Многокомпонентный динамометр

Настоящая полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для измерения составляющих силы резания и крутящих моментов при фрезеровании.
Из существующего уровня техники известен универсальный динамометр, содержащий корпус, нагрузочное средство, выполненное в виде плиты прямоугольной формы, зафиксированное датчиками, а также разъемное шасси для вывода сигнала (Руководство к универсальному динамометру УДМ конструкции ВНИИ / ВНИИ; ред. А.Д. Мартынов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: ВНИИ, 1969).
Недостатком данного устройства является то, что в силу пространственно ориентированной организации конструктивных элементов при фрезеровании концевыми фрезами на вертикальных фрезерных станках рассматриваемые составляющие силы резания могут быть измерены только на коротком участке нагрузочного стола динамометра, что не позволяет проводить длительный мониторинг составляющих силы резания.
Наиболее близким к заявленной полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является двухкомпонентный динамометр для измерения составляющих силы резания при фрезеровании, содержащий крышку и основание, на котором расположены взаимно перпендикулярно относительно друг друга верхнее и нижнее нагрузочные средства. Каждое из нагрузочных средств выполнено из нагрузочной плиты и призматического элемента, соединенных винтами, установленного по скользящей посадке в основании и зафиксированного от поперечного смещения средствами фиксации в виде призматических направляющих, стальных шариков и затяжных болтов. В продольном направлении с каждой стороны призматических направляющих как верхнего, так и нижнего нагрузочного средства установлено по два тензометрических датчика (патент RU 2411471 С1, МПК G01L 5/00 (2006.01)).
Недостатком описанного двухкомпонентного динамометра является невысокая точность и информативность измерений вследствие отсутствия возможности измерения вертикальной составляющей силы резания и крутящих моментов.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание динамометра, обеспечивающего повышение точности и информативности измерений.
Данная задача решается за счет того, что в многокомпонентном динамометре, содержащем основание с датчиками и нагрузочную плиту, согласно полезной модели нагрузочная плита расположена в пространственном координатном углу, образованном взаимно перпендикулярными плоскостями стенок введенного в устройство корпуса, охватывающих нагрузочную плиту и встроенных в основание, и основания, при этом плита взаимодействует с тремя группами датчиков, расположенными в плоскостях координатного угла и измеряющими три составляющих силы резания и три крутящих момента.
Повышение точности и информативности измерений обусловлены тем, что установка нагрузочной плиты в пространственном координатном углу, образованном взаимно перпендикулярными плоскостями введенного в устройство корпуса и основания, позволяет осуществить воздействие нагрузочной плиты на три группы датчиков, расположенных в плоскостях координатного угла и позволяющих измерять три составляющие силы резания и три крутящих момента.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сверху многокомпонентного динамометра, на фиг. 2 - его ступенчатый разрез, на фиг. 3 - общий вид его отдельных элементов.
Кроме этого, на чертежах дополнительно буквами X, Y, Z показаны оси координат в виде прямых линий со стрелками.
Многокомпонентный динамометр содержит основание 1, корпус со стенками 2, 3, 4 и 5, промежуточный элемент 6 и нагрузочную плиту 7. Нагрузочная плита 7 расположена в пространственном координатном углу, образованном взаимно перпендикулярными плоскостями стенок 2 и 3 корпуса, охватывающих нагрузочную плиту 7 и встроенных в основание 1, и основания 1.
х
z
у
z
z
х
у
z
х
у
Нагрузочная плита 7 установлена взаимодействующей с пьезоэлектрическими датчиками 8 и 9, закрепленными в стенке 3 координатной плоскости YOZ и измеряющими составляющую силы резания Р и крутящий момент M, с пьезоэлектрическими датчиками 10 и 11, закрепленными в стенке 2 координатной плоскости XOZ и измеряющими составляющую силы резания Р и крутящий момент M, с пьезоэлектрическими датчиками 12 и 13, закрепленными в плоскости основания 1 на равном удалении от стенки 2 и измеряющими составляющую силы резания Р и крутящие моменты М и М, и с пьезоэлектрическими датчиками 14 и 15, закрепленными в плоскости основания 1 на равном удалении от стенки 4, также измеряющими составляющую силы резания P и крутящие моменты М и М.
Кроме того, многокомпонентный динамометр снабжен винтами 16, скрепляющими промежуточный элемент 6 и нагрузочную плиту 7, для обеспечения предварительного натяга датчиков 12, 13, 14 и 15, а также винтами 17, закрепленными в стенке 5 для обеспечения предварительного натяга датчиков 8 и 9, винтами 18, закрепленными в стенке 4 для обеспечения предварительного натяга датчиков 10 и 11.
Пьезоэлектрические датчики 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 подключены к аналого-цифровому преобразователю, связанному с ЭВМ (не показаны).
Многокомпонентный динамометр работает следующим образом.
Динамометр устанавливается на стол фрезерного станка, затем на нагрузочном столе 7 закрепляется обрабатываемая заготовка (не показана). С помощью винтов 16 осуществляется предварительный натяг датчиков 12, 13, 14 и 15. С помощью винтов 17 осуществляется предварительный натяг датчиков 8 и 9. Винтами 18 осуществляется предварительный натяг датчиков 10 и 11.
При обработке заготовки под действием сил резания нагрузочный стол 7 перемещается в трех взаимно перпендикулярных направлениях, вращается вокруг координатных осей X, Y, Z и воздействует на пьезоэлектрические датчики 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, сигнал с которых поступает на аналого-цифровой преобразователь, а затем - в ЭВМ.
Таким образом, предлагаемый многокомпонентный динамометр позволяет измерять три составляющие силы резания и три крутящих момента независимо от положения заготовки на нагрузочном средстве, что повышает точность и информативность измерений.