УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСАДКИ СТРУЖКИ Российский патент 2007 года по МПК B23B1/00 B23B25/06 B23Q17/00 

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для определения деформаций срезаемого слоя при резании металлов.

Известно устройство для измерения усадки стружки, состоящее из двух частей: постоянного корпуса и регулируемого корпуса, которые устанавливают и крепят относительно друг друга с помощью винта [А.С. 404609 СССР, М. кл. В23Q 15/00 Устройство для измерения усадки стружки / Плющ Ю.А. - №1746199/25-8, заявл. 08.02.72; опубл. 22.10.73, Бюл. №44]. Оба корпуса снабжены углублениями, в которых размещены стеклянные трубки. Стеклянные трубки наполнены машинным маслом на одном уровне, определяемом по делениям шкалы, нанесенной на корпусы. Стеклянные трубки закреплены винтом и снабжены наконечниками. В наконечники установлены вращающиеся элементы в виде шариков с возможностью вращения и взаимодействия со стружкой и обрабатываемой поверхностью при точении. Шарик, установленный в наконечнике постоянного корпуса, приводят в соприкосновение с поверхностью стружки, а шарик, установленный в наконечнике регулируемого корпуса, приводят в соприкосновение с поверхностью обрабатываемой заготовки. При вращении шариков расходуется находящееся в стеклянных трубках масло. Так как скорость перемещения шарика по поверхности стружки и обрабатываемой поверхности (заготовки) не одинаковы, расход масла в трубках различается. Показания уровня остатка масла в трубках снимают с левой и правой частей шкалы. Коэффициент усадки стружки определяют как отношение числа делений на левой части шкалы к числу на правой части шкалы.

Однако это устройство не позволяет с достаточной точностью и надежностью измерять коэффициент усадки стружки, вследствие того, что корпусы с открытыми трубками, заполненными маслом, при измерениях приходится наклонять, что приводит к возможности разлива масла и затруднениям при работе.

Известен способ определения коэффициента усадки стружки, в котором устанавливают на станке заготовку, глубину резания t и подачу s. Точением срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, превращающегося в стружку, и отделяют отрезок стружки. Измеряют длину отрезка стружки l_стр и взвешивают отрезок стружки на весах [Машевич З.А. Основы учения о резании металлов и режущий инструмент. - Машгиз, 1957, стр.58-61]. Коэффициент усадки стружки рассчитывают по формуле

где l₀ - длина пути, проходимая резцом при резании, мм;

l_стр - длина отрезка стружки;

f_стр - площадь поперечного сечения стружки, мм²;

f - площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм²;

V_стр - объем отрезка стружки, мм;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

g - вес отрезка стружки, г;

γ - удельный вес обрабатываемого материала, г/мм³.

Для определения удельного веса обрабатываемого материала изготавливают образец материала, как правило, в форме цилиндра, взвешивают образец на весах и определяют вес образца. Далее измеряют диаметр, высоту образца и вычисляют его объем по формуле:

где D_об - диаметр образца, мм;

l_об - высота образца, мм.

Удельный вес материала образца рассчитывают по выражению:

где g_об - вес образца, г;

V_об - объем образца, мм³.

Однако этот способ не позволяет с достаточной точностью определять коэффициент усадки стружки вследствие накапливания погрешностей, возникающих при измерении длины, взвешивании отрезка стружки и образца, при измерении размеров образца и при определении удельного веса материала образца.

Известно устройство для измерения коэффициента усадки стружки, состоящее из двух корпусов, соединенных одним концом при помощи винта [Пат. 2254210 Российская Федерация, МПК 7 В23В 1/00, 25/06, В23Q 17/00. Устройство и способ для измерения коэффициента усадки стружки / Некрасов Ю.И., Потерянский С.Л., Некрасов Р.Ю., Проскуряков Н.А., №2003134568/02, заявл. 27.11.2003, опубл 20.06.2005, бюл. №17 (прототип)]. На других концах корпусов установлены вращающиеся элементы. Один из вращающихся элементов имеет возможность взаимодействия со срезаемой стружкой, а другой с обрабатываемой поверхностью в процессе резания. Устройство снабжено компьютерным указательным устройством, содержащим первый и второй валики, которые предназначены для генерации сигналов об угловых перемещениях вращающихся элементов, и контроллером обработки указанных сигналов. При этом вращающиеся элементы выполнены в виде роликов, причем один ролик, взаимодействующий с обрабатываемой поверхностью, соединен гибким валом с первым валиком компьютерного указательного устройства, а другой ролик, взаимодействующий со срезаемой стружкой, соединен другим гибким валом со вторым валиком компьютерного устройства.

Известен способ определения усадки стружки, в котором при точении на станке первый вращающийся элемент взаимодействует с обрабатываемой поверхностью, а второй вращающийся элемент взаимодействует со срезаемой стружкой. При этом используется вышеуказанное устройство, при этом сигналы, генерируемые вращающимися валиками компьютерного указательного устройства и содержащие информацию об угловых перемещениях вращающихся элементов, обрабатывают контроллером и передают в электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), где производят расчет коэффициента усадки стружки по выражению.

Однако при осуществлении данного способа определения коэффициента усадки стружки с использованием вышеуказанного устройства при динамическом взаимодействии вращающихся элементов с перемещающимися поверхностями обрабатываемой заготовки и срезаемой стружки имеют место взаимное проскальзывание соприкасающихся поверхностей, что приводит к искажению результатов измерений и определения коэффициента усадки стружки, к снижению эффективности технологии измерения.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка эффективной технологии и устройства определения коэффициента усадки стружки.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышенной точности измерений за счет осуществления бесконтактного измерения перемещений поверхностей обрабатываемой заготовки и срезаемой стружки.

Указанный технический результат по объекту - "устройство" достигается тем, что устройство для измерения коэффициента усадки стружки содержит два трубчатых корпуса, на которые установлены компьютерные указательные устройства, включающие контроллеры для генерации сигналов, получаемых от датчиков перемещений с последующей обработкой посредством ПЭВМ указанных сигналов. Причем трубчатые корпусы расположены соосно с оптической системой манипуляторов. Компьютерные указательные устройства снабжены оптическими сенсорами - микросхемами, являющимися датчиками перемещений. Кроме того, каждый корпус снабжен оптическим устройством, состоящим из системы линз и предназначенным для проецирования изображения контролируемой перемещающейся поверхности в фокальную плоскость оптического сенсора - микросхемы, являющегося датчиком перемещений компьютерного указательного устройства. Оптическое устройство первого корпуса сфокусировано на перемещающуюся обрабатываемую поверхность заготовки, а оптическое устройство второго корпуса сфокусировано на перемещающуюся поверхность срезаемой стружки. На корпусах установлены предназначенные для подсветки перемещающихся поверхностей источники света, излучение которых соответствует спектрозональной чувствительности оптических датчиков перемещений компьютерных указательных устройств.

Указанный технический результат по объекту - "способу", достигается тем, что в способе измерения коэффициента усадки стружки при точении на станке сигналы о перемещениях обрабатываемой поверхности заготовки и перемещающейся поверхности срезаемой стружки, генерируемые контроллерами компьютерных указательных устройств, передают в ПЭВМ. При этом используется вышеупомянутое устройство. Далее производят подсчет количества сигналов N(Δt), поступивших от каждого компьютерного указательного устройства в течение задаваемого периода времени Δt, а затем производят расчет коэффициента усадки стружки по выражению [Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимодействия связей при резании. - М.: Изд-во МГТУ Н.Э.Баумана, 2001, стр.41]:

где V₁ - скорость резания;

V₂ - скорость перемещения срезаемой стружки;

N₁(Δt) - количество поступивших в ПЭВМ в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства, установленного на корпусе, оптическая система которого сфокусирована на поверхность обрабатываемой заготовки;

N₁(Δt) - количество поступивших в ПЭВМ в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства, установленного на корпусе, оптическая система которого сфокусирована на поверхность срезаемой стружки.

Полученную ПЭВМ информацию отображают на мониторе ПЭВМ.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - "устройство" предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - "способа" определения коэффициента усадки стружки. При этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Преимуществом заявляемых устройства и способа определения коэффициента усадки стружки является использование оптических датчиков перемещений для бесконтактного измерения.

Устройство и способ поясняются чертежом, где представлен общий вид.

Устройство для изменения коэффициента усадки стружки состоит из двух частей: первого трубчатого корпуса 1 и второго трубчатого корпуса 2. На корпусы 1 и 2 установлены соответственно, компьютерные указательные устройства (типа "mouse") 3 и 4, включающие контроллеры 5 и 6 для генерации сигналов, получаемых от датчиков перемещений 7 и 8 с последующей обработкой посредством ПЭВМ 9 указанных сигналов. Трубчатые корпусы 1 и 2 расположены соосно с оптической системой 10 и 11 манипуляторов. Каждый из корпусов 1 и 2 снабжен включающими систему линз 12 и 13 оптическими устройствами 14 и 15, предназначенными для проецирования изображения перемещающейся поверхности в фокальные плоскости 16 и 17 оптических датчиков перемещений 7 и 8 компьютерных указательных устройствах 3 и 4. Причем оптическое устройство 14 первого корпуса 1 сфокусировано на поверхность 18 обрабатываемой заготовки 19, а оптическое устройство 15 второго корпуса 2 сфокусировано на поверхность 20 срезаемой стружки 21. Кроме того, на оптических устройствах 14 и 15 установлены предназначенные для подсветки перемещающихся поверхностей 18 и 20 источники света 22 и 23, излучение 24 и 25 которых соответствует спектрозональной чувствительности оптических датчиков перемещений 7 и 8 компьютерных указательных устройств 3 и 4.

Способ измерения коэффициента усадки стружки с использованием устройства осуществляется следующим образом.

При точении на станке заготовки 19 оптическое устройство 14 корпуса 1 фокусируют на поверхность 18 обрабатываемой заготовки 19, а оптическое устройство 15 второго корпуса 2 фокусируют на поверхность 20 срезаемой стружки 21. Сигналы о перемещениях поверхности 18 обрабатываемой заготовки 19 и поверхности 20 срезаемой стружки 21, генерируемые контроллерами 5 и 6 компьютерных указательных устройств 3 и 4, передаются в ПЭВМ 9, где производится подсчет количества сигналов N(Δt), поступивших от каждого компьютерного указательного устройства в течение заданного периода времени Δt, а затем производится расчет коэффициента усадки стружки по выражению [Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимодействия связей при резании. - М.: Изд-во МГТУ Н.Э.Баумана, 2001, стр.41]:

где V₁ - скорость резания;

V₂ - скорость перемещения срезаемой стружки;

N₁(Δt) - количество поступивших в 9 в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства 3, установленного на первом корпусе 1, оптическая система которого сфокусирована на поверхность 18 обрабатываемой заготовки 19;

N₂(Δt) - количество поступивших в 9 в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства, установленного на втором корпусе 2, оптическая система которого сфокусирована на поверхность 20 срезаемой стружки 21.

Изобретение относится к области металлообработки, определению деформации срезаемого слоя при резании. Устройство содержит первый и второй трубчатые корпусы и компьютерные указательные устройства, включающие контроллеры для генерации сигналов, получаемых от датчиков перемещений. Для повышения эффективности работы оно снабжено источниками света, предназначенными для подсветки перемещающихся поверхностей, манипуляторами и оптическими датчиками перемещений. Каждый трубчатый корпус расположен соосно с оптической системой манипулятора. Оптическое устройство первого корпуса сфокусировано на перемещающуюся обрабатываемую поверхность, а оптическое устройство второго корпуса сфокусировано на перемещающуюся поверхность срезаемой стружки. Способ заключается в том, что при точении на станке сигналы о перемещениях поверхностей обрабатываемой заготовки и срезаемой стружки, генерируемые контроллерами компьютерных указательных устройств, оснащенных компьютерными датчиками перемещений, передают в ПЭВМ. При этом для достижения указанного технического результата используют устройство согласно п.1, производят подсчет количества сигналов, поступивших от каждого компьютерного указательного устройства в течение задаваемого периода времени, а затем производят расчет коэффициента усадки стружки по приведенному выражению. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения коэффициента усадки стружки, содержащее первый и второй трубчатые корпусы и компьютерные указательные устройства, включающие контроллеры для генерации сигналов, получаемых от датчиков перемещений с последующей обработкой посредством персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) указанных сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено источниками света, предназначенными для подсветки перемещающихся поверхностей, манипуляторами и оптическими датчиками перемещений, размещенными в каждом компьютерном указательном устройстве, установленном на указанных корпусах, каждый из которых имеет состоящее из системы линз оптическое устройство, предназначенное для проецирования изображения контролируемой перемещающейся поверхности в фокальную плоскость оптического датчика перемещений компьютерного указательного устройства, причем каждый трубчатый корпус расположен соосно с оптической системой манипулятора, оптическое устройство первого корпуса сфокусировано на перемещающуюся обрабатываемую поверхность, а оптическое устройство второго корпуса сфокусировано на перемещающуюся поверхность срезаемой стружки, при этом источники света установлены на оптических устройствах, а их излучение соответствует спектрозональной чувствительности оптических датчиков перемещений компьютерных указательных устройств.2. Способ измерения коэффициента усадки стружки, в котором при точении на станке сигналы о перемещениях поверхностей обрабатываемой заготовки и срезаемой стружки, генерируемые контроллерами компьютерных указательных устройств, оснащенных компьютерными датчиками перемещений, передают в ПЭВМ, отличающийся тем, что используют устройство согласно п.1, при этом производят подсчет количества сигналов N(Δt), поступивших от каждого компьютерного указательного устройства в течение задаваемого периода времени Δt, а затем производят расчет коэффициента усадки стружки по выражению

где V₁ - скорость резания;

V₂ - скорость перемещения срезаемой стружки;

N₁(Δt) - количество поступивших в ПЭВМ в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства, установленного на корпусе, оптическая система которого сфокусирована на поверхность обрабатываемой заготовки;

N₂(Δt) - количество поступивших в ПЭВМ в течение задаваемого периода времени Δt сигналов с компьютерного указательного устройства, установленного на корпусе, оптическая система которого сфокусирована на поверхность срезаемой стружки.