Краткие сведения из теории

Для измерения температуры при высоких ее значениях чаще всего используются термоэлектрические термометры или термопары. Они бывают искусственными, полуискусственными и естественными.

Наиболее распространенным способом оценки контактной температуры по всем участкам контакта лезвия является регистрация средне-интегральной температуры при использовании “естественной” термопары “инструмент - заготовка”.

Обрабатываемый и инструментальный материалы в связи с различием в химических составах являются термоэлектрически разнородными. Это значит, что при резании в замкнутой электрической цепи “заготовка - измерительный прибор - резец” будет регистрироваться термо-ЭДС, пропорциональная температуре контактных поверхностей резец - заготовка и резец- стружка.

Принципиальная схема измерения термо-ЭДС термопары резец-заготовка представлены на рис. 1. Она эквивалентна работе схемы с источником ЭДС на два сопротивления и , где - внутреннее сопротивление измерительного прибора, а - вспомогательное сопротивление. Вспомогательное сопротивление введено с целью исключения разрыва цепи измерительного прибора при прекращении резания и отвода резца от заготовки.

Сопротивление источника термо-ЭДС Rис зависит от свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий осуществления процесса резания. Оно изменяется в широких пределах от 0,1 до 0,001 ОМа.

Для исключения влияния изменения источника на измерения термо-ЭДС необходимо, чтобы сопротивление прибора было на 2-3 порядка (10²-10³ раз) больше вспомогательного сопротивления , а на 2-3 порядка больше источника Rис.

 

 

 

Особенности термопары инструмент - заготовка, которые должны быть учтены при измерении, сводятся к следующему.

1. Ввиду высоких удельных давлений на контактных поверхностях лезвий инструмента подвижность горячего спая термопары (скользящий контакт) не вносит погрешностей в измерение термо-ЭДС.

2. Поскольку температуры разных участков контакта не являются одинаковыми, то с помощью термопары инструмент-заготовка регистрируют среднюю термо-ЭДС из всех площадок на передней и задней поверхностях инструмента, находящихся в данный момент в контакте с поверхностями резания и стружкой.

3. Для исключения электрического замыкания термо-ЭДС на корпусе станка (шунтирование измерительной цепи) необходимо изолировать от станка заготовку или инструмент.

4. Измерительная цепь термо-ЭДС содержит ряд соединений, образующих “холодный спай” термопары, причем соединение с движущимся со скоростью главного движения электродом (при точении – с заготовкой) производится через подвижный контакт.

Поскольку измеряемая термо-ЭДС зависит от нагрева как горячего, так и холодного спаев, необходимо принимать меры к термостатированию холодных спаев на уровне комнатной температуры.

5. Поскольку каждому значению термо-ЭДС термопары инструмент-заготовка соответствует определенная температура резания, то для определения температуры резания по термо-ЭДС необходимо иметь калибровочные таблицы или графики, полученные в результате калибровки с использованием той же электрической схемы, которая собрана на станке.

Суть калибровки заключается в определении цены деления измерительного прибора в единицах измеряемой величины (шкалы показывающего прибора или единицы длины в измерительном направлении записывающего прибора).

По одной оси калибровочного графика откладывается величинв , получаемая на шкале измерительного или записывающего прибора, а по другой – температура .

В процессе калибровки концы термоэлектродов, выполненных из материала инструмента и обрабатываемой детали помещают в расплав легкоплавкого металла (например, сплав Вуда). Этот сплав помещен в тигле с возможностью фиксированного изменения температуры и регистрации ее с помощью контрольной термопары. В качестве контрольных (уже тарированных в градусах температуры) термопар применяют пирометрические термопары хромель – копель (ХК) и платина – платинородий (ПП-I).

Обычно полученные в результате измерения температуры резания при точении опытные данные представляются математической моделью вида

(1)

где - постоянные, характеризующие степень влияния элементов режима резания на температуру, - постоянная, характеризующая уровень значений температуры.

Зависимость вида (1) с достаточной степенью точности отражает получаемые результаты, наглядна при оценке степени влияния каждого переменного и просто получается, так как линейна в двойных логарифмических координатах.

Так как взаимное влияние элементов режима резания на температуру можно без существенных погрешностей принять отсутствующим, то при получении зависимости (1) может быть реализован простейший однофакторный эксперимент, т.е. проводится несколько серий опытов, в каждой из которых изменяется только один из элементов режима резания, остальные остаются неизменными. Например, в первой серии изменяется скорость резания , а подача и глубина резания заданные остаются постоянными. Тогда выражение (1) упростится

(2),

где - новая постоянная, отличная от за счет домножения на произведение постоянных .

Прологарифмировав (2) получим

(3)

Обозначим , получим

(4)

Уравнение (4) представляет собой прямую линию в двойных логарифмических координатах. Для упрощения обработки опытных данных используются стандартные логарифмические сетки. После написания опытных точек проводится прямая линия по возможности близкая ко всем точкам, тангенс угла наклона которой к положительному направлению оси абсцисс определит постоянную . При этом из соображения удобства размещения опытных данных в поле двойной логарифмической сетки оси ординат и абсцисс могут быть умножены или поделены независимо друг от друга на число кратное 10 (используются десятичные логарифмы). Это приведет лишь к изменению расположения прямой в поле сетки без изменения ее наклона.

Аналогично определяются значения степеней и , но по результатам других серий опытов. Постоянная рассчитывается по формуле, получаемой из выражения (1)

(5)

в формулу подставляются значения , , , которые уже определены, а значение берется из опыта, полученного при заданных значениях , , . Значение рассчитывают как среднее по результатам не менее трех опытов.