Автономный модуль для измерения ЭДС резания

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в машиностроении при обработке металлов резанием для автоматического определения режимов резания путем определения взаимных свойств контактной пары инструмент – обрабатываемый материал через величину термоЭДС при механической обработке.
Известно устройство для измерения температуры резца естественной термопарой, содержащее обрабатываемую заготовку, резец, изолированный от суппорта станка, удлинительный термоэлектрод, соединяющий режущую часть резца с измерительным прибором, другой удлинительный термоэлектрод, связывающий измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, который выполнен в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть суппорта станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода, подключенного к измерительному прибору (Патент РФ № 2650827, МПК G01K 13/00, G01K 7/02, опубл. 17.04.2018).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная жесткость, вызванная применением электроизоляционных прокладок, размещаемых между резцедержателем и суппортом станка. Также к подобным причинам относится невысокий уровень защищенности узлов измерительной системы от воздействия агрессивной среды рабочей зоны станка, а также сложности, возникающие при смене инструмента, обусловленные способом электроизоляции.
Наиболее близким и принятым за прототип является резец сборной конструкции для измерения ЭДС резания, в гнезде корпуса которого размещена и закреплена рычагом посредством винта режущая пластина. Корпус токопроводящего режущего инструмента или заготовку изолируют от массы станка, включают инструмент и заготовку в замкнутую электрическую цепь и регистрируют ЭДС, возникающую в процессе резания на контактных поверхностях инструмента (Патент РФ № 2165337, МПК B23B 25/06, опубл. 20.04.2001).
Недостатками данного устройства является нанесение электроизоляционного покрытия на режущую пластину, что исключает применение стандартных быстросменных платин и ведет к удорожанию выполняемых операций резания. Также необходимость электроизоляции корпуса сборного резца от массы станка приводит к снижению жесткости системы.
Задача полезной модели – разработка устройства для измерения эдс резания, применимого в промышленных условиях.
Технический результат – безопасность использования измерительной системы в агрессивной среде рабочей зоны станка, расширение арсенала технических средств для измерения ЭДС резания.
Технический результат – безопасность использования измерительной системы в агрессивной среде рабочей зоны станка, расширение арсенала технических средств для измерения ЭДС резания.
Технический результат достигается при использовании автономного модуля для измерения ЭДС резания, в виде резца сборного состоящего из державки со сменной режущей пластиной, закрепленной рычагом, посредством винта и изолированной от державки, и проводника, для подключения в измерительную цепь, причем изоляция сменной режущей пластины выполнена снизу посредством прокладки и по бокам при помощи стальных пластин, при этом рычаг, прокладка и стальные пластины покрыты корундом, а проводник присоединен к подпружиненному контакту, расположенному в рычаге и проходит по канавке вдоль державки под съемной пластиной, и подключен к расположенному в державке блоку обработки и передачи сигнала, включающему гальванометр и приемо-передающий радиоузел.
2
3
Применение прокладки, стальных пластин и рычага, покрытых диэлектрическим износостойким покрытием из корунда (оксида алюминия AlO),обеспечивает электроизоляцию режущей пластины, тем самым обеспечивая безопасность использования измерительной системы в агрессивной среде рабочей зоны станка. Кроме этого, отсутствие дополнительных электроизоляционных прокладок, размещенных между резцедержателем и суппортом станка, позволяет повысить жесткость измерительной системы.
2
3
Диэлектрическое износостойкое покрытие AlOнаносится методом плазменного напыления или PVD покрытием. Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. PVD покрытие - это метод напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при котором покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала. Различают следующие стадии вакуумного напыления:
1.Создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление,
2.Транспорт пара к подложке;
3.Конденсация пара на подложке и формирование покрытия.
2
3
Применение таких видов покрытия позволяет получить толщину слоя 0.1 мм, при которой диэлектрическое износостойкое покрытие AlO сохраняет свои свойства.
2
3
Диэлектрическое износостойкое покрытие AlO благодаря своей высокой твердости позволяет уменьшить вибрации при резании даже при нанесении тонким слоем. Такая изоляция режущей пластины позволяет использовать стандартные режущие пластины без модификации и облегчает процесс снятия-установки тела резца в резцедержатель / оправку, что значительно упрощает обслуживание измерительной системы.
Присоединение проводника к подпружиненному контакту, находящемуся внутри рычага, обеспечивает его изоляцию от агрессивной среды рабочей зоны станка, что повышает безопасность использования измерительной системы. Кроме того, полученная конструкция позволяет, регистрировать стабильный сигнал ЭДС непосредственно с режущей пластины, что уменьшает влияние паразитных ЭДС и повышает точность измерения.
Использование съемной пластины для защиты проводника, проходящего по канавке вдоль державки, позволяет защитить элементы измерительной цепи от воздействия агрессивной среды рабочей зоны станка.
Наличие встроенного блока обработки и передачи сигнала, включающего гальванометр и приемо-передающий радиоузел, обеспечивает автономную работу устройства: избавляет от необходимости подключения к внешним устройствам (гальванометр, считывающее устройство), что повышает безопасность использования измерительной системы в агрессивной среде рабочей зоны станка (отсутствие проводника, подключенного к внешнему источнику питания, в зоне резания, исключение необходимости нахождения человека в непосредственной близости с измерительной системой - полученные данные передаются в автоматическом режиме на блоки управления и сбора информации). Кроме этого, за счет возможности передачи данных в автоматическом режиме исключает человеческий фактор, что повышает точность измерения.
На фиг. 1 представлена измерительная цепь для измерения ЭДС.
На фиг. 2 представлено устройство для измерения ЭДС.
На фиг. 3 представлен встроенный автономный модуль для измерения ЭДС резания.
Резец сборный 1 для измерения ЭДС резания, состоит из державки 2, в гнезде режущей части которой размещена сменная режущая пластина 3. Сменная режущая пластина 3 закреплена рычагом 4, посредством винта 5 и изолирована от державки 2 снизу прокладкой 6, а по бокам при помощи стальных пластин 7, зафиксированных винтами 8. Рычаг 4, прокладка 6 и стальные пластины 7 покрыты диэлектрическим износостойким покрытием из корунда. В рычаге 4 находится подпружиненный контакт 9, к которому присоединен проводник 10. Проводник 10 проходит по канавке вдоль державки 2 и закрыт съемной пластиной 11. Съемная пластина закреплена винтами 12. Посредством проводника 10 резец 1 подключается в измерительную цепь. Сменная режущая пластина 3 в измерительной цепи контактирует с заготовкой 13.
Для измерения ЭДС резания в измерительную цепь включен блок обработки и передачи сигнала 14, состоящий из гальванометра 15 связанного с узлом обработки сигнала 16. К узлу обработки сигнала 16 подключен приемо-передающий радиоузел 17 с антенной 18 и автономный источник питания 19.
Устройство работает следующим образом.
Резец сборный 1 для измерения ЭДС резания устанавливают в резцедержателе станка. Заготовку 13 устанавливают в шпинделе станка. При контакте сменной режущей пластины 3 с заготовкой 13, цепь замыкается. Для измерения ЭДС резания в измерительную цепь включен гальванометр 14.
,
В процессе резания в измерительной цепи, образованной за счет электроизоляции сменной режущей пластины 3 прокладкой 6 и стальными пластинами 7, покрытыми диэлектрическим износостойким покрытием из корунда а также электроизоляции рычага 4, вследствие нагрева в зоне резания возникает термоЭДС. Величина термоЭДС возникающая на поверхностях сменной режущей пластины 3 регистрируется гальванометром 14, подключенным к сменной режущей пластине 3 посредством проводника 10, присоединенного к подпружиненному контакту 9.
Благодаря источнику питания 19, гальванометра 15, модуль обработки сигнала 16 и приемо-передающий радио-модуля 17 получают энергию для процесса преобразования показания с гальванометра 15 и передают их с помощью антенны 18 на блок управления и сбора информации (на фиг. не показаны).
Автономный модуль для измерения ЭДС резания адаптирован к промышленному применению методов автоматического управления режимами резания за счет повышения жесткости и надежности измерительной системы, а также упрощения ее обслуживания и возможности использования сменных режущих пластин без модификации.
Таким образом, включенный в измерительную цепь посредством проводника, автономный модуль для измерения ЭДС резания, в виде резца сборного состоящего из державки со сменной режущей пластиной, закрепленной рычагом, посредством винта и изолированной от державки снизу посредством прокладки, а по бокам при помощи стальных пластин, при этом рычаг, прокладка и стальные пластины покрыты корундом, а проводник присоединен к подпружиненному контакту, расположенному в рычаге и проходит по канавке вдоль державки под съемной пластиной, и подключен к расположенному в державке блоку обработки и передачи сигнала, включающему гальванометр и приемо-передающий радиоузел, обеспечивает безопасность использования измерительной системы в агрессивной среде рабочей зоны станка и расширяет арсенал технических средств для измерения ЭДС резания.