Устройство вибродиагностики режущего инструмента Советский патент 1992 года по МПК G01N3/58 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в областях, связанных с вибродиагнрстикой режущего инструмента.

Известно устройство для определения спектральных характеристик сборного инструмента с помощью тензодатчиков, наклеенных на стык режущей пластины и корпуса.

Недостатком устройства является невозможность определения абсолютной податливости инструмента, высокая трудоемкость, связанная с подготовкой и наклейкой датчиков, невысокая точность измерения, связанная с высокочастотными наводками.

Известно устройство неразрушающего контроля качества сборного инструмента, позврляющее измерять амплитуду,колебаний режущей пластины в зависимости от частоты и заданного закона динамического нагружения инструмента,

В известном устройстве измерение вибраций производится с помощью пьезоэлектрического акселерометра, закрепленного на режущей пластине.

Недостатками известного устройства являются невысокая точность и ограниченный частотный диапазон измерения связанные с погрешностью установки датчика, влиянием клеевого соединения, большой боковой чувствительностью (30%) и изменением массы режущей пластины.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений.

Устройство вибродиагностики режущего инструмента снабжено равным по емкости пьезовибратора пьезоэлементом, один выход которого подключен к выходу генератора, второй вывод - к первому выводу пьезовибратора, второй вывод которого подкюмен к второму выходу генератора, а измерительный блок подключен к общей точке соединения пьезоэлемента и пьезовибратора.

Спектр колебаний определяется по изменению электрической емкости пьезоэлектрического вибратора при изменении динамических характеристик инструмента (механического импеданса) на разных частотах, что приводит к нарушению баланса пол остовой схемы и изменению напряжения на средней точке схемы. Это позволяет отказаться от применения специальных измерительных устройств, имеющих определенную точность измерения и ограниченный частотный диапазон измерения, что в конечном итоге позволяет достичь более высокой точности измерения и значительно расширить частотный диапазон определения спектральных характеристик.

Кроме того, взаимосвязь импеданса механической системы сборного инструмента и электрической емкости нагруженного пьезоэлектрического вибратора осуществляется за счет изменения величины деформации пьезоэлектрического вибратора от изменения импеданса измеряемой механической системы. Изменение деформации пьезоэлементов вибратора приводит к изменению их электрическо)й емкости на резонансах испытуемой механической системы. Это вызывает нарушение баланса а полумостовой схеме и появляющийся разностный сигнал (напряжение) на ее средней точке пропорционально величине импеданса инструмента на данной частоте нагружения. Такая частотная зависимость и является характеристикой инструмента.

Таким образом упрощается конструкция и расширяется частотный диапазон измерения в связи с исключением специальных измерительных устройств, влияния способа их yctaнoвки, закрепления на измеряемом Объекте. Кроме того, повышается производительность за счет исключения операции установки и закрепления датчиков На измеряемом объекте.

На фиг:1 представлена конструкция устройства на фиг.2 и 3 - спектральные характеристики резцы, полученные с помощью предлагаемог:о и известного способов соответственно; на фиг.4 и 5 - схема и результаты реализации устройств на примере оценки частотной характеристики стандартного акселерометра ABC-016 ISk 117214.

Устройство состоит из установленного в полости 1 покрытой слоем звукоизоляционного материала, в которой поддерживается заданное давление, стойки 2 пьезозлектр чиеского вибратора 3, включенного в полумостовую схему с аналогичным ему по электрической емкости и другими характеристиками пьезоэлементом 4 и упертого в вершину исследуемого инструмента 5. Причем полумостовая схема пьезоэлектрический вибратор - пьезоэлемент подключается к генератору 6, а на ее средней точке 7 сигнал измеряется с помощью измерительного прибора 8.

Устройство работает следующим образом.

Закрепляется исследуемый инструмент 5. пьезоэлектрический вибратор 3 подводится и упирается в вершину исследуемого инструмента с усилием, которое задается с помощью подающегося в полость I стойки 2 сжатого воздуха. Пьезозлектрический вибратор включается в полумостовуЮ схему с пьезоэлементом 4 и подключается к генератору 6, а средняя точка 7 полумостовой схемы - к измерительному прибору 8. В таком положении стенд готов к работе. Далее с помощью генератора задается на полумостовую схему развертка частоты с постойнным значением выходного напряжения генератора и измеряется сигнал на средней точке схемы. Приме р. В качестве пьезоэлементов применяют кольца Dxdxti 20x10x15 из материала ЦТС-19; в качестве генератора 6 сигналом используется генератор ГЗ - 56/1, в качестве измерительного устройства вoльtмetp В7- 27А. Постоянная нагружающая сила, создаваемая от пневмосети, составляет 500 Н. Испытания проводят на сборном проходном резце, оснащенном композитом. При сравнении спектральных характеристик (фиг.2 и 3) видно, что в известном устройстве значительно больше резонансных пиков, что говорит о влиянии элементов системы стенда на спектральные характе ристики-в известном и о уменьшении их влияния в предлагаемом устройствах схема и результаты реализции устройств на примере оценки частотной характеристики стандартного акселерометра А В С-016 № 117214. Акселерометр (фиг. 4) выполняет роль и пьезовибратора 3, и объекта 5 исследова; ния. Роль аналогичного пьезовибратору пьезоэлемента 4, включаемого с ним в полумостовую схему, выполняет конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, так как данный элемент является частотно-независимым. Выявленный резонанс соответствует паспортным данным акселерометра, что подтверждает работоспособность устройства и его практически неограниченную возможность использования. В настоящее время для оценки качества инструмента в области частот механических колебаний (до 100 кГ с амплитудами колебаний на резонансах Ю - 10 мкм (реальный диапазон) это единственный способ. Мероприятия, направленные на улучшение конструкций резцов, приводят к увеличению стойкости на 30%. Изобретение можно использовать в инструментальной промышленности, машиностроении и других областях народного хозяйства для диагностики любых механических систем. Ф о р м у л а и 3 о б р ет е н и я Устройство вибродиагностики режущего инструмента, содержащее пьезовибратор, генератор и измерительный блок, о т личающе ее я тем. что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно снабжено пьезоэлементом, равным по емкости пьезовибратору, один выход пьезоэлемента подключен к выходу генератора, второй вывод - к первому выводу пьезовибратора, второй вывод которого прдключен к второму выходу генератора, а измерительный блок подключен кобщей точке соединения пьезоэлемента и пьезовибратора.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к вибродиагностике режущего инструмента. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений путем восстановления баланса полумостовой электрической схемы за счет компенсации разностного сигнала, появляющегося в ее средней точке. Пьезоэлектрический вибратор 3 подводят к исследуемому инструменту 5 и упирают в него с усилием, задаваемым посредством подающегося в полость 1 стойки 2 сжатого воздуха. Пьезоэлектрический вибратор 3 включают в полумостовую схему с пьезоэле- ментом 4 и подключают к генератору 6. Среднюю точку 7 полумостовой схемы подключают к измерительному прибору 8.5 ил.

V,

J

25ioy,A-At

Ф//г2