Способ измерения термо-ЭДС при сверлении
METHOD FOR MEASURING THERMAL EMF DURING DRILLING

Изобретение относится к области механической обработки материалов, а именно к способам исследования температурного состояния процесса резания при сверлении методом естественно образующей термопары.
Известен способ измерения температуры в зоне резания при сверлении (а.с. СССР №263215, кл. В23В 26/06, 1968 г. Аналог), принцип работы которого заключается в том, что разработана специальная конструкция, имеющая металлический стержень равный диаметру сверла, помещенный в диэлектрическую втулку которая препятствует возникновению дополнительных термо-ЭДС на периферии сверла.
Областью применения данного способа является металлообрабатывающая промышленность.
Недостатками такого способа является низкая виброустойчивость диэлектрической втулки при сверлении, а также сложность фиксации металлического стержня, что приведет к погрешности измерения температурного состояния процесса резания. Вместе с тем, предлагаемый способ имеет расхождение от присутствующих на производстве условий, поскольку в процессе резания участвуют как режущие кромки сверла, так и периферийная его часть, температурные показатели которой также представляют научный интерес.
Известен способ измерения температуры резания при сверлении (а.с. СССР №1076199, кл. В23В 25/06, 1983 г. Аналог), позволяющий повысить точность измерения за счет исключения паразитных термо-ЭДС при помощи металлического стержня, установленного в диэлектрической втулке, диаметр которого равен диаметру сверла, так же в стержне имеется отверстие, равное ширине перемычки, в результате чего, исключено влияние на температурные показатели процесса резания периферийной части и перемычки сверла.
Областью применения способа является металлообрабатывающая промышленность.
Недостатком такого способа является низкая виброустойчивость в процессе резания из-за наличия диэлектрика, также данный способ не позволяет в полной мере исследовать температурное состояние процесса резания т.к. в условиях производства, как правило, не представляется возможным исключить участие перемычки и периферийной части режущего инструмента при сверлении. Следовательно, экспериментальные данные полученные данным способом, подходят исключительно для специфических задач и исключают широкое применение.
Известен способ измерения ЭДС резания (Патент РФ 2149745, B23Q 17/09, опубл. 27.05.2000 г. Аналог), который позволяет повысить точность измерения температуры резания при сверлении методом естественной термопары, путем нанесения на режущий инструмент слоя диэлектрического (алмазного) покрытия, что позволяет изолировать периферийную часть сверла а также поочередно изолировать переднюю и заднюю поверхности, тем самым ограничивая электрический контакт обрабатываемой детали и режущего инструмента, что в свою очередь позволяет исключить влияние паразитных термо-ЭДС и повысить точность измерения.
Областью применения способа является металлообрабатывающая промышленность.
Недостатком данного способа является сложность и дороговизна нанесения диэлектрического (алмазного) покрытия. Связано это с дороговизной изготовления самого алмазного порошка, использованием специального оборудования, также возникают дополнительные сложности в контроле толщины покрытия. Известно, что угол образующей обратного конуса сверла в среднем равен 1°38'28'', в связи с чем возникает необходимость в нанесении равномерного, тонкого слоя диэлектрического покрытия из-за малой величины зазора между периферийной частью сверла и обработанным отверстием. Неравномерность нанесения и прочность алмазного покрытия может привести к заклиниванию инструмента в связи с возникновением дополнительных участков трения, что неизбежно приведет к дестабилизации процесса резания, возникновению вибраций, дополнительному теплообразованию, а следовательно, и к погрешности измерения.
80
Наиболее близким аналогом патентуемого изобретения является способ измерения температуры резания металлов (а.с. СССР №152327, кл. G 01; 42i, 8, 1962 г. Прототип), принцип работы которого заключается в том, что режущую пластинку из твердого сплава изолируют от корпуса сверла прокладками, поверхность корпуса сверла покрывают изолирующим составом, а место холодного спая выносят из зоны нагрева и изолируют обрабатываемую деталь от станка. Это позволяет повысить точность измерения температуры резания путем устранения влияния паразитных термоэлектродвижущих сил.
Данный способ имеет следующие недостатки:
1. Для самоцентрирования твердосплавной пластинки необходимо предварительно изготовить отверстие, либо дополнительно применить текстолитовую кондукторную втулку, что влечет к дополнительным трудностям, связанным с подготовительными операциями.
2. В теле корпуса сверла изготавливается дополнительное отверстие для установки контактного столбика и пружины, что может вызвать снижение жесткости корпуса при возникновении большого крутящего момента, например при сверлении труднообрабатываемых материалов.
3. Для проведения экспериментальных исследований с использованием различных твердосплавных пластинок, в зависимости от их химического состава необходимо дополнительно изготавливать и столбик, что усложняет конструкцию.
4. Для снятия электродвижущей силы с вращающейся твердосплавной пластинки на корпус сверла насаживают медное токосъемное кольцо, изолированное от корпуса текстолитовыми дисками, кольцо в свою очередь скрепляют с дисками винтами. Съем электродвижущей силы с кольца производят при помощи щеток. Концы проводов от щеток и обрабатываемой детали присоединяют к клеммам регистрирующего прибора, однако данный способ съема электродвижущей силы применим при условии, что процесс сверления осуществляется, например, на фрезерном станке при отсутствии поступательного осевого перемещения сверла, осуществляющего движение подачи, поскольку эту задачу выполняет стол фрезерного станка. Т.к. в большинстве случаев процесс сверления осуществляется на сверлильных станках, при котором движение подачи осуществляется шпинделем станка, необходимо разработать дополнительное приспособление, позволяющее производить съем электродвижущей силы при вращательном, возвратно-поступательном перемещении сверла и шпинделя, обеспечив при этом постоянный электрический контакт.
Техническим результатом изобретения является высокая точность измерения термо-ЭДС при сверлении, методом естественно образующейся термопары при помощи конструкции, которая обеспечивает электрическую изоляцию обрабатываемой детали и сверла без снижения жесткости системы СПИД и возникновения дополнительных паразитных термопар, также конструкция устройства позволяет производить регистрацию термо-ЭДС при вращательном, возвратно-поступательном движении сверла без нарушения электрического контакта.
Это достигается тем, что сверло изолировано от сверлильного станка (на чертеже не указан) при помощи разрезной диэлектрической втулки, которая представляет собой абразивный материал, состоящий из тканевой основы с нанесенным на нее слоем абразивного зерна или порошка, которая также предотвращает сверло от проскальзывания в процессе резания, в свою очередь, от повреждения разрезной диэлектрической втулки в процессе установки сверла в сверлильном патроне, применяется разрезная металлическая втулка. Электроизоляцию обрабатываемой детали от стола сверлильного станка обеспечивает разрезная эбонитовая втулка и эбонитовый диск. В свою очередь, для предотвращения от повреждения разрезной эбонитовой втулки при зажатии обрабатываемой детали в приспособлении, между зажимными губками и разрезной эбонитовой втулкой устанавливаются металлические пластины. Передача термо-ЭДС от подвижного сверла к медному токосъемнику, обеспечивается при помощи фторопластовой втулки, закрепленной на шпинделе сверлильного станка, на торце которой расположен медный диск. Постоянный электрический контакт медного токосъемника и медного диска, при прямолинейном, возвратно поступательном и вращательном движении сверла, обеспечивается благодаря наличию пружины, соединенной с направляющей втулкой и подвижной втулкой, а также при помощи направляющего стержня, расположенного на регулируемой стойке, которая в свою очередь, установлена на столе сверлильного станка. Регистрация термо-ЭДС осуществляется при помощи милливольтметра, соединенного с обрабатываемой деталью и медным токосъемником через медные провода.
Отличием данного технического решения от прототипа является тот факт, что:
1. Изоляция сверла осуществляется при помощи разрезной диэлектрической втулки, состоящей из тканевой основы с нанесенным на нее слоем абразивного зерна или порошка, установленного в разрезной металлической втулке, что в совокупности позволяет с одной стороны избежать проскальзывания сверла в процессе резания с другой защищает разрезную диэлектрическую втулку от повреждения при закреплении в сверлильном патроне;
2. Изоляция обрабатываемой детали осуществляется при помощи эбонитового диска и разрезной эбонитовой втулки, а для предотвращения от повреждения разрезной эбонитовой втулки при зажатии обрабатываемой детали в сверлильном патроне, используются металлические прокладки;
3. Для передачи термо-ЭДС от вращающегося сверла (осуществляющего в процессе резания также возвратно-поступательное движение) к милливольтметру, разработана конструкция, содержащая фторопластовую втулку, которая установлена на шпинделе сверлильного станка с медным диском на торце, соединенного с сверлом при помощи медного электропровода, передающего электрический сигнал через медный диск на медный токосъемник, постоянный электрический контакт которого, обеспечивается при помощи пружины, закрепленной одним концом с направляющей втулкой а другим с подвижной втулкой.
Способ измерения термо-ЭДС при сверлении представлен на чертеже:
фиг. 1 - конструктивная схема способа измерения термо-ЭДС при сверлении в осевом сечении и местном разрезе.
фиг. 2 - конструктивная схема электроизоляции сверла в осевом сечении.
Способ измерения термо-ЭДС при сверлении содержит стол сверлильного станка 1, фиксирующий винт 2, регулируемую стойку 3, гайки-барашки (барашковые) 4, пружину 5, фиксирующие хомуты 6, направляющую втулку 7, подвижную втулку 8, диэлектрик 9, медный токосъемник 10, фторопластовую втулку 11, шпиндель сверлильного станка 12, фиксирующие винты 13, медный диск 14, сверлильный патрон 15, сверло 16, обрабатываемую деталь 17, разрезную эбонитовую втулку 18, зажимные губки 19, эбонитовый диск 20, стол сверлильного станка 21, металлические прокладки 22, медные электропровода 23, милливольтметр 24, направляющий стержень 25, электроизоляционную прокладку 26, разрезную диэлектрическую втулку 27, разрезную металлическую втулку 28.
Принцип работы способа заключается в следующем: сверло 16 изолировано при помощи разрезной диэлектрической втулки 27, которая представляет собой абразивный материал, состоящий из тканевой основы с нанесенным на нее слоем абразивного зерна или порошка, которая также предотвращает проскальзывание сверла 16 в процессе резания. От повреждения разрезной диэлектрической втулки 27 в процессе установки сверла 16 в сверлильном патроне 15, предусмотрена разрезная металлическая втулка 28. Электроизоляцию обрабатываемой детали 17 от стола сверлильного станка 21 обеспечивает разрезная эбонитовая втулка 18 и эбонитовый диск 20. От повреждения разрезной эбонитовой втулки 18 при фиксации обрабатываемой детали 17, между зажимными губками 19 и разрезной эбонитовой втулкой 18 установлены металлические прокладки 22. Передачу термо-ЭДС от подвижного сверла 16, к неподвижному медному токосъемнику 10, обеспечивает закрепленная на шпинделе сверлильного станка 12 при помощи фиксирующих винтов 13 фторопластовая втулка 11, с расположенным на торце медным диском 14. Электрический контакт медного токосъемника 10 и медного диска 14 при прямолинейном, возвратно-поступательном и вращательном движении шпинделя сверлильного станка 12 и сверла 16, обеспечивается при помощи неподвижной направляющей втулки 7 и подвижной втулки 8, (закрепленных фиксирующими хомутами 6) а также направляющего стержня 25, расположенного на регулируемой стойке 3 установленной на столе сверлильного станка 1 при помощи фиксирующего винта 2. Расположение медного токосъемника 10 относительно медного диска 14 регулируется при помощи гаек-барашков (барашковых) 4. Регистрация термо-ЭДС осуществляется при помощи милливольтметра 24 подключенного к обрабатываемой детали 17 и медному токосъемнику 10 при помощи электрических проводов 23. Медный токосъемник 10 также изолирован от подвижной втулки при помощи диэлектрика 9.
Способ работает следующим образом: Фторопластовая втулка с медным диком устанавливается в шпинделе сверлильного станка и закрепляется при помощи фиксирующих винтов, далее сверло с электрическим проводом, разрезной диэлектрической втулкой и разрезной металлической втулкой устанавливается в сверлильном патроне. Регулируемая стойка с гайками-барашками (барашковыми), пружиной, фиксирующими хомутами, направляющей втулкой, подвижной втулкой, медным токосъемником, направляющим стержнем устанавливаются на столе сверлильного станка при помощи фиксирующего винта. Положение медного токосъемника относительно медного диска регулируется при помощи гаек-барашков (барашковых). Обрабатываемая деталь также изолируется от стола сверлильного станка при помощи разрезной эбонитовой втулки и эбонитового диска. Во избежание повреждения разрезной эбонитовой втулки при фиксации обрабатываемой детали, между зажимными губками и разрезной эбонитовой втулкой установлены металлические прокладки. Регистрация термо-ЭДС осуществляется при помощи милливольтметра, подключенного к обрабатываемой детали и сверлу, соединенного при помощи электрических проводов. Медный токосъемник также изолирован от подвижной втулки при помощи диэлектрика.