ДИНАМОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПРАВКА

Полезная модель относится к области определения параметров процесса резания при точении и может быть использована в машиностроительном производстве, в высших учебных заведениях, научных центрах для определения составляющих силы резания при точении.
Известна оправка (Патент US №2017252884, МПК: B23B29/04, B23Q17/09, H04B1/034, опубл. 07.09.2017 г.), состоящая из держателя инструмента, на котором крепится режущая пластина и тензодатчик, соединяющийся кабелями через специальные отверстия в корпусе, содержащем уплотняющее соединение между крышкой и батарей, держатель пластины, фиксирующая планка, печатная плата, на которой установлены блоки радиопередач и предварительной обработки сигналов.
Недостатком данной конструкции является большое количество составных узлов и отсутствие их жесткой фиксации, что снижает надежность устройства при эксплуатации. Сторонние колебания, возникающие в процессе резания при контакте резца с обрабатываемой поверхностью, учитываются при измерении силы резания, а так как датчик размещен непосредственно на режущей части резца, невозможно получить достоверные данные. Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия. А также наличие проводов в зоне резания значительно снижает надежность эксплуатации устройства.
Известно устройство «Однокомпонентный динамометр для измерения сил резания при точении резцами» (Патент РФ №131157, МПК: G01L 5/16, опубл. 10.08.2013 г.), состоящее из: датчиков, крестообразной части упругого элемента, которая расположена внутри прямоугольной рамки, на которой смонтирован резцедержатель и неподвижная плита для закрепления на станке.
Недостатками данного устройства является его низкая надежность по сравнению с цельными конструкция и увеличение погрешностей за счет использования составных частей. Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия. Также данное устройство фиксирует силы резания при точении лишь в одной плоскости, что исключает возможность определения перемещений технологической системы в плоскостях «X», «Y» в целях определения прогиба заготовки.
Известен многокомпонентный (или трехкомпонентный) динамометр, разработанный швейцарской компанией, «Kistler Type 9129AA» (KISTLER. Официальный сайт. / Compact Multi-Component Dynamometer up to 10 kN. URL: https://www.kistler.com/en/product/type-9129aa/, дата обращения 24.06.2022 г.). Система состоит из четырех тензодатчиков, которые установлены между крышкой пластины и двумя боковыми опорными пластинами. Динамометр крепится к ровным и чистым поверхностям болтами или устанавливается на магнитные пластины.
Недостатками вышеописанного динамометра являются предрасположенность к внутренним искажениям, а также к дополнительной нагрузке на отдельные измерительные элементы и усиление перекрестных помех в случае установки на неровные монтажные поверхности. Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия.
Наиболее близкой является оправка (Патент RU №214009, МПК: B23B29/04, B23Q17/09, опубл. 07.10.2022 г.), состоящая из корпуса с цилиндрическим хвостовиком. В корпусе выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и проводников, для питания и передачи данных тензодатчикам. Тензодатчики размещены внутри корпуса оправки в одной плоскости.
Главным недостатком является то, что полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия.
Технический результат - повышение точности измерения.
Технический результат достигается тем, что динамометрическая оправка, содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики, причем передняя часть корпуса дополнительно оснащена пирометром.
Позиции расположения тензодатчиков определены исходя из максимальной деформации, возникающей при действии составляющих силы резания, что позволяет достичь более корректной работы тензодатчиков, что повышает точности измерения составляющих силы резания. А также дает возможность достичь минимальную температурную погрешность, повысить точность измерения составляющих сил резания, благодаря возможности работы всех датчиков одновременно и при постоянных условиях, непосредственно в процессе резания.
Использование пирометра позволяет фиксировать изменение температуры в зоне резания. Поскольку в процессе резания, при увеличении силы резания возрастает температура в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью, что приводит к размягчению срезаемого слоя обрабатываемой поверхности и, как следствие, к изменению условий стружкообразования и налипанию частиц поверхностного слоя обрабатываемой поверхности на режущие кромки инструмента. При этом снижаются режущая способность и период стойкости инструмента, в связи с чем ухудшается и качество обработанной поверхности. Контроль температуры в зоне резания, посредством пирометра, позволит контролировать изменение измеряемого параметра в течение всего технологического процесса, а также в совокупности с данными об изменении сил резания позволяет обеспечить более точный контроль процесса резания, который дает возможность своевременно внести корректировки, позволяющие предотвратить повышенный износа инструмента и порчу обрабатываемого изделия.
Расположение пирометра на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания) позволяет максимально близко и безопасно получать данные изменения температуры в зоне резания.
Данные о изменении значений составляющих сил резания и температуры получают в течение всего технологического цикла, что позволит контролировать процесс обработки и своевременно вносить корректировки. Таким образом, позволит обеспечить заданные характеристики обрабатываемой поверхности и заданный период стойкости инструмента.
На фиг. 1. - представлен общий вид динамометрической оправки.
На фиг. 2. - вид динамометрической оправки слева.
На фиг. 3. - вид динамометрической оправки снизу.
Динамометрическая оправка, содержащая корпус 1 с цилиндрическим хвостовиком 2, посредством которого динамометрическая оправка закрепляется в револьверной голове станка.
В корпусе 1 выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) 3, отверстия для выхода проводников 4 и гнезда 5, с возможностью размещения в них тензодатчика тангенциальной силы резания 6, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Z», тензодатчика радиальной силы резания 7, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Y», тензодатчика осевой силы резания 8, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «X», пирометра 9.
Гнездо 5 тензодатчика тангенциальной силы резания 6, выполнено в нижней части корпуса 1, в зоне установки резца (над державкой резца). Гнездо 5 тензодатчика радиальной силы резания 7 выполнено на передней части корпуса 1 (сторона выхода режущей части резца), слева от места установки резца. Гнездо 5 тензодатчика осевой силы резания 8 выполнено на левом торце корпуса 1 (ближе к переднему углу). Гнездо 5 пирометра 9 выполнено на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания 7). Рядом с пирометром 9, параллельно его оси
Каждый тензодатчик и пирометр 9 соединены с блоком обработки данных посредством проводников 10.
Динамометрическая оправка работает следующим образом.
Предварительно рабочий инструмент, закрепляется в корпусе 1 оправки посредством прижимных пластин, фиксируемых винтами. Гнездо 5 каждого тензодатчика изолируются от агрессивной рабочей среды, например, крышкой.
В процессе обработки заготовки СОЖ подается в зону резания через отверстия для подвода СОЖ 3, а на резец действуют три составляющие силы резания. В свою очередь, тензодатчик тангенциальной силы резания 7, расположенный в зоне установки резца, фиксирует изменение действующего на резец усилия, направленного по оси «Z», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 10 передает данные на блок обработки данных.
Тензодатчик радиальной силы резания 7, расположенный на переднем торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «Y», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 9 передает данные на блок обработки данных.
Тензодатчик осевой силы резания 8, расположенный на левом торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «X», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 10 передает данные на блок обработки данных.
Пирометр 9, расположенный на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания 7) фиксирует изменение температуры в зоне контакта резца с обрабатываемым материалом. Данные с пирометра 9 преобразуются в электрический сигнал и по проводнику 10 передаются на блок обработки данных.
Сигналы, полученные от всех тензодатчиков и пирометра 9, собираются на приемном устройстве, с которого выводится, например, на экран.
Проводник 10 выполняет дополнительную функцию электрического питания тензодатчиков и пирометра 9.
Таким образом, использование динамометрической оправки, содержащей корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики и пирометр, позволяет повысить точность измерения.