Устройство для измерения усилий резания при сверлении
DEVICE FOR MEASUREMENT OF CUTTING FORCES DURING DRILLING

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения сил и моментов резания при сверлении.
Известно устройство для измерения усилий резания при сверлении, которое отличается сложностью конструкции. В процессе проведения измерений не полностью исключено взаимное влияние крутящего момента и осевой силы сверления (Пат. SU351099, GOIL 1/04, 01.01.1972 г.).
Известно устройство для измерения сил и моментов резания, выбранного в качестве прототипа, в котором вначале производится измерение крутящего момента, а затем - осевой силы резания. Измерения осевой силы резания происходит переналадкой данного устройства, при этом подвижная площадка, на которой закреплена рассверливаемая деталь, фиксируется неподвижно (Патент SU1636141A1 В23В 51/00 опубл. 23.03.1991 г.).
Недостатком известной конструкции является невозможность одновременного измерения крутящего момента сверления и его осевой силы, поэтому вначале производится измерение крутящего момента сверления, а затем после его переналадки, замеряется его осевая сила. Таким образом, проводится два независимых друг от друга эксперимента. Известно, что каждый эксперимент, а также простое измерение повторяющихся параллельных опытов характеризуются рассеянием их результатов, так как они имеют статистическую природу. Поэтому, при проведении раздельных измерений крутящего момента и осевой силы при сверлении происходит суммирование их погрешностей, что снижает, в данном случае, достоверность результатов экспериментальных исследований. Поэтому можно утверждать, что проведение раздельных измерений крутящего момента и осевой силы сверления привносит дополнительную методическую ошибку при проведении рассматриваемых исследований.
Задачей заявляемого изобретения является разработка конструкции силоизмерительного устройства с повышенной точностью одновременного измерения крутящего момента и осевой силы при сверлении, без взаимного влияния исследуемых параметров.
Поставленная задача решается тем, что силоизмерительное устройство для измерения сил и моментов резания при сверлении, содержащее подвижной стол, измерительную площадку с тремя опорными стойками с соосно расположенными в них подшипниками качения, два соосных вала, установленных в этих подшипниках с общей средней опорой, сверло, тензометрическую муфту кручения, весовое устройство, тензодатчики, датчик силы сжатия.
Первый из этих двух валов со сверлом в торце, расположен в боковой и средней опорах. Этот вал заканчивается фланцем, находящемся за средней опорой, в котором размещен радиально - упорный подшипник, служащий опорой для второго вала. Второй конец этого вала опирается на вторую боковую опору. При таком взаимном расположении валов, они могут свободно вращаться друг относительно друга. К фланцу первого вала присоединена тензометрическая муфта. На торце тензомуфты закреплен горизонтально расположенный рычаг, своим свободным концом опирающийся на весовое устройство. При этом происходит стопорение тензомуфты и передача тангенциального усилия крутящего момента на весовое устройство. В процессе сверления его крутящий момент посредством первого вала передается на застопоренную тензомуфту. Это приводит к ее кручению без влияния осевой силы и соответствующей деформации наружной цилиндрической поверхности тензомуфты и наклеенных на ней тензодатчиков. Сигнал с тензодатчиков передается на регистрирующую крутящий момент аппаратуру.
Осевая сила сверления с первого вала на второй передается через радиально - упорный подшипник без влияния крутящего момента сверления и воспринимается датчиком силы сжатия, установленном во второй боковой опоре.
Предлагаемое устройство для исследования усилий резания при сверлении обеспечивает высокую точность за счет одновременного и без взаимного влияния измерение крутящего момента и осевой силы.
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство для измерения усилий резания; на фиг. 2 показана схема стопорения тензомуфты и ее тарировки (Разрез А-А на фиг. 1).
Силоизмерительное устройство (фиг. 1) содержит станину 1, держатель рассверливаемой детали 2, рассверливаемую деталь 3, сверло 4, боковую опорную стойку 5, первый стальной вал 6, среднюю опорную стойку 7, фланец 8, радиально - упорный подшипник 9, тензомуфту 10, тензодатчики 11 и 12, шарикоподшипник 13, второй вал 14, вторую боковую опорную стойку 15, крышку 16, датчик силы сжатия 17, коммутационный провод 18 датчика 17, измерительную площадку 19, подвижный стол 20 и. стопорящий тензомуфту рычаг 21, весовое устройство 22 (фиг. 2).
При проведении исследований сверление осуществляется вращающейся деталью 3 закрепленном в держателе 2 и сверлом 4, установленным на валу 6, а подача осуществляется за счет поступательного движения подвижного стола 20 в направлении детали 3. Возникающий при сверлении крутящий момент передается на вал 6 с его фланцем 8, который соединен с тензомуфтой 10. На тензомуфту 10 передается только крутящий момент, который возникает за счет ее стопорения поперечным, перпендикулярным оси вращения рычагом 21 (фиг. 2) который передает тангенциальные силы Рт крутящего момента на весовое устройство 22. Рычаг 21, весовое устройство 22 на фиг. 1 не показаны.
На наружной цилиндрической поверхности тензомуфты 10 наклеены тензодатчики 11 и 12, расположенные под углом 45 градусов к оси муфты и взаимно - перпендикулярно друг к другу. В этих направлениях возникают главные нормальные напряжения сжатия и растяжения при кручении круглых стержней. Поэтому указанные тензодатчики воспринимают максимальные деформации разного знака и, образуя внешний полумост мостика Уитстона, посылают удвоенный сигнал в измерительную аппаратуру рассматриваемого устройства.
Для тарировки аппаратуры, применяемой для измерения крутящего момента, используются весы 22 (фиг. 2). Они также могут служить для измерения крутящего момента в дискретном режиме.
Осевая сила сверления последовательно передается первым валом 6 на радиально - упорный подшипник 9, а через него на второй вал 14, который упирается в датчик силы сжатия 17, расположенный во второй боковой опоре 15. Сопряжение первого 6 и второго 14 валов через радиально - упорный подшипник 9 исключает передачу осевой силы сверления на тензометрическую муфту 10, которая испытывает кручение в чистом виде, что обеспечивает высокую точность измерения крутящего момента сверления. Посадка подшипников и залов в опорных стойках 5,7 и 15 с минимальными зазорами должна исключить принесение погрешностей при измерении осевой силы сверления.
Предлагаемое устройство для исследования усилий резания при сверлении предоставляет возможность производить одновременное и без взаимного влияния измерение крутящего момента и осевой силы. Иными словами, заявляемое техническое решение обеспечивает, за счет использования усовершенствованной схемы измерения, повышение точности и информативности экспериментального исследования усилий резания при сверлении.