Устройство для контроля температуры резания Советский патент 1988 года по МПК B23B25/06 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для косвенного контроля нагрузки на инструментах, например, в токарных, расточных, фрезерных станках.

Цель изобретения - повышение точности контроля температуры за счет учета коэффициента излучательной способности поверхности заготовки при нагреве.

На чертеже схематически изображено устройство.

Устройство для контроля температуры резания при обработке детали 1 резцом 2, закрепленным в резцедержателе 3, содержит кронштейн 4, на котором с возможностью вращения в горизонтальной плоскости.установлена фокусирующая оптическая головка 5, со- единенная световодом 6 с фотоэлектрическим датчиком 7, К выходу фотоэлектрического датчика 7 подключен блок

8деления, первый функциональньй преобразователь 9. Один из выходов пер- вого функционального преобразователя

9через второй функциональньй преобразователь 10 соединен со вторым входом блока 8 деления. Второй выход первого функционального преобразова- теля 9 подключен к блоку 11 дифференцирования, блоку 12 умножения и далее

.к пороговому элементу 13.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом обработки подводят резцедержатель 3 с резцом 2 и кронштейном 4, на котором укреплена фокусирующая оптическая головка 5, к детали 1. Фокусирующую опти ескую голов- ку 5 наводят на определенную точку зоны резания перед резцом 2 и фиксируют на кронштейне 4. Диапазон длин волн работы оптической головки 5 выбирают таким образом, чтобы миними- зировать поглощение инфракрасного излучения атмосферой, например 0,65, 2,19, 3,9 мкм. Зеркальный объейтив оптической головки 5 позволяет снимать инфракрасное излучение с площади

4 I

ДО 1 ММ .

Нагрев детали 1 во время обработки ведет к изменению коэффициента излучательной способности ее поверхности, который зависит от температу- ры. Энергия инфракрасного излучения, воспринимаемая фокусирунщей головкой 5, определяется вьфажением

Е, C jQr -реэ ) )

5

0

0 р.

g

5

где ,o,r(Tpgj) - зависящий от температуры резания Тре, коэффициент излучательной способности ее поверхности, Ед(Тре - энергия излучения абсолютно черного тела при температуре резания.

Выходное напряжение U д датчика 7 благодаря линейной обратной связи оптрона пропорционально измеряемому фототоку, т.е. тепловому излучению зоны резания.

Неопределенность коэффициента излучательной способности поверхности заготовки, которьм по величине всегда меньше 1, ведет к тому, что фотоэлектрический датчик 7, который градуируется по модели абсолютно черного тела, измеряют температуру резания меньше действительной на несколько десятков градусов.

Сигнал с выхода датчика 7, пропорциональный температуре зо-ны резания, поступает на вход блока деления 8, в котором делится на поступающий на второй вход блока 8 деления выходной сигнал второго функционального преобразователя 10. Выходной сигнал второго функционального преобразователя 10 связан с его входным сигналом зависимостью, соответствующей 6,,o,r(Tpej ) . Эта зависимость определяется предварительно и уточняется экспериментально применительно к радиационным свойствам марок обрабатываемых заготовок, Эту зависимость реализует преобразователь 10.

Выходной сигнал блока 8 деления поступает на вход первого функционального преобразователя 9, где преобразуется в соответствии с градуиро- вочной характеристикой датчика 7 непосредственно в сигнал V(Tpej ), пропорциональный истинной температуре резания с учетом неопределенности коэффициента „г излучательной способности поверхности детали 1. Блоки 8-10 осуществляют итерацион- ньш процесс определения температуры, поскольку сигнал с выхода датчика 7, характеризуклций Трез меньше истинной, так как неизвестно б , поступает на вход блока 8 деления. В блоке 8 этот сигнал делится на сигнал, характеризующий - ориентировочный, а с выхода блока 8 подается

на вход первого функционального преобразователя 9. В соответствии с гра дуирово-чной характеристикой датчика 7 и с выхода первого преобразователя 9 вновь поступает на вход второго преобразователя 10, реа:шзующего зависимость бзаг (Треэ), т.е. сигнал с выхода датчика 7, характеризующий температуру меньше истинной,. итерационно приближается к сигналу, характеризующему истинную температуру резания.

На выходе блока 11 дифференцирования напряжение пропорционально про„ . Э V(Tpe3 )

изводнои X- - - градиенту тема t

пературы. На вход блока 12 умножения поступают сигналы с выхода первого функционального преобразователя V(T 33 ) и с блока 11 av(Tpe5)3t.

Сигнал на выходе блока 12 умножения пропорцион ален произведению

VCTpe, )

Э V(, ) -.

При перегрузках инструмента уровень сигнала

V(T ) .e3.) VUpe, ; э

скачком превышает порог срабатывания порогового элемента 13, который выбирается из

условия отстройки от максимального значения в нормальных режимах резания. После срабатывания элемента 13 . прекращается подача инструмента.

I

.Формула изобретения

Устройство для контроля температу- ры резания, содержащее фокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения на кронштейне, жестко закрепленном в резцедержателе, подкд)юченньй к оптической головке . фотоэлектрический датчик, последовательно соединенные блок дифференцирования, блок умножения и пороговый элемент, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, в устройство между фотоэлектрическим датчиком и .блоком дифференцирования введены соединенные последовательно блок деления и первый функциональный преобразователь и второй функциональ- ньй преобразователь, вход которого связан с выходом первого функционального преобразователя, а выход - с вторым входом блока деления, при этом второй вход блока умножения связан с выходом первого функционального преобразователя. .