В качестве электродов естественной термопары используются режущий инструмент (электрод А) и обрабатываемая заготовка (электрод Б). Рабочим (горячим) концом термопары в этом случае является вершина В (контакт инструмента с заготовкой). Такая термопара автоматически измеряет температуру в самой горячей точке.
Схема измерения методом естественной термопары приведена на рисунке 3, где:
электрод А – режущий инструмент;
1 – 2 – удлинитель электрода А, выполненный из того же материала, что и инструмент (например, Р6М5);
электрод Б – обрабатываемая заготовка;
3 – 4 – удлинитель электрода Б, выполнен из того же материала, что и заготовка (например, сталь 40х);
5 – изоляция;
6 – контрольный прибор;
7 – токосъемник.
В точках 2–3 (холодный конец термопары) выполнено соединение термопары с контрольным прибором – милливольтметром 
. Милливольтметр регистрирует величину термо-ЭДС, возникающую вследствие нагрева рабочего конца термопары в процессе резания.
Чтобы знать температуру резания необходимо тарировать рабочую термопару (рис.4). Для этого из инструментального и обрабатываемого материалов изготавливают электроды (
) и (
). Их погружают в ванну с расплавленным металлом. Свободные концы электродов присоединяют к милливольтметру 
. В ту же ванну погружают образцовую термопару с милливольтметром 
, заранее проградуированную. При подогреве ванны фиксируют показания милливольтметров и , по результатам наблюдений строят тарировочный график (рис. 5). Пользуясь графиком, полученным при эксперименте, значения термо-ЭДС естественной термопары, полученные в процессе резания, переводят в эквивалентные значения температуры на лезвии инструмента.
Рис. 3. Схема измерения температуры резания методом естественной термопары.
Рис. 4. Схема тарирования рабочей термопары
Рис. 5. Тарировочный график
Выше отмечено, что температура резания рассчитывается по эмпирической зависимости:
Это уравнение записано как произведение независимых сомножителей (факторов), поэтому эксперимент по определению этих факторов называется факторным.
Для определения показателей степени 
и постоянного коэффициента 
используют следующий порядок. Проводят серии опытов. В каждой серии изменяют только один параметр 
или 
, при этом остальные параметры принимают неизменными. Таким образом, количество серий равно количеству факторов.
Результаты экспериментов заносят в протокол испытаний.
Для того чтобы вычислить показатели степени 
, уравнение (3) переписывают в несколько ином виде:
, где (4)
Количество уравнений равно количеству проведенных опытов:
................
(5)
Прологарифмировав, получают соответствующий набор уравнений:
................
(6)
Из набора уравнений (6) составляют несколько пар (систем уравнений) и решают их.
, 
Таким способом последовательно определяют несколько значений показателя степени 
. Уточненное значение определяют как среднее арифметическое:
(7)
Показатели степени 
и 
определяют аналогичным способом. При этом уравнение (3) принимает вид:
(8)
(9)
Далее порядок вычисления показателей повторяется.
Полученные уточненные значения показателей степени 
заносят в соответствующие строки протокола испытаний.
Кроме показателей степени 
уравнение (3) содержит постоянный коэффициент .Используя уравнение (3), записывают:
(10)
Подставляя в это выражение данные из протокола, для каждой строки протокола вычисляют свое значение этого коэффициента:
................
(11)
Уточненное значение определяют как среднее арифметическое:
(12)
В заключение проверяют работоспособность полученного уравнения. Для этого из любой выбранной строчки протокола подставляются данные в уравнение (3). Сравнивают расчетные значения температуры резания Tс экспериментальными.
Графический метод решения.
На практике используется графический способ определения показателей степени x,yи z. Для этого строят в логарифмической системе координат графики функций:
(13)
Тангенсы углов наклона полученных прямых будут являться искомыми показателями степени (рис.6):
(14)
Рис. 6. Влияние глубины резания 
, подачи 
и скорости резания 
на температуру резания 
.
Протокол испытаний
| № опыта | Углы резца | Материал заготовки | Материал инструмента | Диаметр заготовки (мм) | Частота вращения шпинделя (об/мин) | Скорость резания (м/мин) | Глубина резания (мм) | Подача (мм/об) | Показания милливольтметра | Температура резания (˚C) | Показатели степени | Постоянный коэффициент | |||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| |||
Выводы по работе: в выводах проанализировать и дать оценку влияния каждого из параметров резания на температуру резания T.
Работа выполнена:(дата выполнения)
Работа зачтена:(подпись преподавателя, дата).
Лабораторная работа №4
«Влияние параметров резания на силу при точении»
Предварительные сведения о теории резания
Процесс резания материалов сопровождается действием сил. Знание этих сил необходимо для выполнения расчетов на прочность, жесткость и виброустойчивость элементов конструкций станков и режущих инструментов, определения режимов резания и др. Схема сил, действующих в процессе токарной обработки, приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Схема действия сил
Равнодействующую силу 
принято раскладывать для удобства на 3 составляющие по осям координат:
, где: (1)
– равнодействующая сила резания;
– тангенциальная или главная сила резания;
– осевая сила резания;
– радиальная сила.
Силы резания рассчитывается по эмпирическим зависимостям:
, (2.1)
, (2.2)
, где (2.3)
– постоянные коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал, условия резания;
– параметры резания;
– показатели степени, характеризующие степень влияния параметров .
Составляющие силы резания определяют также экспериментально – с помощью динамометров. Если динамометр измеряет сразу три составляющие, то такой динамометр трехкомпонентный.
Однако на практике расчетом определяют только 
– главную составляющую силы резания. Остальные вычисляют в долях от этой силы. Так, например, при резании острозаточенным инструментом соотношение между этими составляющими:
(3)
Цель работы – экспериментальное исследование влияния параметров резания – скорости резания 
, подачи 
и глубины резания 
– на силу резания 
; изучение конструкции и работы однокомпонентного механического динамометра со стрелочным индикатором для измерения силы резания (); обработка экспериментальных данных с целью определения показателей степени 
и постоянного коэффициента 
.
Для выполнения работы потребуется:
- станок токарно-винторезный (тип 1К62 или 16К20ПФ1);
- заготовка из стали 45 или 40Х, диаметром 80 мм, длиной 600 мм;
- резец токарный проходной со сменной неперетачиваемой пластиной (СНП);
- динамометр однокомпонентный механический со стрелочным индикатором (рис. 2).
Задачи, решаемые в настоящей работе:
- изучить конструкцию и принцип работы динамометра;
- изучить методику и провести тарировку динамометра;
- исследовать экспериментально влияние параметров резания – скорости резания , подачи 
и глубины резания 
– на силу резания ; занести результаты в протокол испытаний.
- определить расчетные значения показателей степени 
и 
и постоянного коэффициента 
.
- построить графики зависимостей силы резания от параметров резания: 
. Выполнить проверку работоспособности полученного уравнения.
Порядок выполнения работы.
Стальная заготовка зажимается в трехкулачковом патроне. Динамометр устанавливается в резцедержателе станка. Необходимо, чтобы вершина резца была точно выставлена относительно оси шпинделя станка. Проводят три серии опытов. В каждой серии последовательно изменяют один из переменных факторов при постоянных значениях остальных (многофакторный эксперимент). В ходе каждого опыта фиксируют показания индикатора, данные заносят в протокол измерений.
