УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РЕЗЦА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РЕЗЦА
Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для измерения температурных деформаций различных элементов машин и, в частности, резцов для токарной обработки деталей.
Известна конструкция устройства (тензометра) для измерения деформации образцов при температурных испытаниях, состоящая из двух реперных элементов, каждый из которых содержит внутреннее и наружное кольца. Внутреннее кольцо снабжено винтами для установки на образец и выступами с призматической поверхностью. Наружное кольцо выполнено с призматическими углублениями на торце и выступами, направленными в сторону другого реперного элемента, по которым ведется измерение деформации оптическим измерительным прибором [SU 629440]..
Тензометр работает следующим образом.
Внутреннее кольцо каждого реперного элемента с помощью винтов устанавливается на образец так, чтобы кольцо могло вращаться относительно продольной оси винтов. На выступы с призматической поверхностью внутреннего кольца укладывается призматическими углублениями наружное кольцо и весь реперный элемент балансируется подтягиванием одного из винтов и отпусканием другого, а также перемещением наружного кольца по выступам с призматической поверхностью внутреннего кольца. Оптический измерительный прибор визируется на выступы наружного кольца.
При нагреве образца и, соответственно, реперных элементов, выступы, как и образец, расширяются, что частично компенсирует тепловую деформацию образца. При деформации последнего расстояние между реперными элементами изменяется, что фиксируется измерительным прибором. Возникающие в процессе деформирования перекосы образца 2
компенсируются поворотом под действием собственного веса внутреннего кольца относительно оси винтов и наружного кольца, а также относительно верхнего ребра выступов, в результате чего измерительным прибором регистрируется деформация по оси образца.
Описанный аналог обладает сложной конструкцией, которая требует достаточно тонкой настройки, тем не менее, не обеспечивающей в полной мере необходимой точности измерения из-за возникающих перекосов образца в процессе его деформирования. Эти перекосы требуют компенсации, в частности, за счет собственного веса внутреннего кольца, оптимизировать (подобрать) который в широком температурном диапазоне практически невозможно.
Выбранное в качестве прототипа устройство для измерения температурной деформации резца лишено основного недостатка аналога - сложность конструкции и необходимость предварительной настройки, не гарантирующей точности измерения.
Это устройство включает чувствительный стержень, выполненный из инвара, который расположен в расточке резца и одним концом контактирует с его головкой, а другим концом - с датчиком деформации [SU 213392].
Недостатком прототипа является его низкая точность, вызванная тем, что конец чувствительного стержня взаимодействует с тупиковой частью расточки в зоне головки резца путем обычного контакта, имеющего место в начале процесса резания, т.е. при комнатной температуре. В процессе эксплуатации резца он разогревается и деформируется в сторону увеличения размера, который и надлежит зафиксировать датчиком. Однако, если учесть, что коэффициент температурного расширения инвара, как минимум, в 20 раз меньше соответствующего коэффициента рабочей части резца, т.е. его головки, то тупиковая часть расточки, расположенная в зоне головки, с которой взаимодействует чувствительный стержень, при первом 3
же увеличении температуры «убежит» от конца стержня, успев зафиксировать лишь незначительную часть деформации резца.
Таким образом, задачей полезной модели является повышение точности устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения температурных деформаций резца, содержащем чувствительный стержень из инвара, который расположен в расточке резца и одним концом связан с датчиком деформаций, устройство снабжено размещенной в расточке резца направляющей втулкой, в которой по скользящей посадке установлен конец чувствительного стержня, связанный с датчиком деформаций, при этом чувствительный стержень жестко связан с головкой резца и выведен за его пределы с расположением конечной точки в поперечной плоскости, проходящей через вершину резца. Связь головки резца и чувствительного стержня представляет собой резьбовое соединение, а втулка выполнена из теплоизоляционного материала
Технический результат заключается в повышении точности измерения деформации резца за счет жесткой связи конца чувствительного стержня с его головкой, обеспечивающей их совместное перемещение в условиях повышенных температур при значительной разнице в степени деформирования каждого из них.
Устройство для измерения температурных деформации резца 1, в котором имеется сквозная цилиндрическая расточка 2, включат чувствительный стержень 3, выполненный из инвара. Стержень 3 одним концом жестко связан с головкой 4 резца 1 с помощью резьбового соединения, а другой конец стержня 3 соединен с индуктивным датчиком 5 и установлен по скользящей посадке во втулке 6, изготовленной из теплоизоляционного материала и смонтированной в расточке 2. Стержень 3 выведен за пределы головки 4 и его конечная точка лежит в поперечной плоскости А, проходящей через вершину 8 резца 1. Последний установлен в 4
суппорте 9 и закреплен в нем с помощью прижимных болтов 10. Позицией 11 условно обозначена обрабатываемая деталь и поперечная плоскость А является касательной к детали 11 в точке вершины 8 резца 1. Работает устройство следующим образом.
Резец 1 закрепляют с помощью болтов 10 в суппорте 9, который затем подводят до касания вершины 8 резца 1 до контакта с поверхностью детали 11 и осуществляют процесс резания. Головка 4 начинает нагреваться. По мере увеличения температуры, часть резца 1, находящаяся близко к зоне его контакта с деталью 11 деформируется, удлиняясь. Так как чувствительный стержень 3 жестко связан с головкой 4 резьбовым соединением, он начнет перемещаться вместе с нею. При этом концевая часть стержня 3 и его часть расположенная в расточке 2 также будут нагреваться. Однако, деформация стержня 3 сравнительно с деформацией головки 4 резца 1, по меньшей мере, в 20 раз менее, исходя из свойств инвара как материала относительно свойств материала резца. Таким образом, стержень 3 выполняет функцию практически недеформируемого поводка от головки 4 до датчика 5. Другими словами, влияние его собственной деформации на процесс измерения деформации резца практически ничтожно, что значительно повышает точность устройства в целом.
В СпбПУ выполнен опытный образец устройства для измерения температурной деформации резца в соответствии с техническим решением, изложенным в описании полезной модели. Результаты испытаний полностью подтвердили прогнозируемый эффект.