Устройство для определения контакта инструмента с деталью Советский патент 1982 года по МПК B23Q15/00 

1

Изобретение относится к станко строению, в частности, к устройствам контроля состояния режущего инструмента

В современных металлорежущих станках применяются различные методы оценки состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки изделия, в том числе использование естественного датчика в виде термопары резец-деталь, образующейся в процессе резания. Этот метод основан на принципе сопоставления значения термо-ЭДС и функционально связанной с ней температуры в зоне резания с заранее заданной установкой.

Однако известные устройства для измерения температуры резания реализуют контактный метод измерения. Устройство содержит контактный стержень, электрически изолированный от резцедержавки и контактируемый с режущей частью резца, диэлектрические прокладки дня изоляции комбинированного резца от суппорта, регистрирующее устройство и токосъемник электрического соединения регистрирующего устройства с обрабатываемой деталью 1 3.

Эти устройства имеют следующие недостатки: наличие токосъемника сложной конструкции, необходимость иметь переходное сопротивление токосъемника на уровне 0,01 Ом, налиtoчие изолирующих прокладок с внутренними контактными для изоляции резца от суппорта, причем с учетом больших усилий как затяжки резца, так и при резании, прокладки изготавлиt5вают из высокопрочных материалов; низкая помехозащищенность, так как воздействующие на проводники устройства электромагнитные поля электроагрепатов воспринимаются регистриру20ющим устройством; невозможность использования на фрезерном станке.

Известно также устройство для определения контакта инструмента с 39.7 деталью, содержащее размещенные соосно на шпинделе станка первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой возбуждения и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с из,мерительной обмоткой 2 Это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, оно не позволяет оценивать состояние инструмента в процессе обработки детали, в частности, измерением температуры резания методом естественной термопары Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения контакта инструмента с деталью измерением тем пературы резания методом естественной термопары обрабатываемая деталь режущий инструмент Цель достигнута тем, что в устройс во для определения контакта инструмента с деталью, включающее генерат возбуждения, размещенные соосно с элементом замкнутого токопроводящего контура станок - обрабатываемая деталь - режущий инструмент, например, режущим инструментом, первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой возбуждения, подключенно к генератору возбуждения, и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой, введен вы сокочастотный генератор, второй сер дечник выполнен со сквозным отверстием на периферии, на стенках отве стия размещена обмотка перемагни чивания, обмотка перемагничивания соединена с высокочастотным; генера тором, а генератор возбуждения выпо нен низкочастотным, в устройство введены фильтры второй и шестой гар моник частоты высокочастотного гене ратора, фильтр комбинационной часто ты низкочастотного и высокочастотного генераторов, связанные с измер тельной обмоткой, три усилительнопреобразовательные схемы, вычитающее устройство, подключенное через первую и вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильт ров второй и шестой гармоник, делительное устройство, подключенное входом делимого к вычитающему устро ству, $1 входом делителя через треть усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты в устройство введен; также -электропроводный экран между первым и вторым сердечникомо На фиг.1 показана конструктивная схема ycтpoйcfвa; на фиг. 2 - структурная схема устройства; на фиг, 3 расположение устройства на станке в частном варианте - на резце токарного станка Устройство состоит из первого замкнутого ферромагнитного сердечника 1, второго замкнутого ферромагнитного сердечника 2, низкочастотного генератора возбуждения 3, высокочастотного генератора 4 и кольцевого экрана 5 На сердечнике 1 размещена обмотка возбуждения 6, подключенная к генератору 3 В теле сердечника 2 выполнено сквозное отверстие 7. На боковых стенках сердечника 2 вокруг отверстия 7 размещена обмотка перемагничивания 8, подключенная к генератору А„ На сердечнике 2 также расположена измерительная обмотка 9Через сердечник 1 экран 5 и центральное отверстие сердечника 2 проходит токопровод, которым в частном варианте расположения устройства на токарном станке (фиг. 3) является инструмент 10. Измеряемая термо-ЭДС Е создается естественной термопарой, образу емой инструментом 10 и обрабатываемой деталью 11„ Инструмент ТО образует с обрабатываемой деталью 11 и станком замкнутый токопроводящий контур 12 с суммарным сопротивлением К измерительной обмотке 9 сердечника 2 через широкополосный усилитель 14 подключены фильтр 15 второй гармоники частоты генератора , фильтр 16 шестой гармоники частоты генератора k и фильтр 17 комбинационной частоты (суммы или разности частот) генераторов 3 и k, К выходам фильтров подключены усилительно-преобразовательные схемы 18-20 в виде фазочувствительных выпрямителей, К выходам выпрямителей 18 и 19 подключено вычитающее устройство 21, к выходам выпрямителя 20 и вычитающего устройства 21 подключено делительное устройство 22„ Устройство работает следующим образомТермо-ЭДС Е вызывает а цепи 12 с сопротивлением 13 величиной R ток . Протекая через инструмент 10 ток 3 создает в сердечнике 2 магнитный поток , где;|Л. 10 гн/м; jLL - магнитная проницаемость непе магничиваемого участка сердечника 2; 5 - площадь поперечного сечения сердечника 2; напряженность магнитного пол в сердечнике 2, В части сердечника 2 вокруг отверстия 7 обмоткой перемагничивания 8 создается вспомогательное магнитное поле частоты генератора 4, кото рое периодически изменяет магнитное сопротивление сердечника для измеряемого магнитного потока ф. Перемагничивающий магнитный поток замык ется в участке сердечника 2, охваченном обмоткой перемагничивания Sj Из-за нелинейности кривой магнимивания магнитная проницаемость участ ка сердечника 2, охваченного обмоткой перемагничивания 8 изменяется под воздействием перемагничивакн его поля с частотой 2а), Следовательно, с частотой 2 ш изменяется магнитно сопротивление участка сердечника 2 вокруг отверстия 7 и напряженность измеряемого магнитного поля в непе ремагничиваемом участке сердечника 2, охваченном измерительной обмоткой 9i -J H - -cos2uj t , где - длина магнитопровода сердеч ника 2. Индукция в сердечнике 2 по выраж нию 6 aH4tH, где а и Ь - коэффициенты аппроксима ции , будет j-.co52u i b )t. По закону электромагнитной индукции в измерительной обмотке 9 создается ЭДС; e -W5 где W - число витков в обмотке 9. Следовательно, .|-..5lnau,,te -W5oJ -f Ь -Sin bu). I gi Для измерения сопротивления R генератор 3 создает в обмотке 6 сердечника 1 ток Jp-Smu),t, который возбуждает в сердечнике 1 переменный магнитный поток, сцепленный с одновитковым контуром 12, в котором в процессе работы станка (инструмент 10 касается детали П) возникает ток R - -COStO,t, где Kj - коэффициент передачи от обмотки 6 до контура 12, Ток д, являясь первичным током трансформатора на сердечнике 2, вызывает в сердечнике 2 поле напряженностью „ 1 Н„ р ||--COSlU)t.COSU3 t и потоком R f o/ - pf-« osiui t-cosuJ i. в измерительной обмотке 9 наводится ЭДС. е (1ш,и)2)х xsin (2u)+uj)t+ (,.)« sin()2jtj(ч) Составляющие е и е выходного сигнала измерительной обмотки согласно выражениям (1) и (2) несут информацию о токе 3 в контуре 12 и сопротивлении R этого контура. Вторичная электронная схема преобразует эти сигналы к виду, характеризующему термо-ЭДС Е и состояние контакта пары режущий инструмент обрабатываемая деталь, В данном устройстве выходной сигнал измерительной обмотки усиливается широкополосным усилителем Н, Сигналы е2---№5ч;,к (-2«f-f . с выхода фильтра 1-5 и Э 1 ej -f MVSuj K b выхода фильтра 1б (К - коэффициент ередачи цепи усилитель - фильтр

15 и ) выпрямляются фазочувствительными выпрямителями 18, 19 и вычитаются устройством 21, на выходе которого получаем сигнал

и, ,

где Kj - сквозной коэффициент передачи от сердечника 2 .до делительного устройства 22„ Таким образом,- выходной сигнал вычитающего устройства 21 пропорционален току и. Одна из частот сигнала выделяется фильтром 17, Полученный сигнал выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 20, на выходе которого образуется сигнал К4

где К4 - коэффициент передачи тракта измерения R,

Сигнал с выпрямителя 20 несет информацию о сопротивлении контура 12. При отсутствии контакта между инструментом 10 и обрабатываемой деталью 11, например, при поломке инструмента, контур 12 разрывается и сигнал с выпрямителя 20 отсутствует. Сигнал с выпрямителя 20 о контакте, между инструментом и обрабатываемой деталью при помощи вторичной электронной схемы (на фиг о 2 we показана) приводитс к виду, удобному для последующей обработки.

Сигналы 1)-и и, поступают на делительное устройство 22, формирующее сигнал

u-sKg-e, . (3)

где K5 Kj/K4.

Выходной сигнал делительного устройства 22 лропорционален термо-ЭДСЕ,

Экранное кольцо 5 служит для устранения емкостной связи между обмотками сердечников 1 и 2.

Усовер1аенствование устройства для определения контакта инструмента с деталью - введение высокочастотного генератора, выполнение второго сердечника со сквозным отверстием на периферии, размещение на стенках отверстия обмоткиперемагничивания, соединение обмотки перемагничивания с высокочастотным генератором, выполнение генератора возбуждения низкочастотным, выгодно отличает предложенное устройство от прототипа расширением функциональных возможностей устройства: возможностью оценки состояния режущей кромкиинстру88 .

мента в процессе обработки детали, измерением те гпературы резания методом естественной термопары.

Введение фильтров второй и шестой гармоник частоты высокочастотного генератора, фильтра комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, вычитающего и делительного устройства позволяет повысить точность измерения термо-ЭДС в паре обрабатываемая деталь - режущий инструмент получением линейной зависимости ( 3 ), тогда как при непосредственном определеНИИ термо-ЭДС Е по е и е из (1) и (2) возникает нелинейный член, определяемый множителем содержащимся в выражении (1) t

Введение в устройство экрана 5

позволяет повысить чувствительность устройства исключением емкостной связи между обмотками сердечников 1 и 2, особенно при близком взаимном расположении сердечников 1 и 2, если

необходимо иметь малогабаритное измерительное устройство.

В сравнении с контактными устройствами измерения температуры резания методом естественной термопары

обрабатываемая деталь - режущий инструмент , предложенноеустройство отличается бесконтактностью и большей надежностью. Устройство имеет высокую помехоустойчивость за счет

модуляции измеряемых параметров высокой частоты со, где помехи от электроагрегатов отсутствуют

Устройство пригодно для эксплуатации на различных металлорежущих

станках, при этом измерительное устройство (сердечники 1 и 2) целесообразно устанавливать на режущем инструменте у станков токарной группы и на шпинделе у станков фрезерной групПЫ о

Испытания показали, что устройство позволяет кроме определения контакта инструмента с деталью измерять и термо-ЭДС пары режущий инструмент - обрабатываемая деталь. При использовании.ферритовых колец № 2000НМ-3, К100х6015, при частоте возбуждения 20 кГц и числе витков измерительной обмотки 200 устройство

позволяет регистрировать изменения термо-ЭДС не менее 0,05 мВ.

Технический эффект от применения ,устройства создается за счет повышения эксплуатационных характеристик

аппаратуры контроля состояния режущего инструмента.

Формула изобретения

1,Устройство для определения контакта инструмента с деталью, содержащее первый замкнутый ферромагнитный сердемник с обмоткой возбуждения, подключенной к генератору возбуждения и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой, размещенные соосно с элементом замкнутого токопроводящего кбнтура станок-обрабатываемая де таль-режущий инструмент, например режущим инструментом, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен высокочастотный генератор, вVopoй сердечник выполнен со сквозным отверстием на периферии,

на стенках которого размещена обмотка перемагничивания, соединенная с высокочастотным генератором, а генератор возбуждения выполнен низкочастотным

2,Устройство по п, 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения термоЭДС в паре обрабатываемая детальрежущий инструмент, в него введены филйтры второй и шестой гармоник частоты выcoкoчactoтнoгo генератора, фильтр комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, подключенные параллельно через широкополосный усилитель к измерительной обмотке, три усилите пьно-преобразовате/)ьные схемы, вычитающее устройство, первый вход которого подключен через первую, а второй через вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильтров соответственно второй и шестой гармоник, делительное устройство, подключенное одним входом к вычитающему устройству, а другим входом через третью усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты о

Зо Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения чyвcтв тeльнocти, в него введен электропроводный экран, установленный между первым и вторым сердечником

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № , кл„ В 23 В 25/06, 1977,

2,Авторское свидетельство CCCf 520227, кло В 23 а 17/00, 1976

Ф(/г.З