Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

в вершине резца плоскостях: передней, главной задней и вспо­ могательной задней. Наибольшим является износ по задней по­ верхности резца, поэтому в качестве критерия износа принимают максимальную либо среднюю ширину изношенной контактной площадки по задней поверхности. Кривую износа инструмента (рис. 4) обычно разбивают на три области: приработки, нор­ мального износа и усиленного износа, который заканчивается «посадкой» инструмента. Как видно, период приработки длится весьма кратковременно (область /) и характеризуется сравни­ тельно большим износом. Период нормального износа (об­ ласть II) наиболее продолжительный, при этом износ плавно возрастает. Период усиленного износа (область III) происходит во времени очень быстро и отличается резко возрастающей ско­ ростью износа. Кривая износа характерна как для резцов из быстрорежущей стали, так и для твердосплавного инструмента. Однако в зависимости от режима резания могут наблюдаться количественно иные стадии износа. На рис. 5 показаны кривые износа по задней поверхности резца с пластинкой из твердого сплава Т15К6 [26] при обработке стали 40. При работе твердо­ сплавным инструментом с малыми скоростями резания участок повышенного износа обычно отсутствует, а «посадка» резца со­ провождается выкрашиванием режущей кромки. Из рассмотрен­ ных зависимостей следует, что существуют периоды работы инструмента с постоянной скоростью его износа. При этом вели­ чина' износа, предшествующая периоду усиленного износа, называется оптимальной и обеспечивает минимальную стоимость инструмента, отнесенную на одну деталь. По достижении опти­ мального износа инструментперетачивают. Время работы инструмента между двумя последовательными переточками опре­ деляет его стойкость Т. Последнюю иногда измеряют также длиной пути резца или длиной прохода резца вдоль детали до момента затупления.

24

Зависимость стойкости резца от скорости резания носит экстремальный характер с одним либо двумя максимумами. На рис. 6 показан характер влияния скорости резания на стойкость твердосплавного резца при точении стали [42]. Зависимость T= f(v) имеет один максимум. В диапазоне рабочих скоростей резания (отрезок АБ) зависимость между скоростью резания и стойкостью выражается известным уравнением политропы

где Cv — постоянный коэффициент; т — показатель степени. Выявлению физической сущности приведенной зависимости

посвящено много работ, анализ части которых приводится в мо­ нографии А. А. Авакова [1]. Все соотношения между Г и о базируются исключительно на эмпирических данных.

При чистовой обработке, когда первостепенным является точность и чистота обработанной поверхности, в качестве кри­ терия может быть принят радиальный износ инструмента, изме­ ренный в направлении, нормальном к обработанной поверхности. С точки зрения повышения точности обработки целесообразней определять радиальный износ резца не в зависимости от времени работы, а в зависимости от пути /, пройденного лезвием в ме­ талле (рис. 7). Кривые построены по экспериментальным дан­ ным А. П. Соколовского при обработке легированной отожжен­ ной стали твердосплавными резцами различных марок со скоростью резания 155 м/мин, подачей 0,018 мм/об и глубине резания 0,015 мм.

Наклон прямых в зоне нормального износа определяет его интенсивность. Характеристикой интенсивности радиального

25

Л0.л = — — — мкм/км,

I /н

где hr — радиальный износ, мкм; hn — начальный радиальный износ, мкм; I — путь резания, м; /н —-начальный путь резания, м.

А. Д. Макаровым были введены новые характеристики износа инструмента: скорость размерного износа и поверхностный отно­ сительный износ [21]. Под скоростью размерного износа пони­ мают скорость укорочения инструмента в радиальном направ­ лении за период нормального из-

Характеристики износа vu и /г0.п позволяют более объективно сопоставить режущие свойства инструмента при работе в раз­ личных условиях. Как показали испытания [21], зависимость поверхностного относительного износа от скорости резания при неизменных подаче и глубине резания носит экстремальный характер. Экстремальностьпроявляется более резко при обра­ ботке закаленных и труднообрабатываемых сталей. На рис. 8 приведены характеристики относительного износа резца с пла­ стинкой из сплава Т15К6 при точении закаленной стали ЭХ12М, с глубиной резания 0,25 мм в зависимости от скорости резания, построенные по экспериментальным данным. Существуют ско­ рости резания, обеспечивающие при данной подаче минимальный размерный относительный износ. Д-р техн. наук А. Д. Макаров предлагает взамен общепринятой характеристики обрабатывае­ мости металлов резанием (скорости резания vT при некотором заданном периоде стойкости Т) пользоваться оптимальной ско­ ростью и0, соответствующей точке минимума па кривой h0.п = —f(v). Последняя представляет зависимость поверхностного относительного износа от. скорости резания, в то время как ско­ рость vT ни с какой критической точкой кривой T = f(v) не связана. Поддерживая оптимальную скорость резания при за­ данной подаче, можно осуществлять автоматическое управление

26

.процессом обработки на оптимальных режимах, соответствую­ щих максимуму размерной стойкости инструмента и точности

обработки.

На основании изложенного можно сделать вывод, что суще­ ствует два различных подхода к выбору оптимального режима резания. В основе первого лежит понятие временной стойкости инструмента, в основе второго — понятие минимума поверхност­ ного относительного износа инструмента.

4. Температура резания

Износ и стойкость режущих инструментов находятся в непо­ средственной зависимости от температуры резания, которая возникает в результате пластической деформации обрабатывае­ мого металла впереди резца и под резцом, а также трения на передней и задней гранях резца в точках контакта со стружкой и поверхностью среза.

Температура режущих поверхностей инструмента впервые была определена в 1914 г. Я. Г. Усачевым методами искусствен­ ной и полуискусственной термопар. В первом случае температура резания измеряется с помощью термопары, вставленной в от­ верстие, просверленное в теле резца и подходящее возможно ближе к режущей кромке. Во втором случае термопара обра­ зуется за счет соединения проволоки, например, константановой, с телом резца, для чего проволока, изолированная от стенок просверленного в резце отверстия, расклепывается на задней грани возможно ближе к режущей кромке. К недостаткам опре­ деления температуры с помощью искусственной и полуискусст­ венной термопар следует отнести возможность измерений лишь в одной, произвольно выбранной точке резца, нетехнологичность изготовления, недолговечность из-за износа резца, занижение показаний температуры, которое тем значительней, чем дальше от источника тепла удалена термопара, невозможность приме­ нения при резании с малыми величинами толщины и ширины среза, наличие транспортного запаздывания.

В 1926 г. Герберт и Готвейн независимо друг от друга приме­ нили при измерении температуры резания метод естественной термопары, т. е. термопары, состоящей из детали и режущего инструмента. Метод измерения температуры резания с помощью ■естественной термопары инструмент—деталь благодаря про­ стоте применения, высокой точности, практической безынерцион­ ное™ и большой чувствительности нашел наибольшее распро­ странение по сравнению с другими методами при исследовании режимов резания. Для измерения температуры резания методом -естественной термопары резец с помощью прокладок изолируется от резцедержателя и осуществляется токоподвод к вращающейся детали и телу резца. Известно несколько конструктивных вариан­ тов выполнения токоподвода к естественной термопаре. Так,

27

Естественная термопара инструмент—деталь дает не абсо­ лютные и не максимальные, а некоторые усредненные значения температуры на гранях резца. Свойство естественной термопары показывать усредненную температуру является чрезвычайно ценным для ее практического применения в технике и промыш­ ленности [45], поскольку возникновение максимальной темпе-

. ратуры в какой-то отдельной точке режущей кромки в ничтожномалый момент времени не характерно для всего процесса в целом. Некоторые исследователи высказывали мнение, что есте­

электрическим током до требуемой температуры и медленно ее обтачивали, обеспечивая сход стружки для того, чтобы темпера­ тура, возникающая при трении стружки и детали о резец, не превосходила температуру нагретой болванки, входящей в со­ став тарируемой термопары резец—деталь.

Проведенные опыты подтвердили, что естественная термо­ пара показывает действительную температуру резания. К этим же выводам приходят многие другие исследователи. А. М. Да­ ниелян указывает, что естественная термопара резец—деталь при одинаковых температурах спаев практически дает одина­ ковые значения электродвижущих сил, не зависящие от механи-

'ческой напряженности места спая. Естественную термопару широко применяют при изучении режимов резания [1, 21, 26]. Зависимость между температурой резания и термо-э. д. с. есте­ ственной термопары аппроксимируется показательной функцией. На рис. 10 приведены градуировочные кривые, построенные для термопар из различных твердых сплавов и стали 40. При изме­ нении температуры в пределах от 300 до 1600° С термо-э. д.с. меняется от 2 до 30 мВ. Следовательно, диапазон измерений устройства, контролирующего температуру режущей кромки в системе автоматической оптимизации режима резания, должен находиться в пределах от 2 до 30 мВ. Я. Г. Усачевым было установлено, что для каждого резца и обрабатываемого мате­

29