Устройство для защиты стержневого инструмента Советский патент 1985 года по МПК B23B47/24 

Изобретение относится к автома-тизадии станков и может быть использовано в станках при выполнении операций обработки глубоких отверстий для защиты стержневого инструмента (сверло, метчик, развертка) от поломки.

Известно устройство для защиты стержневого инструмента, которое контролирует угол раскручивания инструмента по расхождению между синхронно записанными перед обработкой на нерабочей части инстру мента магнитнЬши метками и при превышеиин углом раскручивания предельно допустимого значения управляет величиной подачи. Устройство содерXQiT два электромагнитных датчика в виде считыва ощих. магнитных головок, две синхронно записанные на нерабочей части инструмента кольцевые дорожки махнитных меток, блок обработки . информации, подключенный к датч1шам и содержащий дифференцирующий элемент, выход блока обработки информации подключен к системе управления приводом подачи инструмента lj .

Однако в известном устройстве не фиксируются кратковременные импульсные перегрузки инструмента, например, из-за наличия неравномерHoii твердости материала детали, способной вызвать разрушающее раскручивание инструмента. Кроме того, устройство характеризуется низким быстродействием, так как время достижения углом раскручивания предельного значения при перегрузке инструмента может быть значительным. Это обуславливает недостаточную надеж. ность способа защиты стержневого инструмента и реализующего этот способ устройства.

Цель изобретения повышение надежности защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты стержневого инструмента, содержащем два электромагнитных датчика, установленных у поверхности инструмента, блок обработки информации, содержащий дифс1)еренциру1С1Щий элемент и подключенньш входами к выходам датчиков, а выходом к системе упраления режимами резания, блок обработки информации снабжен преобразователем время-угол, а устройство датчиком скорости, выход которого подключен к входу преобразователя время-угол, блоком умножения, элементом задержки и компаратором,

при этом электромагнитные датчики подключены к входу преобразователя время-угол, выход которого подключен непосредственно и через дифференцирующий элемент к блоку умножения, который выходом соединен . непосредственно и через элемент задержки к компаратору, выходом подсоединенному к системе управления режимами резания.

На фиг. 1 показано семейство кривых 9 (и) распределения угла раскручивания 9 стержневого инструмента по длине Е его рабочей части при различных заглублениях h L

(L - длина рабочей части инструмента) , график изменения угла 0 раскручивания, измеряемого датчиками, установленными по концам рабочей части инструмента, от заглубления

h (движение по кривой abode справаналево) , а также график изменения производной d Q /dh скорости изменения угла раскручивания 9 по длине заглубленной части h инструмента-,

на фиг. 2 - блок-схема устройства применительно к операции глубокого сверления.

Устройство содержит обрабатываемую деталь 1, сверло 2, магнитные

метки 3 и 4 соответственно на нерабочей и рабочей частях сверла 2, электромагнитные датчики 5 и 6, выполненные в виде считывающих магнитных головок, которые подключены

функциональному преобразователю 7 время-угол, к которому подключен также датчик 8 скорости вращения. Выход преобразователя 7 непосредственно и через дифференцирующий

элемент 9 подключен на входы блока 10 умножения, выход которого подключен к входам двухпорогового компаратора 11 непосредственно и через элемент 12 задержки. Выход компаратора 11 подключен к системе управления приводом 13 подачи.

Защита стержневого инструмента заключается в следующем (применительно к операции глубокото сверления) .

При заглублении в деталь 1 спиральное сверло 2 испытывает воздействие крутящего момента Мкр, сое-,

3

тоящего из момента сил сопротивления резанию и момента сил трения стружки и сверла 2 о стенки отверстия МТР .:

Мкр, MC. + Мтр.

При увеличении заглубления h сверла 2 непрерывно увеличивается момент сил трения Мтр., поэтому нагрузка на сверло 2 и процессе обработки возрастает. Угол раскручивания сверла 2 в по мере заглубления h возрастает и составляет, в зависимости от нескольких основных факторов, (10 - 30)10 рад/мм. Максимальный. диапазон измерения угла раскручивания 9 возможен при измерении расхождения меток 3 и 4 в начале и в конце незаглубленной рабочей части сверла 2. При этом обеспечивается высокая чувствительность устройства .защиты. Измеряемый угол в при таком расположении считываемой информации изменяется монотонно в соответствии с кривой а bcJe.

Монотонно изменяется производная d 0 /dh - скорость изменения 0 Аналогичный вид при стабильной подаче сверла 2 имеет зависимость d Q/dt - изменение ,во времени контролируемого угла раскручивания.

Если нагрузка на инструмент превышает допустимую, например при недостаточной осевой жесткости системы СПИД, из-за попадания струлжи между сверлом 2 и деталью 1, из-за неравномерной твердости детали, то возможно разрушающее раскручивание сверла 2. Такому режиму соответствует точка излома на зависимости в (h) и 6 (t). Моменту излома в кривой б (h) точка С -(фиг. 1) соответсвует скачок U производной d б /dh и d 0/dt. Эту особенность, отсутствздащую при работе инструмента без перегрузки, и используют в качестве признака перегрузки инструмента для его защиты. Для отстройки от начального момента обработки, когда производные d 9 /dh, d Q /dt также возрастают скачком, контролируют призведение 6-d9/dt. Тогда при t

О, 0 О, е .ii 0. d t

Импульсные электрические сигналы :с выходов датчиков 5 и 6 при раскручивании сверла 2 не совпадают во

624

времени. Временной сдвиг At преобра- зуется в функциональном преобразователе 7 время-угол в измеряемый угол раскручивания 9 умножением ь t на сигнал от датчика 8 скорости вращения сверла 2, пропорциональный числу оборотов шпинделя 8 и t-n. На входы блока 10 умножения подается сигнал 9 непосредственно с выхода преобразователя 7 и сигнал d S,/dt через дифференцирующий элемент 9. Скачок производной d S /dt (произве.-. дения 8 d & /dt) выявляется в компараторе 11, на входы которого сигнал 6- d Q/dt подается непосредственно и через элемент 12 задержки, сдвигающий в сторону запаздывания на время t (уставки) этот сигнал. Таким образом, в компараторе 11

происходит сравнение двух соседних значений d 9 /dt. При монотонном изменении зависимости de /dt(t) два любых значения, сдвинутые наt , отличаются незначительно. Разность

этих значений не превьпиает порог срабатывания компаратора 11, на выходе компаратора 11 сигнал отсутствует. При скачкообразном изменениисигнала Э d б /dt на выходе компаратора 11 практически мгновенно появляется сигнал, поступающий на систе гу 13 управления приводом подачи, уменьшающий подачу.

Пример. Обрабатьшаемый

материал - сталь 18Х2Н4ВА твердостью ИКС 22-28. Глубина сверления 24 мм , сверло четырехлен.точное d 1,65 мм, материал РбМ5, подача 0,01-0,05 мм/об, 7 15 кг; Mtp,.

1,5 кгм. -Используют магнитные головки из пермаллоя 80НХС. При обработке фиксируются до 5 срабатываний устройства для уменьшения подачи с 0,03 до 0,01 мм/об, исключающих поломку инструмента.

Предлагаемое устройство защиты стержневого инструмента позволяет с высоким быстродействием определять

режим перегрузки инструмента и выдавать сигнал на регулирование подачи. Этим повышается долговечность работы инструмента, резко уменьшается выход из строя сверл, метчиков, разверток, т.е. повышается экономичность обработки металлов.

4

И

2vyy//////////

У/А/////

X

, /;

/j

EvH

Ю

фиг. 2.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТЕРЖНЕВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее два электромагнитных датчика, установленных у поверхности инструмента , блок обработки информации, содержащий дифференцирующий элемент, подключенный входами к выходам датчиков, а выходом к системе управров ю л L ления режимами резания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты, блок обработки информации снабжен преобразователем время-угол, а устройство - датчиком скорости, выход которого подключен к входу преобразователя время-угол, блоком умножения, элементом задержки и компаратором, при этом электромагнитные датчики подключены к входу преобразователя время--угол, выход которого подключен непосредственно и через дифференцирующий элемент к блоку умножения , который выходом соединен непосредственно и через элемент задержки к компаратору, выходом под(Л соединенному к системе управления режимами резания. ел о to