УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЗАВИСИМОГО ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для измерения крутящего момента и осевой силы на вращающемся концевом инструменте при сверлении, зенкеровании и развертывании отверстий на металлорежущих станках.
Известны динамометры для одновременного измерения крутящего момента и осевой силы при механической обработке инструментом, содержащие корпус с хвостовиком для крепления на станке, втулку, несущую инструмент, и упругую измерительную втулку с датчиками, наклеенными на цилиндрическую или на торцевую поверхности (Ю.П.Кузьмин, Расчет двухкомпонентного сверлильного динамометра трубчатого типа. Ученые записки Пензенского политехнического института, 1965, вып.1, с 89-96; Я.И.Штейнберг, Головка для одновременного измерения осевого усилия и крутящего момнта при раскатывании, ж. «Станки и инструмент», №7, 1969, с. 35-36; Singh C.K. A modifild mechanical type drill pressdynamometer, «Univ Boorkel Bes. J.» 1969, II №3-4, p. 1-19; Pfleghar F., Zerspankraftmesser fur Einlippen - Tiefbohrwerkzeuge, «Industrie - Anzeiger», 1973, 95, №42, 878-879, Э.Н. Гулида и др., Динамометры для измерения сил резания и крутящих моментов при обработке на токарных станках, ж. «Технология и организация производства», №2,1970, с. 60).
Недостатком известных динамометров является недостаточная точность измерения из-за совместного расположения датчиков на одном упругом элементе и взаимного влияния осевой силы и крутящего момента.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для независимого измерения крутящего момента и осевого усилия, содержащее корпус с коническим хвостовиком, подвижный относительно него шпиндель, воспринимающий крутящий момент и осевые усилия, чувствительные элементы для измерения крутящего момента в виде упругого разрезного кольца, чувствительные элементы для измерения осевой силы в виде упругих в осевом направлении втулок, имеющих радиальные торцевые пазы, в зазоры которых с канавками бурта шпинделя помещены шарики, воспринимающие осевое усилие. (а.с. СССР, №178532, G 01 L 05/16, 1963).
Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения.
Из-за перемещения пятна контакта разрезного кольца с корпусом и изменения плеча приложения силы, устройство обладает большой нелинейностью характеристики чувствительного элемента для измерения крутящего момента. Возможно искажение динамической картины исследуемого процесса резания. Недостаткам известного устройства является сложность конструкции, большие габариты.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений за счет уменьшения нелинейности характеристики упругого элемента.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения крутящего момента и осевой силы, включающем корпус с хвостовиком, подвижную втулку, чувствительные упругие элементы с датчиками и передаточные силовые элементы в виде шариков, внутри корпуса между упругой тарельчатой мембраной с тензометрическим датчиком и подвижной втулкой установлен шарик, в корпусе выполнены отверстия для шариков, которые установлены между лыской на подвижной втулке и чувствительным упругим элементом с тензометрическим датчиком, причем чувствительный упругий элемент образован двумя сквозными пазами в кольце, установленном на корпусе, а тензометриче-ские датчики соединены с компенсационными датчиками, расположенными на корпусе, по мостовой схеме.
кр
ос
Известно, что у динамометров, даже с толщиной стенки упругой втулки 0,1 мм, точность измеряемых величин М и Р не превышает 5% (Шатерин М.А. и др., Труды Ленинградского политехнического института, 1967, №284, с. 80 - 82).
В предлагаемом техническом решении упругие элементы с тензометрическими датчиками выполнены в виде отдельных элементов, что исключает взаимное влияние. Для повышения чувствительности и линейности измеряемой характеристики в кольце выполнены сквозные пазы, между которыми установлен тензометрический датчик. При нагрузке радиальными силами от шариков, плечо приложения этих сил относительно концов сквозных пазов практически не изменяется, за счет этого повышена линейность измеряемой характеристики.
На фиг.1 показано устройство для независимого измерения крутящего момента и осевой силы; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.4 -схема соединения тензометрических датчиков в измерительную цепь: а) для измерения крутящего момента; б) для измерения осевой силы.
Устройство содержит корпус 1 с коническим хвостовиком, подвижную втулку 2 для закрепления режущего концевого инструмента 3 и кольцо 4. В кольце 4 выполнена проточка с двумя сквозными пазами «а», между которыми установлен тензометрический датчик 5. Кольцо 4 закрыто кожухом 6. В корпусе 1 выполнены отверстия для шариков 7, которые взаимодействуют с кольцом 4 в месте установки тензометрических датчиков 5 и лысками «в» подвижной втулки 2. Шарик 8 расположен в центральном углублении подвижной втулки 2 и взаимодействует с упругой тарельчатой мембраной 9 на которой установлен тензометрический датчик 10. Тензометрические датчики 5, 10 соединены в мостовую схему с компенсационными датчиками 11. Кольцо 4 соединено по посадке движения с корпусом 1 шпонкой 12.
Устройство работает следующим образом.
При осевой нагрузке режущего концевого инструмента 3 подвижная втулка 2 перемещается внутри корпуса 1 и шариком 8 сжимает упругую тарельчатую мембрану 9. Мембрана 9 изгибается и сигнал от тензометрического датчика 10 поступает на измерительную схему.
Под действием крутящего момента шарики 7 перемещаются по лыскам «b» (вдоль лыски «b») до заклинивания, после чего шарики 7 изгибают чувствительный упругий элемент, который выполнен как участок кольца 4, ограниченный двумя сквозными пазами «а». Тензометрические датчики 5 посылают сигнал на измерительную схему.
Для исключения температурного влияния Тензометрические датчики 5 и 10 соединены с компенсационными датчиками 11 по мостовой схеме.
Пример конкретного выполнения.
+0,0018
зад конус
Изготовленным устройством на 100 образцах из материала ЭИ961Ш проведены операции сверления ⌀7мм, зенкерования ⌀7,7мм, развертывания ⌀8 мм. Развертки с задним направлением оснащены твердым сплавом ВК10ХОМ, φ=45°, λ=15°, α=12°, α=8°, f=0,2 мм, конус Морзе №1. При развертывании использовались вращающиеся кондукторные втулки. Радиальное биение режущих кромок 0,01 мм, радиальное биение калибрующей части развертки 0,005 мм, число зубьев 4. В качестве тензометрических датчиков использованы датчики модели КФ 5Р-10-200-Б12 (ТУ 25-06.200-80).
6
Среднеквадратичная погрешность измерения осевой силы составляет 0,2%, крутящего момента 0,5%. Взаимовлияние при одновременном приложении осевой силы и крутящего момента не превышает 1%. Жесткость в направлении действия осевой силы -3,27·10 н/м, крутящего момента- 1580 н.м/ред.
Предполагаемое устройство обладает высокой точностью измерения за счет повышения линейности характеристики осевой силы и крутящего момента. Имеет простую конструкцию, технологично, имеет малые габариты и вес.