Планирование эксперимента

При проведении опытов необходимо выбрать независимые переменные и функцию отклика. В данной работе целесообразно выбрать независимыми переменными глубину резания t и подачу S, а в качестве функции отклика – скорость резания V, при которой происходит исчезновение нароста. На границе области исчезновения нароста стружка становится сливной, цвет стружки – синий, а прирезцовая поверхность стружки приобретает зеркальный блеск. Возможный план эксперимента оформляется в табл.

Таблица

№ опыта	t, мм	S, мм/об	n, об/мин	V, м/мин	а, мм	V·a·10^-3 м^2/мин	Примечание
1	1,0	0,17
2	1,5	0,17
3	2,0	0,17
4	2,5	0,17
5	1,5	0,08
6	1,5	0,17
7	1,5	0,26
8	1,5	0,34

Методика проведения опытов

Опыты проводятся на токарно-винторезном станке модели ФТ-11. Обрабатываемый материал – Ст. 45, резец – Т15К6 (φ = 45°, γ = 0°). В каждом опыте ступенчато увеличивается частота вращения шпинделя n. При этом анализируется вид стружки. При получении в опыте сливной стружки синего цвета с зеркальной прирезцовой поверхностью в табл. записывается предельная частота вращения шпинделя.

Обработка результатов эксперимента

Толщина срезаемого слоя определяется по формуле

.

Скорость резания определяется по формуле

,

где D - диаметр заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин.

По результатам эксперимента строится график V(а) в координатах с логарифмическими шкалами (рис. 3).

Рис. 3. График скорость резания – глубина резания

Граница области наростообразования должна апроксимироваться прямой, наклонной под углом 135 °С к оси абсцисс. Уравнение границы области наростообразования может быть использовано в качестве ограничения в задаче линейного программирования при определении оптимальных режимов резания при получистовой обработке.

Анализ полученных результатов и выводы

По результатам опытов необходимо сделать выводы о том, подтвердилась или не подтвердилась гипотеза, сформулированная в начале работы.

Содержание отчета

1. Описание цели работы и формулировка гипотезы, подлежащей экспериментальной проверке.

2. Общие сведения о наросте, условия возникновения и исчезновения, влияния на процесс обработки.

3. Планирование эксперимента.

4. Методика проведения опытов.

5. Обработка результатов эксперимента.

6. Анализ полученных результатов и выводы.

3. Лабораторная работа №3

Силы резания

Цель работы: ознакомление с методами определения сил при резании материалов; экспериментальное исследование влияния режимов резания (скорости, подачи и глубины резания) на главную составляющую силы резания.

Технологические составляющие силы резания

Технологическими составляющими силы резания называют ее проекции на технологические оси x, y, z:

– ось x направлена вдоль подачи S;

– ось y перпендикулярна к обработанной поверхности;

– ось z совпадает с вектором V скорости главного движения.

Ось ν расположена в горизонтальной плоскости и совпадает с направлением схода стружки.

На рис. 1 показаны составляющие силы резания, действующие на резец. Равные им, но противоположно направленные составляющие действуют на заготовку.

В плоскости, проходящей через оси ν и z расположена суммарная равнодействующая сила резания P. Точка О – точка приложения этой силы. Проекцию силы P на оси x, y, z и ν обозначают соответственно P_x, P_y, P_z и P_ν.

а) б)

Рис. 1. Составляющие силы резания: технологические оси (а); схема составляющих силы резания (б)

Сила – есть вектор ν. Вектор определяется модулем силы P и направлением.

Из рис. 1 следует:

; . (1)

; . (2)

Силу P_x называют силой подачи. Она используется при проектировании механизма подачи станка.

Силу P_y называют радиальной силой. Она деформирует заготовку, оказывает большое влияние на точность и виброустойчивость обработки.

Силу P_z, вертикальную составляющую силы резания, часто называют главной составляющей силы резания. Эта сила вместе со скоростью резания определяет мощность резания (эффективная мощность), а вместе с диаметром заготовки – крутящий момент на валу шпинделя станка.

или , , (3)

где P_z – вертикальная составляющая силы, Н; V – скорость резания, м/мин, N_э – мощность резания, кВт; D – диаметр обработки, мм; М_кр – крутящий момент резания, Н·м; n – частота вращения шпинделя (заготовки), об/мин.

При прямых срезах (t > S) имеют место следующие средние соотношения между составляющими силы резания

, . (4)

Подставляя (4) в (2), получим:

или . (5)

Таким образом, сила P_z по модулю практически равна равнодействующей силе P. Поэтому силу P_z называют главной составляющей силы резания.