика силы 18 автоматически передается в компьютер и регистрируется при помощи специализированного программного обеспечения. Резец 17 при проведении эксперимента остается неподвижным, тем самым отсекая радиальные силы резания, действующие в горизонтальном направлении. Расположение подпружиненной пластины 6 с направляющей 5 и направляющей 7 между шариковыми опорами 3 и роликовыми опорами 12 позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузки по опорам и снизить вибрации подпружиненной пластины 6, что приводит к повышению достоверности и точности измерения сил трения при резании материалов.

Устройство для измерения сил трения и длин контактов при резании материалов, содержащее корпус, резец, подпружиненную пластину с накладкой, установленную на опорах в корпусе, перемещаемую силами трения, датчик для регистрации этих сил, отличающееся тем, что к резцу, являющемуся съемным, прикреплена режущая пластина, при этом подпружиненная пластина с направляющими, прикрепленными к ней по верхней и нижней поверхностям, установлена горизонтально между шариковыми и роликовыми опорами, причем переднюю грань резца составляют режущая и подпружиненная пластины, установленные с зазором, регулируемым при вертикальном перемещении пальцев по наклонным поверхностям горизонтально-расположенных винтов.