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: B23B 29/04, B23Q 17/09, H04B 1/034, 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. 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. 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.
Наиболее близкой является оправка (Патент US №4899594, МПК: B23Q 17/09, опубл. 13.02.1990 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 конструкции является расположение датчиков, при котором регистрируется результирующее значение силы резания, что не позволяет определить и, при необходимости, скорректировать величину каждой составляющей силы резания, поскольку каждая составляющая силы резания имеет свое направление приложения силы.
Технический результат - повышение точности измерения тангенциальной и радиальной составляющей силы резания, автономность устройства.
Технический результат достигается тем, что динамометрическая оправка, содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, тензодатчики, причем тензодатчик тангенциальной силы резания размещен в нижней части корпуса, тензодатчик радиальной силы резания размещен на передней части корпуса, каждый тензодатчик дополнительно оснащен автономным источником питания и приемо-передающим радиоузлом с антенной.
Тангенциальная составляющая силы резания действует по направлению главного движения и направлена вниз (по оси «Z»), действие данной силы оказывает существенную нагрузку на резец (например, изгиб державки от действия данной силы резания). Следовательно, размещение тензодатчика тангенциальной силы резания в нижней части корпуса, а именно в зоне установки резца, непосредственно над державкой, позволяет наиболее точно измерить величину тангенциальной составляющей силы резания.
Радиальная составляющая силы резания направлена перпендикулярно оси вращения (по оси «Y») обрабатываемой заготовки. Она оказывает влияние на вибрации, возникающие в процессе резания, отжимает резец от заготовки, а также может вызвать ее продольный изгиб. Использование тензодатчика радиальной силы резания позволяет более точно измерить значение силы, за счет размещения на передней части корпуса, непосредственно в направлении действия радиальной силы резания.
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. Данные о изменении значений составляющих сил резания 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.
Применение тензодатчиков, оснащенных автономными источниками питания и приемо-передающими радиоузлами с антеннами, обеспечивает автономную работу устройства: избавляет от необходимости подключения к внешним устройствам, что повышает безопасность использования динамометрической оправки в агрессивной среде рабочей зоны станка (отсутствие проводника, подключенного к внешнему источнику питания в зоне резания, исключение необходимости нахождения человека в непосредственной близости с устройством - полученные данные передаются в автоматическом режиме на блоки сбора информации). Кроме этого, за счет возможности передачи данных в автоматическом режиме исключает человеческий фактор, что повышает точность измерения.
На фиг. 1. - представлен общий вид динамометрической оправки.
На фиг. 2. - вид динамометрической оправки снизу.
Динамометрическая оправка, содержащая корпус 1 с цилиндрическим хвостовиком 2, посредством которого динамометрическая оправка закрепляется в револьверной головке станка.
В корпусе 1 выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) 3 и гнезда 4, с возможностью размещения в них тензодатчика тангенциальной силы резания 5, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Z», тензодатчика радиальной силы резания 6, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Y».
Гнездо 4 тензодатчика тангенциальной силы резания 5, выполнено в нижней части корпуса 1, в зоне установки резца (над державкой резца). Гнездо 4 тензодатчика радиальной силы резания 6 выполнено на передней части корпуса 1 (сторона выхода режущей части резца), слева от места установки резца.
Каждый тензодатчик оснащен автономным источником питания 7 и приемо-передающим радиоузлом 8 с антенной 9.
Динамометрическая оправка работает следующим образом.
Предварительно рабочий инструмент, закрепляется в корпусе 1 оправки посредством прижимных пластин, фиксируемых винтами. Гнездо 4 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 5, расположенный в зоне установки резца, фиксирует изменение действующего на резец усилия, направленного по оси «Z» и преобразуя его в электрический сигнал передает данные на приемо-передающий радиоузел 8. Приемо-передающий радиоузел 8 передает полученный сигнал на приемное устройство посредством антенны 9.
Тензодатчик радиальной силы резания 6, расположенный на передней части корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «Y» и преобразуя его в электрический сигнал передает данные на приемо-передающий радиоузел 8. Приемо-передающий радиоузел 8 передает полученный сигнал на приемное устройство посредством антенны 9.
Сигналы, полученные от всех тензодатчиков, собираются на приемном устройстве, с которого выводится, например, на экран.
Благодаря источнику питания 7 каждый тензодатчик и приемо-передающие радиоузлы 8 получают энергию для процесса преобразования и передачи данных.
Таким образом, использование динамометрической оправки, содержащей корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, тензодатчик тангенциальной силы резания, размещенный в нижней части корпуса, тензодатчик радиальной силы резания, размещенный на передней части корпуса, автономный источник питания, приемо-передающий радиоузел с антенной, позволяет повысить точность измерения тангенциальной и радиальной составляющей силы резания, а также обеспечить автономность устройства.