Составляющие силы резания при точении

Срезаемый слой давит на резец с силой резания Р (рис. 67), являю­щейся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, дей­ствующих на его передней и задней поверхностях. В общем случае сила резания не расположена в главной секущей плоскости N – N, а составляет с ней некоторый угол. При изменении обрабатываемого материала, геометрических параметров резца и режима резания сила резания Р изменяет не только свою величину, но и направление относительно детали и резца.

Поэтому при определении расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость резца и отдель­ных деталей и узлов токарного станка силу резания Р раскладывают на три координатные оси z, y, x, получая составляющие Р_z, Р_у и Р_x. Ось z направлена вертикально, оси y и х расположены в горизонтальной плоскости, соответственно перпендикулярно и параллельно оси детали. Составляющие силы резания имеют свои названия. Силу Р_z называют тангенциальной окружной силой, или главной составляющей силы резания; силу Р_у – радиальной силой; силу Р_х –осевой силой, или силой подачи. Реакция окружной силы создает момент сопротивления резанию, называемый крутящим моментом резания (Н·м):

.

Для того, чтобы осуществлялся процесс резания, крутящий момент М _ст, развиваемый станком при определенном числе оборотов шпинделя, должен быть больше крутящего момента резания, т.е.
М _ст ³ М. Эффективная мощность станка N_e (мощность на шпинделе) складывается из мощностей N_ez и N_{ex ,} затрачиваемых на преодоление сил P_z и P_x, т.е. N_e = N_ez + N_ex. Составляющие мощности (кВт)

N_ez = ; N_ex = .

Если предположить, что силы P_z и Р_х будут даже равны друг другу, то при применяемых режимах резания составляющая мощности N_ex всегда во много раз меньше составляющей N_ez. Поэтому
эффективную мощность станка рассчитывают только по окружной силе (кВт):

N_e =

а силу P_z вследствие этого называют главной составляющей силы резания.

Сила P_z, действуя на резец, изгибает его в вертикальной плоскости, а ее реакция также в вертикальном направлении изгибает деталь. Сила Р_y стремится оттолкнуть резец от детали в направлении, перпендикулярном к ее оси, а реакция силы Р_y изгибает деталь в горизонтальной плоскости. Сила P_x противодействует продвижению суппорта станка вдоль оси детали. По ее величине рассчитывают на прочность механизм подачи станка. Сила P_x изгибает резец в горизонтальной плоскости. Таким образом, под действием изгибающих сил P_z и P_x резец испытывает косой изгиб. Реакция силы P_x сдвигает деталь вдоль ее оси.

Силы P_z, Р_y и P_x в общем случае неодинаковы. Величина силы P_z главным образом определяется нормальной силой, действующей на передней поверхности резца. Силы Р_y и P_x (рис. 68) зависят от
величины и направления силы трения. Поэтому соотношение между силами P_z, Р_y и P_x изменяется при изменении материала обрабатываемой детали, геометрических параметров резца и режима резания. Если радиус переходного лезвия резца
r = 0, то увеличение глубины резания до 2 мм уменьшает отношение P_y / P_z и увеличивает отношение P_x / P_y. При t > 2 мм дальнейшее увеличение глубины резания на указанные отношения влияния не оказывает. При любых глубинах резания увеличение подачи уменьшает отношение P_y / P_z и P_x / P_z.

Значительное влияние на изменение соотношения между силами P_z, Р_y и P_x оказывают передний угол и главный угол в плане резца. Уменьшение переднего угла и переход его в область отрицательных значений увеличивает отношения P_y / P_z и P_x / P_z. Главный угол в плане вслед­ствие изменения положения главного лезвия относительно движения подачи влияет на отношение P_x / P_y. Из рис. 68 видно, что

= tg(j ± h _xy),

где угол h _xy является проекцией угла схода стружки на координатную плоскость xy. Из выражения следует, что при увеличении главного угла в плане отношение P_x / P_y будет непрерывно возрастать, достигая максимума при j = 90°. При максимальном значении угла j сила P_x достигает максимального значения, а сила P_y – минимального.

При j = 45°, l = 0°, g = 15° и отношении t / s > 10 можно пользоваться следующим приближенным соотношением:

P_z: Р_y: P_x = 1: (0,4…0,5): (0,25…0,3).

Из соотношения следует, что главная составляющая P_z по вели­чине мало отличается от силы резания:

Р = = (1,1…1,15) P_z.

2.4.3. Зависимость составляющих силы резания
от условий обработки

При увеличении глубины резания и подачи растет площадь сечения срезаемого слоя, что вызывает возрастание всех составляющих силы резания. Однако результаты многочисленных экспериментов, проведенных при точении различных материалов с прямыми срезаемыми слоями в различных условиях, свидетельствуют, что во всех случаях глубина резания на составляющие силы резания влияет сильнее, нежели подача. В формулах

,

определяющих связь между глубиной резания, подачей и состав­ляющими силы резания, это обстоятельство выражается неравенством показателей степени x_P > y_P. В общем случае показатели x_P и y_P не являются постоянными, а зависят от значений глубин резания
и подач, с которыми ведется обработка, т.е. x_P = f ₁(t, S) и y_P = f ₂(t, S).

Как показал Н.Н. Зорев, при точении с прямыми слоями (t / S = = 10) а при точении с обратными слоями (t / S = 0,1)

Вследствие неодинакового влияния t и s на составляющие силы резания величина сил при постоянной площади сечения срезаемого слоя t ´ s, но при различных отношениях t / s будет неодинакова. Поэтому при точении с прямыми срезаемыми слоями, для того чтобы при заданной площади сечения максимально уменьшить величину сил, необходимо уменьшить глубину резания за счет увеличения подачи, т.е. стремиться работать с возможно меньшим отношением t / s. Различная интенсивность влияния глубины резания и подачи на главную составляющую силы резания вызвана их неодинаковым действием на степень деформации срезаемого слоя. Учитывая, что
t = b sin j, а s = a / sin j, имеем:

.

При j = const формула принимает вид

.

Таким образом, ширина срезаемого слоя влияет на силу Р_z более сильно, чем толщина. Как известно, изменение ширины срезаемого слоя не сказывается на изменении степени его деформации (коэффициент усадки стружки остается постоянным). Увеличение же толщины срезаемого слоя снижает величину коэффициента усадки стружки, что уменьшает степень деформации срезаемого слоя. Главная
составляющая силы резания пропорциональна той степени деформации, которую получил срезаемый слой при превращении его
в стружку. При увеличении ширины срезаемого слоя вследствие увеличения площади сечения сила P_z должна увеличиваться во столько раз, во сколько возросла величина b, так как при этом сте­пень деформации срезаемого слоя не изменяется. Поэтому и показатель степени х_Р при ширине срезаемого слоя близок к единице. Увеличение толщины срезаемого слоя также увеличивает его площадь, но при этом степень деформации слоя уменьшается и рост силы Р_z отстает от роста толщины срезаемого слоя. Вследствие этого показатель степени y_P при толщине срезаемого слоя не может быть равным единице, а всегда несколько меньше ее. Поскольку физические и технологические размеры срезаемого слоя связаны друг с другом только через главный угол в плане, то влияние t
и S на силу Р_z остается таким же, как влияние b и а. Все сказанное относится к резанию как с прямыми, так и с обратными слоями. Поэтому
в формуле для опре­деления силы Р_z при точении с обратными слоями показатели сте­пени при t и S меняются местами.

Более сильное влияние на силу Р_z ширины срезаемого слоя, чем толщины, имеет место не только при точении, но справедливо при любых видах работ. Поэтому для уменьшения главной составляющей силы резания при заданной площади сечения срезаемого слоя во всех случаях необходимо стремиться работать с возможно меньшим отношением b / а, увеличивая толщину срезаемого слоя за счет уменьшения его ширины.

Изменение скорости резания влияет на составляющие силы резания так, как оно влияет на изменение коэффициента усадки стружки (рис. 69). При резании материалов, не склонных к наростообразованию, коэффициент усадки монотонно убывает, когда увеличивается скорость резания. Так же ведут себя и составляющие силы резания, уменьшающиеся при увеличении V вначале быстро, а затем более медленно. При резании материалов, склонных к наростообразованию, кривая Р_z = f ₁(V) так же, как и кривая K_l = f ₂'(V), немонотонна, причем обе кривые совпадают по фазам. Начиная от скорости V ₁ до скорости V ₂, при которой высота нароста растет, сила P_z уменьшается, достигая минимума при максимально развитом наросте. При скоростях реза­ния от V ₂ до V ₃, при которых высота нароста уменьшается, сила P_z вновь возрастает. На скоростях резания, которые больше скорости V ₃, соответствующей исчезновению нароста, сила P_z при увеличении скорости резания в дальнейшем непрерывно уменьшается. Все сказанное относится и к изменению сил P_y и P_x. Скорости резания, с которыми работают при точении твердосплавными резцами, выше, чем скорость V ₃. Поэтому участок кривой сила–скорость для
V > V ₃ можно описать формулами

; ; .

Для диапазона скоростей резания 50…350 м/мин показатели степени, в зависимости от рода обрабатываемого материала, переднего угла и подачи, изменяются в следующих пределах: для силы P_z –0,35…0,1; для силы Р_y – 0,5…0,25 и для силы Р_x – 0,5…0,3.

На скоростях резания больше 400 м/мин при резании любых материалов скорость резания практически перестает влиять на составляющие силы резания, и показатель степени z_P ® 0.

2.4.4. Влияние геометрических параметров резца
на составляющие силы резания

 

Влияние главного угла в плане. Главный угол в планеj изменяет отношение b / а и положение главного лезвия относительно движения подачи. И то и другое при изменении угла j вызывает изменение составляющих силы резания.

Увеличение главного угла в плане при постоянных t и s вызывает уменьшение отношения b / а, что должно привести к непрерывному уменьшению силы Р_z. Это хорошо подтверждается экспериментом при свободном точении любых материалов и при несвободном точении чугуна. Как видно из рис. 70, то же самое наблюдается и при несвободном точении стали резцом без переходного лезвия (кривая 2).

При несвободном точении резцом с переходным лезвием, начиная со значения угла j = 60°, сила Р_z не уменьшается, а вновь возрастает. Немонотонность влияния угла j на силу Р_z связана в этом случае с действием двух конкури­рующих явлений: уменьшением отно­шения b / a при увеличении угла j и увеличением отношения длины криво­линейного переходного лезвия к рабочей длине главного лезвия. Из рис. 71 видно, что b _II < b _I, a _II > a _I и b _II/ a _II < b _I/ a _I.

Уменьшение отношения b / a для прямолинейного главного лезвия вследствие уве­личения угла j снижает силу Р_z. Однако вследствие увеличения отношения пр / тп возрастает роль переходного дугового лезвия с радиусом r, на котором условия деформирования
и срезания стружки значительно тяжелее, чем на главном лезвии. Продольные слои стружки, перемещаясь по передней поверхности
в направлениях, перпендикулярных к переходному лезвию, мешают друг другу, уве­личивают степень деформации срезаемого слоя, что,
в конечном счете, приводит к увеличению силы Р_z.

При резании пластичных матери­алов (сталей) для углов
j < 50…60° превалирует эффект от умень­шения отношения b / a, а для углов j > 60° – эффект от ухудшения условий стружкообразования. При резании хрупких материалов (чугунов) отрицательная роль переходного лезвия незначительна, так как стружка ломкая и степень ее деформации невелика. Поэтому сила при увеличении угла j уменьшается засчет уменьшения отно­шения b / a. Силы Р_y и Р_x
являются проекциями горизонтальной равнодей­ствующей Р_xy наоси y и x. Поэтому при увеличена угла j сила Р_y должна уменьшаться,
а сила Р_x возрастать (см. рис. 71). Влияние главного угла в плане
на составляющие силы резания опи­сывается следующими фор­мулами:

– при обработке сталей

Р_z = С ₄/j^0,16 при j = 30…50°;

Р_z = С ₅j^0,22 при j = 50…90°;

Р_y = С ₆/j^1,03 при j = 30…50°;

Р_y = С ₇/j^0,86 при j = 50…90°;

Р_x = С ₈j^0,72 при j = 30…90°;

– при обработке чугунов

Р_z = С ₉/j^0,13; Р_y = С₁₀/ j^0,51;

Р_x = С ₁₁j^1,08 при j = 30…45°;

Р_x = С ₁₂j^0,35 при j = 45…90°.

 

Влияние переднего угла. Уменьшение переднего углаg увеличивает коэффициент усадки стружки и работу стружкообразования. Это приводит к увеличению всех составляющих силы резания. Однако влияние переднего угла резца на силы Р_z, Р_y и Р_x неодинаково. Уменьшение положительного и увеличение отрицательного угла g наиболее сильно сказывается на росте осевой силы. Радиальная и окружная силы возрастают в меньшей степени. Влияние переднего угла на составляющие силы резания математически удобнее описывать, используя угол резания d _Р =90° – g.

Влияние угла резания на силы Р_z, Р_y, Р_x выражают формулой

Р_i = С ₁₃

Показатели степени q_Р для сил Р_z, Р_y, Р_x соответственно равны 0,95…1,05; 2,0…2,5; 2,5…3,5.

Влияние заднего угла. Задняя поверхность инструмента угла
в стружкообразовании не участвует. Поэтому изменение заднего угла не меняет величину нормальной силы и силы трения, действующих на передней поверхности. Следовательно, влияние заднего угла на составляющие силы резания может проявляться только через изменение сил, действующих на задней поверхности. Эксперименты показывают, что если задний угол резца больше 8…10°, то составляющие силы резания от величины заднего угла не зависят. При меньших углах уменьшение заднего угла вызывает незначительное
возраста­ние сил Р_z, Р_y, Р_x. Для диапазона задних углов 2…10° это возрастание при обработке стали описывается формулами Р_z =
= 360 – 2,2a; Р_y = 118 – 2a; Р_x = 96 – 1,2a.

Если при увеличении прочности материала коэффициент усадки стружки уменьшается сравнительно мало, то силы Р_z, Р_y и Р_x возрастают, а если увеличение прочности сопровождается значительным снижением коэффициента усадки, то это приводит к уменьшению сил (табл. 3). Несмотря на то, что предел прочности на растяжение меди намного уступает стали 20Х, сила Р_z при резании обоих материалов одинакова. Это вызвано тем, что коэффициент усадки стружки для стали 20Х примерно во столько раз меньше, чем для меди, во сколько раз больше касательные напряжения на условной плоскости сдвига. Значительное увеличение силы Р_z при резании стали 1Х18Н9Т по сравнению со сталью 20Х связано с тем, что уменьшение коэффициента усадки стружки для стали 1Х18Н9Т отстает от возрастания напря­жений сдвига.

 

Таблица 3

Влияние механических свойств обрабатываемого материала
на величину силы Р_z (g = 20°; а = 0,22 мм; V = 0,2 м/мин)

Обрабатываемый материал	b	t · 10–1 н/мм2	Kl	Рz · 10–1 н
Медь	9°05'		6,2
Сталь 00	11°50'		4,3
Сталь 10	16°30'		3,7
Сталь 20Х	17°40'		3,3
Сталь 1Х18Н9Т	22°45'		2,6

 

Приведенные примеры показывают, что одни прочностные характеристики обрабатываемых материалов различного химического состава не могут служить объективным показателем при оценке сил, возникающих при резании.

Для групп материалов, однородных по своему химическому составу, увеличение напряжений сдвига при увеличении прочности, как правило, значительно опережает уменьшение коэффициента усадки стружки. Поэтому составляющие силы резания растут при увеличении предела прочности при растяжении или твердости по Бринелю.

Это позволило получить приближенные формулы, которые обеспечивают достаточную точность при инженерных расчетах состав­ляющих силы резания. При резании пластичных материалов расчет сил Р_z, Р_y и Р_x ведут по s _b или по НВ; при резании хрупких материалов за основу берется твердость НВ. Формулы имеют вид:

1) при обработке сталей Р_z = ;

2) при обработке чугунов Р_z =

 

Таблица 4

Средние значения показателя степени в формулах
для расчета составляющих силы резания
в зависимости от прочности материала обрабатываемой детали

Материал обрабаты­ваемой детали	Показатели степени nP в формулах
cилы Рz	cилы Рy	cилы Рx
Твердый сплав	Быстро­режущая сталь	Твердый сплав	Быстро­режущая сталь	Твердый сплав	Быстро­режущая сталь
Сталь: s b £ 600 н/мм2 s b ³ 600 н/мм2	0,35 0,35	0,35 0,75	1,35 1,35	2,0 2,0	1,0 1,0	1,5 1,5
Чугун	0,4	0,55	1,0	1,3	0,8	1,1

Средние значения показателя степени n_P при обработке конструк­ционных углеродистых, легированных сталей и чугуна приведены в табл. 4.

Материал режущей части резца на составляющие силы резания влияет сравнительно слабо. Различные инструментальные материалы имеют различный средний коэффициент трения на передней поверхности, что при одинаковой нормальной силе дает различную величину силы трения и коэффициента усадки стружки. Поэтому с уменьшением среднего коэффициента трения на передней поверхности
составляющие силы резания становятся меньше. Средние коэффициенты трения при резании быстрорежущими сталями и твердыми сплавами группы ВК приблизительно одинаковы. Поэтому сила Р_z при резании резцами из быстрорежущих сталей и однокарбидных твердых сплавов также одинакова. С увеличением содер­жания
карбидов титана в твердом сплаве средний коэффициент трения уменьшается, вследствие чего сила Р_z при точении резцами, оснащенными пластинками из двухкарбидных сплавов, на 5…10 % меньше, чем при точении резцами, оснащенными пластинками из однокарбидных сплавов. Наибольшее снижение силы Р_z дает сплав Т3ОК4, а наименьшее снижение – сплав Т5К10.

2.4.5. Влияние степени затупления резца
и смазочно-охлаждающих жидкостей
на составляющие силы резания

По мере изнашивания резца изменяется форма передней и задней поверхностей, а главное лезвие теряет свою остроту. Если на перед­ней поверхности отсутствует хорошо развитый нарост, то затупление инструмента сопровождается ростом составляющих силы резания. При изнашивании резца только по задней поверхности силы Р_z, Р_y и Р_x растут непрерывно (рис. 72), причем особенно сильно увеличиваются горизонтальные составляющие Р_у и Р_х. Если одновременно изнашиваются передняя и задняя поверхности, то при резании сталей в начальный период изнашивания силы Р_z, Р_y и Р_x остаются постоянными или даже несколько уменьшаются.

Это объясняется тем, что рост сил за счет увеличения площадки износа задней поверхности и притупления главного лезвия компенсируется увеличением переднего угла вследствие образования лунки на передней поверхности. При дальнейшем изнашивании резца силы Р_z, Р_y
и Р_x вновь растут. Хорошо развитый нарост, выполняя функции режущего клина, прикрывает контактные поверхности инструмента, и их изна­шивание мало сказывается на росте составляющих силы резания.

Известно, что применение СОЖ, обладающих высокими смазочными свойствами, облегчает условия стружкообразования, умень­шает коэффициент усадки стружки и величину относительного сдвига. Это связано в основном с уменьшением среднего коэффициента трения и силы трения на передней поверхности. Вследствие улучшений условий стружкообразования составляющие силы резания при применении СОЖ уменьшаются. При этом в большей степени снижаются горизонтальные проекции силы резания, в основном зависящие от силы трения. Например, если при применении масляных жидкостей сила Р_z в среднем снижается на 20 %, то снижение силы Р_y происходит на 30 %. Эффективность СОЖ по снижению составляющих силы резания зависит от способности жидкостей снижать средний коэффициент трения и так называемой «грузоподъемности» жидкости – свойства разделять трущиеся поверхности граничным слоем смазки при определенном нормальном давлении. Силу Р_z
в наибольшей степени снижают химически активные жидкости (жидкости, увеличивающие износ инструмента по сравнению с резанием всухую) – четыреххлористый углерод, этиловый спирт, вода. Поверхностно-активные жидкости (олеиновая кислота, активированный керосин) также снижают силу Р_z, но в меньшей степени. Эффект от применения СОЖ уменьшается при увеличении толщины срезаемого слоя (подачи) и скорости резания. При увеличении толщины срезаемого слоя растут нормальные контактные напряжения, что приводит к локальным разрывам слоя СОЖ и возникновению участков сухого трения между передней поверхностью инструмента и стружкой. При толщине срезаемого слоя 0,04 мм активированный керосин по сравнению с резанием всухую снижает силу Р_z на 40 %, а при толщине срезаемого слоя 0,2 мм – всего на 15 %. При увеличении скорости резания пленки СОЖ частично разрушаются из-за высокой температуры резания. Например, при резании стали А12 с подачей 0,04 мм/об. и скоростью резания V = 3,7 м/мин при применении поверхностно-активной СОЖ уменьшение силы Р_z составляет 40 %,
а при скорости резания 93 м/мин – только 6 %.

Эффект уменьшения главной составляющей силы резания при применении различных СОЖ оценивают поправочным силовым коэф­фициентом K _СОЖ, значения которого при резании сталей в зависимости от применяемой СОЖ колеблются в пределах 0,97…0,75.

 

2.4.6. Методы определения сил резания

Существуют прямые и косвенные методы определения силы
резания.

Непосредственное измерение сил резания производится приборами, называемыми динамометрами.

Существует большое количество различных конструкций динамометров. По принципу действия они делятся на гидравлические, механические и электрические. Наиболее современными являются электрические динамометры, так как они малоинерционны, чувствительны и компактны. Благодаря этому электрические динамометры обеспечивают высокую точность измерения и ими можно определять как большие, так и малые значения сил резания. При измерении сил резания используются следующие электрические динамометры: пьезоэлектрические, емкостные, омического сопротивления, индуктивные и магнитные. Например, на рис. 73 изображен электроиндукционный динамометр В.Ф. Парамонова, использующий при измерении трех составляющих силы резания метод магнитной индукции.

 

 

 

Рис. 73. Электроиндукционный динамометр В.Ф. Парамонова: 1 – брус; 2, 3, 4, 5 – корпус прибора с симметричными стойками; D_z – датчик силы

P_z; D_y – датчик силы P_y; D_x – дат­чик силы P_x

Однако наибольшее применение нашли тензометрические динамометры с встроенными тензорезисторами.

Тензорезисторы. Их действие основано на принципе изменения сопротивления металлов и полупроводников под дей­ствием деформаций. Чувствительные элементы тензорезисторов могут быть выполнены в виде петлеобразной решетки из тонкой проволоки (рис. 74, а) или фольги (рис. 74, б), в виде пластинки монокристалла из полупроводникового материала. Чувствительные элементы могут быть также образованы напылением в вакууме полупроводниковой пленки и другими способами. Чувствительный элемент 4 обычно прикрепляют к основе 2 из изоляционного материала (бумага, ла­ковая пленка, ткань и др.) с помощью связующего 3 (клея, цемента),

а б

 

Рис. 74. Тензорезисторы: а – с чувствительным проволочным элементом;

б – с чувствительным фольговым элементом: b – база

 

которое передает дефор­мацию чувствительному элементу. На объекте исследования основу закрепляют также посредством связующего.

Особенность тензорезистора состоит в том, что его чувствитель­ный элемент (решетка), как правило, имеет механическую связь
с объектом исследования по всей длине измерительной базы
(а не только по концам базы). Чувствительность тензорезистора
к деформациям характеризуется отношением изменения его сопротивления под действием деформа­ции к величине относительной деформации. Широкое распростране­ние тензорезисторов как универсального средства измерения де­формаций объясняется возможностью: измерения деформаций при разных размерах базы, начиная
с де­сятых долей миллиметра; дистанционных измерений в большом числе точек; измерений в широком диапазоне температур при самотермокомпенсации или автоматической схемной компенсации; измерений при самых различных внешних условиях (влажность, давление, ионизирующие излучения и др.), неблагоприятных для других измерительных средств; измерения многокомпонентных деформаций на локальных уча­стках объекта исследования. Они также имеют незначительную массу, широкий частотный диа­пазон, включающий статические деформации и низкий порог реагиро­вания, высокую надежность и сравнительно низкую стоимость.

Тензорезисторам свойственны и некоторые недостатки:

– невозможность индивидуальной градуировки;

– возможность только однократного использования (исключение составляют тензорезисторные преобразователи механических величин);

– относительно невысокая чувствительность и относительно низ­кий абсолютный уровень выходных сигналов.

Однако эти недостатки не помешали широкому использованию тензорезисторов как самого массового и универсального средства экспериментальных исследований в машиностроении.

По количеству измерения составляющих рассматриваются одно-, двух- и трехкомпонентные тензорезисторы.

Принцип действия трехкомпонентного тензорезисторного динамометра (рис. 75) для измерения сил резания состоит в следующем. Составляющие силы резания Р_х, Р_у, P_z из­меряются при помощи динамометра, устанавливаемого на суппорте токарного станка. Механическая часть динамометра представляет собой упругую систему, состоящую из державки 5, связанной с корпусом трубчатой формы 4, в котором расположены тензодатчики (схема расположения тензодатчиков представлена на рис. 76). Под действием вер­тикальной составляющей усилия резания Р_z корпус 4 изгибается в вертикальной

 

 

Рис. 75. Динамометр для измерения трех составляющих силы резания:
1 – сменный модуль закрепления пластин; 2 – твердосплавная режущая пластина Т15К6; 3 – прижимная пластина; 4 – модуль расположения тензодат-

чиков; 5 – державка; 6 – разъем PLD-40

плоскости. Этот пропорциональный величине силы P_z прогиб корпуса регистрируется активным тензодатчиком Т_{а Pz} и компенсационными Т_{к Pz}, Т_{к Px} (см. рис. 76). Под действием радиальной составляющей P_у корпус 4 сжимается, как балка, заделанная с двух концов (см. рис. 75), корпус переме­щается параллельно своей оси на расстояние, пропорциональное вели­чине Р_у; это перемещение регистрируется активным Т_{а Py} и компенсационным Т_{к Py} тензодатчиками.

 

 

Рис. 76. Схема расположения тензодатчиков в корпусе динамометра
(Т_а – активный тензодатчик; Т_к – компенсационный тензодатчик)

 

Осевая составляющая Р_х вызывает изгиб корпуса в горизонтальной плоскости. Прогиб корпуса в горизонтальной плоскости, пропорциональный силе Р_х, регистрируется активным тензодатчиком Т_{а Px} и компенсирующим тензодатчиком.

Электрическая схема динамометра (рис. 77) включает три независимых моста для замера сил Р_х, Р_у и Р_z.

 

Рис. 77. Электрическая схема динамометра

 

Каждый из мостов имеет два плеча с индуктивными сопротив­лениями, представляющими собой дроссели, намотанные на
Ш-образные кольцевые сердечники, находящиеся в усилителе ТА-5. Один датчик активный (Т_{а Pz}, Т_{а Pу}, Т_{а Pх}); другой компенсационный (Т_{к Pz}, Т_{к Py}, Т_{к Px}). Компенсационные – вторые, симметричные активным датчикам (плечи моста), – используются для установки равновесного состояния моста, т.е. для установки прибора на нуль при настройке его перед замером.

Разомкнутые стороны магнитопроводов и дросселей-датчиков обращены к трубчатому корпусу в местах упругих перемещений. Изменение деформаций изменяет индуктивное сопротивление дросселя и ведет к разбалансированию моста.

Сопротивления R₄-R₅, R₆-R₇, R₈-R₉ являются вторыми парами плеч мостов.

Сопротивления R₁₀-R₁₁-R₁₂, R₁₃-R₁₄-R₁₅, R₁₆-R₁₇-R₁₈, включаемые последовательно в цепи гальванометров, служат для изме­нения
чувствительности динамометра при переключении диапазонов из­мерения.

Сопротивления R₁-R₂ и R₃ служат для установления оптимальных режимов работы мостов.

Для устранения влияния колебаний напряжения сети на показан­ия динамометра в цепь прибора включается феррорезонансный стабилизатор напряжения, дающий на выходе 16 в.