УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к области металлообрабатывающего оборудования, в частности к вспомогательным устройствам, и может найти применение для измерения силы резания в процессе обработки изделия на токарных станках.
Известно устройство для измерения силы резания в металлорежущих станках, содержащее чувствительный элемент в виде пьезопакета, расположенного в предварительно поджатом состоянии между двумя соответствующими деталями станка, через которые проходит силовой поток, обусловленный силой резания (Патент РФ №2028872, В23В 25/06, 1995).
К недостаткам известного из уровня техники устройства является сложность конструкции и невозможность измерения силы резания при поточном производстве изделий.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сущности, назначению и достигаемому результату является устройство для измерения составляющих сил резания, содержащее основание, на котором закреплены неподвижные стойки с датчиками, воспринимающими ортогональные проекции силы резания (Патент РФ №2397856, B23Q 17/09, 2010).
К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и недостаточную точность измерительной системы.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленная полезная модель, является создание такой конструкции вспомогательного устройства, которая обеспечила бы высокоточное измерение силы резания в процессе обработки при поточном изготовлении изделий на токарном станке.
Технический результат, соответствующий поставленной технической задаче, достигается за счет того, что заявленное устройство, содержащее средства съема информации, выполненные в виде бесконтактных датчиков перемещения, установленных ортогонально друг другу в поперечной плоскости относительно оси заготовки, согласно полезной модели, дополнительно снабжено вычислительным средством с заданной программой и средством визуализации, при этом средства съема информации установлены в зоне шпинделя для съема информации о перемещении периферийной поверхности фланца шпинделя, формирования электрического сигнала, соответствующего этому перемещению, а вычислительные средства обеспечивают обработку полученной информации с определением программного параметра, характеризующего силу резания, как по величине, так и по направлению ее действия.
Оптимально чтобы в заявленном устройстве вычислительные средства были выполнены с возможностью вычисления, а средства визуализации -построения текущих траекторий оси шпинделя с последующим определением программного радиуса-вектора от центра базовой окружности, построенной на холостом ходу, до центра базовой окружности, построенной под воздействием силы резания при обработке изделия.
Устройство для измерения силы резания в процессе обработки изделия на токарном станке поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично изображено устройство для измерения силы резания в процессе обработки изделия на токарном станке;
- на фиг.2 - интерфейс с результатами расчета и построения программного параметра, характеризующего силу резания.
Заявленное устройство для измерения силы резания в процессе обработки изделия на токарном станке (фиг.1) содержит два бесконтактных датчика перемещения 1, установленных в поперечной плоскости резания под углом 90° друг к другу, фланец 2 шпиндельного узла токарного станка, с боковой периферийной поверхностью которого взаимодействуют чувствительные наконечники датчиков 1. Сигналы о перемещении поверхности фланца 2 под воздействием силы резания подаются на плату 3 входа-выхода и далее на компьютер 4, которые снабжены специальной программой и средствами визуализации.
Заявленное устройство работает следующим образом.
При работе токарного станка на холостом ходу под воздействием инерциальных и других сил (фиг.2) ось вращения шпинделя перемещается по определенной траектории, характерной для каждого токарного станка. Под воздействием сил резания при обработке изделия упругая система станка деформируется, в результате чего траектория оси шпинделя смещается в пространстве. При этом величина и направление смещения траектории оси шпинделя в полной мере соответствует действующей силе резания, как по величине, так и по направлению.
В соответствии с заявленным устройством бесконтактные датчики 1, установленные ортогонально друг другу в плоскости резания, обеспечивают непрерывный съем информации о перемещении фланца 2 шпинделя в процессе обработки изделия и формируют электрический сигнал, соответствующий этому перемещению оси шпинделя. Вычислительные средства в виде платы 3 и компьютера 4 обеспечивают обработку полученной информации от бесконтактных датчиков перемещения 1 по специально разработанной программе Kraft с определением программного параметра, характеризующего силу резания, как по величине, так и по направлению ее действия. Обработка сигналов производится методами математической статистики с выборкой 30 оборотив шпинделя на одно расчетное значение траектории перемещения шпинделя. Вначале производится обработка и построение траектории перемещения шпинделя на холостом ходу. Затем, в соответствии со стандартом DIN ISO 1101 производится расчет и построение базовой окружности по варианту LSC, который рекомендует определять радиус базовой окружности как окружность, имеющую минимальную величину суммы квадратов расстояний от базовой окружности до траектории шпинделя. Построенная базовая окружность имеет центр, который в дальнейшем является центром ортогональных координат XOY. В процессе резания непрерывно строятся новые траектории перемещения шпинделя, соответствующие режиму обработки изделия. При этом рассчитывается и строится базовая окружность с центром . Радиус-вектор  будет пропорционален средней величине и направлению а силы резания в поперечном сечении изделия за 30 оборотов шпинделя.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - высокоточное измерение силы резания в процессе обработки при поточном изготовлении изделий на токарном станке.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение для измерения силы резания в процессе обработки изделия на токарных станках при поточном производстве;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.