Устройство для моделирования силы резания Советский патент 1978 года по МПК G06G7/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ

Изобретение относится к Облзсти электрического моделирования динамических нараметроз. Оно .-может найти применение в разЛИчных отра1слях нро.мышленности, налример в станкостроении, где его наиболее целесообразно использовать для динаМИческих ислытаний металлорежущих станкоз без резани.я. Известно устройство для моделирования силы резания, которое представляет со-бой электромагнит-ВИ братор с якорем в виде ферромагнитного цилиндра, закреаленного в шпинделе испытуемого стан4 а и приводимого во вращение приводным двигателем по.следне1гэ 1. Питание электрома.гнитазибратора осуществляется от усилителя мощности, причем частота колебаний яко1ря задается звукозым генератором. Однако устройство обладает рядо.м недостатков: невысокой точностью .моделирования особенно в условиях скоростного резания, срав нительно низкиМИ энергетическими показателями, необходимостью ИСЛОЛЬЗСЗЗНИЯ Д01пол:нительных источников питания. Кроме того, -высок натрев щпиндельного узла испытуемого станка. Наиболее близким к из-обретению является устройство для моделироваЕия силы резания, содержащее вибратор, вьтолненный в виде электромагнита переменного тока, внутри которого расположен ротор, вьшол-ненный в виде цилиндра 2. Этозду устройству также Присущи перечисленные выще недостатки. Вращение якоря электромагнита в магнитнол поле, в котором преобладает постоянная составляющая, представляет собой процесс электрсаинамическо;го торможения, при котором, как известно, механическая энергия, п-одзоди.м-ая к Щ|ПИ«делю станка со стороны его привода, полностью преобразуег-ся в якоре электромагнита-вибратора в тепло, основная часть которого идет на нагрев щпиндельного узла испытуе;мого станка. Это обстоятельство не только отрицательно сказывается ,на энергетических 1показателя1Х устройства, оно также язл.яется лимитирующим фактором гари мо|дели1ровании процесса резания в реальном масштабе. Без применения принудительной системы охлаждения затруднительно обеспечить высокую точность моделирования процесса резания и полно-стью избавиться от угрозы заклинивания подщииниксв щпиндельного узла испытуемого станка. Применение в этом устройстве до-полнительных источников энергии является еще однил факторС1М, зхудщающим его энергетические показатели. Цель на-стоящего изобретения - позыщение точности моделирования силы реза3

,ния. Это достигается тем, что устройство для моделирования силы резания содержит блок возбуждениЯ, блок задания начальлых условий, переклюматель, лреобразозатель частоты и дуговой стато-р, жестко закрепленный с электро магнито.м переменного тока, причем на дугозОМ статоре размещена трехфазная обморка, соединенная с блоком возбуждения и через переключатель - с блоком задания начальных условий, подключенным через преобразователь частоты к Обмотке электро-Магнита переменного тОКа, длина дуги магнитного сердечаиГСа статора относится к длине дуги магнитного сердечника ротора как 1 : 2.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, установленное в шлинделе станка; на фиг. 2 - электрИчес.кая схема устройства.

Оно содержит якорь /, выполненный в 1виае короткоза-мкгаутого ротора асинхронной электрической машины, который установлен в Шпн.нделе 2 испытуемого станка 3 и .приводится во вращение его приводным лвитателем 4; дуговой статор 5 с трехфазнок обмоткой 6; вибратор, Выполненный в виде электромагнита 7 переменного тока, обмотка 8 Которого размещена на явнополюсном магнитном сердечнике, выполненном совместно с магнитным сердечникам дугового статора таким 01бразом, что длина дуги по внутренней расточке сердечника дугавого статора относится к длине дуги сердечника ротора как 1 : 2; т. е. равна лоловине окружности; блок 9 возбуждения магнитного ПОЛЯ дугового статора, непосре,дственно соединенный с трехфазной о-бмоткой 6; переключатель 10, с помощью которого к обмотке 6 подключается блок // задания начальных условий, состоящий из управляемых резисторОВ, и статический поеобразователь 12 частоты, выход которого соединен с Обмоткой 8 элекърамагаита 7. Дуговой статор 5 и электромагнит 7 имеют единый KO-pnvC , с помощью которого они закрепляются в патроне 14 испытуемого станка 3.

Устройство работает следующим образом. Включают приводной двигатель 4, который начинает вращать ротор / относительно дуго(вого статора 5, Налример, в направлении, указанном на чертеже стрелкой (п - р.абочая частота вращения шпинделя 2). Наличие потока остаточного намагничивания якоря / приводит к тому, что при его вращении ,в обмотке 6 дугового статора 5 индуктируется некоторая ЭДС. Эта Э.ЦС вызывает в конденсаторах блока 9 ток, который, протекая по обмотке дуго13ого статора, усили вает его магнитный поток. В результате, как при емкостном возбуждении обычного асинхроенаго генерато ра, ЭДС дугового статора постепенно увели1чивается и достигает своего установивщегося значения. Под дейст1ВИам магнитного поля

в рабочем воздушном зазоре между дуговым статором 5 и вращающимся ротором 1 возникает мапнигная сила тяжения, которая имеет максимальное значение при охзате ротора дуговым статором в пределах дуги, равной лоловине окружности. Поскольку дуго;вой статор 5 закреплен в патроне 14 с помощью общего ДЛЯ него и электрО:магнита 7 корпуса 13, он остается неподвижным в радиальном направлении, а вращающийся ротор / под действием магнитной силы начинает притягиваться к нему. Магнитная сила тяжения имитирует радиальную соста вляющую Рр силы резания Р. Для имитации тангенциальной составляющей Р т производится нагружение дугового асинхронного генератора путе.м подключения к трехфазной обмотке 6 через переключатель 10 блока // и преобразователя 12 частоты. С помощью блока // устанавливается необходимая величина 1генератОркого электромагнитного М01мента, который аднОЗначно связан с электромагнитной силой, имитирующей тангенциальную составл.яющую силы резания, через наружный радиус ротора/. Таким образом, с помощью блока 11 в процессе динамических испытаний станка моделируется коэффициент трекия лары «инструмент-деталь, равный

отношению тангенциальной составляющей РТ к радиальной составляющей Яр смлы резания Р. Имитация вибраций, возникающих прл резании, лроизводится путем регулирования частоты выходного напряжения лреобразователЯ 12, от которого питается обмотка 5 электромагнита 7. Поскольку в ходе динамИческих испытаний станка его устойчивость про1веряется на резонансных частотах, для возбуждения Колебаний требуется небольшая мощность и, следовательно, небольщие габариты электромагнита и статического преобразователя частоты.

Предлагаемое устройство позволяет подвысить точность моделирования, не нуждаегся 3 дополнительных источниках энергии, обеспечивает возможность моделиравания процесса резания в реальном масштабе лри высоких скоростях, иозволяет исключить угрозу заклини1вания подшипникового

узла металлорежущего станка из-за нагрева якоря.

Формула изобретения

Устройство для моделирования силы резания, содержащее вибратор, в виде электромагнита inepeMOHHoro тока с Обмоткой, внутри которого расположен ротор, выполненный в виде цилиндра, отличающеес я тем, что, с целью повыщения точности МСделированИЯ силы резания, устройство содержит блок возбуждения, блок задания начальных условий, переключатель, преобразователь частоты и дуговой статор, жестко закрепленный с электромагнитом переменного тока, причем на дуговом статоре разм-ещена трехфазная обмотка, соединенная с блоком Возбуждения и через переключатель - -с блоком задания начальных условий, под1 :люченны.м через преобразо- 5 ватель к обмотке электромагнита переменного тока, причем длина дуги магнитного сердечника статора относится к длине дуги № магнитлого сердеч-ника ротора как 1 : 2. вни Источники информации, принятые во мание при экапертизе: 1. Аяторское сви-детельство СССР 400373, кл. В 06 В 1/04, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР 405М8, кл. G 06 G 7/48.