УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТАРИРОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ Российский патент 2014 года по МПК B23B25/06 

Изобретение относится к вспомогательной измерительной технике, служащей для наблюдения за режущими инструментами, а именно за температурным состоянием режущей части инструмента в процессе резания.

Известно устройство для тарирования естественной термопары деталь-резец, выбранное в качестве прототипа (а.с. СССР №350590, B23B 25/06, опубл. 1972, бюл. №27), которое содержит два одинаковых образца детали, установленных на единую оправку, и два резца с одинаковыми геометрическими параметрами, соответственно обрабатывающих эти образцы. Образцы детали и резцы тщательно изолированы от зажимных и установочных элементов станка. Один резец представляет собой естественную термопару деталь-резец с обрабатываемым образцом. Второй резец выполнен разъемным в плоскости, перпендикулярной оси вращения детали, причем на плоскость разъема нанесена пленка из легкоплавкого металла, по зонам оплавления которого в процессе резания судят о температуре резания. Величина термо-ЭДС естественной термопары регистрируется измерительным прибором, соединенным с обрабатываемым образцом через токосъемник и с обрабатывающим резцом соединительными проводами. Устройство позволяет получить тарировочный график, соотнося значения термо-ЭДС естественной термопары и полей изотерм, полученных на разъемном резце.

Недостатками известного устройства являются невысокая точность и большая трудоемкость тарировки, так как для установления функции распределения температур в режущей части инструмента необходимо многократно повторять опыт для получения каждой точки тарировочного графика, а именно периодически снимать инструмент со станка, разбирать его и фиксировать под микроскопом зону оплавления.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости тарирования естественной термопары.

Технический результат при решении поставленной задачи заключается в использовании высокоточного бесконтактного интерферометра для измерения поля температур в режущей части резца.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве для тарирования естественной термопары, которое содержит образец детали, установленной на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя, при этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС, особенностью является то, что оно снабжено интерферометром, состоящим из полупрозрачного зеркала и оптического клина, жестко связанного с резцом посредством держателя, средством записи значений термо-ЭДС и интерференционных картин, регистрируемых видеокамерой, лазером и коллиматором для расширения пучка когерентного монохроматического излучения, при этом боковая поверхность режущей части инструмента выполнена зеркально-полировальной. Кроме того, на периферии образца детали могут быть выполнены поперечные пазы.

На фиг.1 изображена схема устройства для тарирования естественной термопары деталь-резец; на фиг.2 - схема устройства с образцом детали, выполненной с поперечными пазами.

Устройство для тарирования содержит естественную термопару, состоящую из образца детали 1, установленной на оправке, и резца 2, изолированных от зажимных элементов станка 3 и резцедержателя 4. Образец детали 1 и резец 2 электрически соединены между собой через измерительный прибор 5 и токосъемник 6 с помощью соединительных проводов. Устройство также включает в себя средство записи 7, лазер 8, коллиматор 9 для расширения пучка когерентного монохроматического излучения, видеокамеру 10 и интерферометр, состоящий из полупрозрачного зеркала 11, оптического клина 12 и зеркально-полированной боковой поверхности 13 режущей части резца 2, причем оптический клин 12 жестко связан с резцом 2 посредством специального держателя 14. Образец детали 1 может быть выполнен с поперечными пазами 15, расположенными по его периферии с определенным шагом.

Устройство работает следующим образом. Образец детали 1 точат на радиальной подаче, в результате чего в цепи образец детали 1 - токосъемник 6 - измерительный прибор 5 - резец 2 возникает термо-ЭДС. Одновременно с помощью интерферометра, состоящего из полупрозрачного зеркала 11, оптического клина 12 и зеркально-полированной боковой поверхности 13 резца 2, формируются интерференционные картины, несущие в себе информацию о температурных полях, возникающих в режущей части резца 2, которые могут быть определены по формуле

,

где T₀ - начальная температура режущего клина до резания (T₀=20°C);

T_t - температура в рассматриваемой точке режущего клина;

m_t - разность порядков интерференционных полос в рассматриваемой точке контура режущего клина до резания и после выведения режущей части инструмента из зоны резания в интересующий момент времени;

λ - длина волны монохроматического когерентного излучения;

t - толщина режущего клина до его деформирования при температуре T₀;

α - коэффициент температурного расширения материала инструмента.

Значение термо-ЭДС, регистрируемое измерительным прибором 5, и изображение интерференционных картин, регистрируемое видеокамерой 10, непрерывно передаются на средство записи 7, где они соотносятся и определяется тарировочная зависимость. Так как информацию о полях температур дают интерференционные картины, полученные в момент выведения режущей части резца 2 из зоны резания, то для уменьшения числа опытов используется образец детали 1 с поперечными пазами 15, расположенными по его периферии с определенным шагом.

Таким образом, описанное устройство для тарирования естественной термопары благодаря использованию высокоточного бесконтактного интерферометрического измерения полей температур в режущей части инструмента позволяет снизить трудоемкость и повысить точность тарирования.

Устройство содержит образец детали, установленный на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя. При этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС. Для повышения точности измерения температуры режущей части резца устройство снабжено интерферометром, состоящим из полупрозрачного зеркала и оптического клина, жестко связанного с резцом посредством держателя, средством записи значений термо-ЭДС и интерференционных картин, регистрируемых видеокамерой, лазером и коллиматором для расширения пучка когерентного монохроматического излучения. При этом боковая поверхность режущей части резца выполнена зеркально-полированной. На периферии образца детали могут быть выполнены поперечные пазы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для тарирования естественной термопары, содержащее образец детали, установленный на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя, при этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС, отличающееся тем, что оно снабжено интерферометром, состоящим из полупрозрачного зеркала и оптического клина, жестко связанного с резцом посредством держателя, средством записи значений термо-ЭДС и интерференционных картин, регистрируемых видеокамерой, лазером и коллиматором для расширения пучка когерентного монохроматического излучения, при этом боковая поверхность режущей части резца выполнена зеркально-полированной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на периферии образца детали выполнены поперечные пазы.