Устройство для контроля контакта инструмента с деталью Советский патент 1993 года по МПК B23Q15/00 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для контроля наличия или отсутствия электрического контакта инструмента с деталью на токарных станках с ЧПУ.

Цель изобретения - повышение надежности контроля контакта инструмента с обрабатываемой деталью.

Предложенное устройство контролирует момент контакта инструмента с деталью в процессе обработки, что регистрируется датчиком, который постоянно выдает информацию в ЧПУ станка о наличии или отсутствии контакта при выполнении той или иной технологической операции.

Длительность процесса контактирования характеризуется интервалом времени от начала до окончания операции, в течение которого контролируется наличие контакта

инструмента с деталью. Под словом процесс контактирования подразумевается количество опросов датчика на наличие или отсутствие контакта. Датчик не контролирует физическое время длительности контакта, он выдает сигналы о внешних событиях для ЧПУ станка. Однако, контролировать длительность процесса контактирования, т.е. количество опросов датчика, необходимо потому, что контакт может быть и не зафиксирован, например, при обработке деталей с прерывистой поверхностью, и тогда необходимо повторять опрос датчика до тех пор, пока не ограничится время для контроля опросов датчика на наличие или отсутствие контакта. Датчик не контролирует физическое вр емя длительности контакта, он выдает сигналы о внешних событиях для ЧПУ станка. Однако, контролировать длио

ох

XI 00

ел

W

тельность процесса контактирования, т.е. количество опросов датчика, необходимо потому, что контакт может быть и не зафиксирован, например, при обработке деталей с прерывистой поверхностью, и тогда необходимо повторять опрос датчика до тех пор, пока не ограничится время для контроля опросов датчика на наличие контакта.

Контроль длительности (Т) процесса контактирования состоит в определении количества (N) опросов датчика через равные интервалы времени (t):

T-Nxt,

При поломке инструмента нарушается электрический контакт инструмента с деталью и возникает необходимость аварийного останова станка не позднее интервала времени t. Длина припуска детали разбивается на N отрезков и через периоды времени t, в конце каждого отрезка автоматически включаются подпрограммы опроса состояния датчика, который в течение всего периода Т выдает в ЧПУ станка информацию своего состояния (либо 1, либо О).

Таким образом, данным устройством контролируется наличие контакта инструмент-деталь: момент контакта и длительность .процесса контактирования, т.е. количество опросов датчика на наличие или отсутствие контакта.

Сущность решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема предложенного устройства, на фиг.2 - эпюры напряжений по оси времени, характеризующие зависимость от наличия контакта инструмент-деталь; на эпюре а) высокочастотного сигнала. с токосъемника в точке а2,«на эпюре Ь) сигнала с детектора в токе а5, на эпюре с) сигнала с триггера Тб в точке а4.

Источник высокочастотного напряжения - генератор ГВЧ1 на транзисторе VA1. Частоту высокочастотного генератора задает контур L2C2 (индуктивность и конденсатор). L1 - катушка обратной связи генератора. Сопротивление R1R3 и диод VD1 задают токовый режим транзистора VA1. Сопротивление R2 регулирует высокочастотное напряжение на токосъемнике 3. Высокочастотный ток через разделительный конденсатор С2 и регулировочное сопротивление R2 поступает на точки а1,а.2,аЗ, представляющие собой точки датчика, получающие сигналы во время технологического цикла. Точка а1 - это вывод генератора высокочастотного напряжения 1, точка а2 - это вход детектора Д5, точка аЗ

- вывод к токосъемнику 3, точка а4 - вывод к ЧПУ, точка аб - вход триггера Тб.

Изображенная на фиг.1 принципиальная электрическая схема предназначена

для подключения к одному токосъемнику 3 через точки а1-аЗ, аЗ-а1-а2. При подключении к двум токосъемникам 3 и 12 точки а1-а2 не соединяются, т.е. отсутствует перемычка между ними. В таком случае выводы а1-а2 и

а2 идут раздельно к токосъемникам, при этом точки а1-а2 подключаются к токосъемнику 3, а точка а2 к токосъемнику 12. Таким образом, при использовании одного токосъемника, а1 соединяют с точкой э2, являющейся входом детектора Д5 на диодах VD4, VD5, а точку аЗ подключают к токосъемнику 3.

Сигнал с детектора Д5 поступает на точку а5 - вход триггера Шмитта Тб, выполненного на микросхеме DA1. Сопротивления R7,R8,R4,R5 задают напряжение порога переключения триггера, сопротивление R9 создает в схеме два порога срабатывания в зависимости от состояния выхода триггера,

сопротивление R6, конденсаторы С4.С.5.С6 и индуктивность L3 служат для фильтрации высокой частоты. С точки а4 сигнал поступает в ЧПУ станка.

В изображенных на фиг.2 эпюрах в момент времени t1 инструмент касается детали, в момент времени t2 происходит разрыв контакта. В течение времени t1-t2 эпюра а) показывает падение высокочастотного напряжения в точке а2, т.е. возникает дополнительный высокочастотный ток через токосъемник 3; эпюра Ь) показывает уменьшение напряжения с детектора в точке а5; эпюра с) показывает поступление напряже- .ния логической 1 с выхода триггера Шмитта.

Надежность контроля устройства повышается по следующим причинам:

а) Обеспечивается стабильная проводимость токосъемника в отличие от прототипа,

т.к. токосъемник выполнен в виде обкладок конденсатора, представляющего реактивное сопротивление (Sc), сохраняющее свое значение на весь период эксплуатации устройства. Сопротивление Хс на участке цепи

0 подсчитывают по следующей формуле:

Xc 1/2jrfC,

где f - частота источника напряжения, С - 5 емкость токосъемника.

При проверке свойств токосъемника устройства-прототипа выявилось изменение проводимости токосъемника от начального сопротивления 1-2 Ом до 5 КОм вследствие его загрязнения смазкой и окисления поверхности контакта. Это значение регистрируется датчиком, т.к. превышает изменение сопротивлении контакта (Рн) инструмент- деталь. Датчик регистрирует изменение падения напряжения (dU) на участке цепи, содержащей сопротивление токосъемника (Rt), сопротивление контакта инструмент- деталь (RK), сопротивление подшипников (Rn):

а и d R т х i +

d Rnx d RK dRn + dRK

x 1 ,

где I - ток в участке цепи. Из уравнения видно, что dRT по условию должно быть меньше суммы dRn и dRx. иначе датчик будет регистрировать изменение напряжения на токосъемнике.

б) Повышается помехоустойчивость процесса контроля к электрическому замыканию накопленной стружкой участка деталь-масса станка по сравнению с прототипом - за счет использования высокочастотного источника напряжения.

В прототипе при замыкании стружкой цепи деталь-масса станка образуется короткое замыкание, которое будет регистрировать датчик; следовательно появляется ложный сигнал.

При использовании высокочастотного источника напряжения сопротивление стружки возрастает за счет индуктивности стружки (Lc) и поверхностного сопротивления (Хс), т.к. высокочастотный ток течет по поверхности металла, называемой скин- слоем.

Xc Rc+Xc,

0/2

где (2 fm/2r) - активное и индуктивное поверхностное сопротивление проводника. Полное комплексное сопротивление Zc стружки на единицу длины:

Zc a/bx(1+ j) x(2 jrfm/2r)1/2+j2JTfLc,

где а - длина проводника, b - периметр проводника, f - частота тока, m - абсолютная магнитная проницаемость среды, г - удельное электрическое сопротивление проводника.

При замыкании стружкой участка деталь-масса станка возникает падение высокочастотного напряжения (Uc) на участке стружка-деталь-масса станка:

UC(ZC+RKC+RKM)XI,

где RKC - сопротивление контакта стружка- деталь, RKM - сопротивление контакта стружка-масса станка. Для надежного контроля необходимо условие:

,

где RK - сопротивление контакта инструмент-деталь.

Проведенные испытания данного устройства показали, что сопротивление кон0 такта инструмент-деталь R колеблется в пределах 1-20 Ом. фоновое сопротивление шпинделя Rn 1-2 КОм, сопротивление (Zc) со стороны касающейся медной стружки сече- нием.р,2хЗх500 мм по току высокой частоты

30-50 Ом. Отношение полезного сигнала к помехе UK/UC равно отношению сопротивлений:

20

RK/Xc 201g(200M/30 Ом)-3.5йЬ .

Это отношение является достаточным для помехоустойчивой работы датчика.

в)Возникающая при обработке детали 5 термоЭДС не влияет на показания датчика,

так как отсутствует гальваническая связь в токосъемнике, что имеет место в прототипе.

г)Использование сигнала малой мощности в предложенном устройстве по сравнению с прототипом. В прототипе для обеспечения надежного контроля величина тока составляет приблизительно О.ЗА, напряжение 10V, мощность сигнала составляет: 0,3Ax10V 3 Вт; в предложенном

5 устройстве величина тока О.ОЗА, напряжение 5V, мощность сигнала составляет: 0,ОЗАх5 0,15 Вт.

.Таким образом, в прототипе необходимо использовать более высокое напряже0 ние источника, в связи с чем возможно электроразрушение поверхности подшипников шпинделя, если их электрически не изолировать от массы станка. . Формула из об р е т е н и я . Устройство для контроля контакта инструмента с деталью, установленной на станке с ЧПУ, содержащее датчик регистрации электрического контакта и соединенные последовательно токосъемник

0 напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, источник напряжения выполнен в виде вы- сокочастотного генератора напряжения, а в цепь высокочастотного генератора напря5 жения и датчика регистрации электрического контакта включен конденсатор, образованный токосъемником и валом шпинделя станка.

Использование: станкостроение, для контроля наличия или отсутствия электрического контакта инструмента с деталью на токарных станках с ЧПУ. Сущность: устройство содержит источник напряжения, датчик регистрации наличия или отсутствия контакта между инструментом и деталью с преобразованием его в электрический сигнал, поступающий в ЧПУ, И токосъемник, установленный на валу шпинделя и электрически соединенный с ним и деталью. Токосъемник, источник напряжения, масса станка, режущий инструмент и деталь электрически соединены последовательно. При этом источник напряжения выполнен в виде высокочастотного генератора напряжения, а токосъемник - в виде одной из обкладок генератора напряжения и датчика регистрации контакта, второй обкладкой которого является вал шпинделя. 2 ил.

и

о

tit2

«РИГ.а.Ь.е

к токосъемнику

к ЧПУ

ФигЛ