Устройство для измерения глубины и ширины фрезерования
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ И ШИРИНЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ, содержащее датчик силы резания зуба фрезы, соединенный через упругий вращающийся контакт с неподвижным токопроводящим кольцом, расположенным на бабке станка, контакты включения , считывания и сброса, соединенные первыми выводами с источником питания и расположенные относительно центра фрезы на осях, совпадающих с возможнь1ми направлениями подачи , а также приводы подач, схему управления и схему обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью расщирения технологических возможностей, повыщения точности и надежности работы устройства, в него введены магнит включения контактов, расположенный на шпинделе противоположно расположению зуба, на котором установлен датчик силы, в качестве контактов использованы герконы, а схема обработки сигналов выполнена из коммутатора, подключенного рабочими входами к вторым выводам контактов включения, считывания и сброса, управляющим входом - к выходу схемы управления приводами , первым выходом - параллельно к S- входам двух RS-триггеров, вторым выходом параллельно к шине считывания шести запоминающих устройств, к первому входу элемента ИЛИ и к R-входу второго RS-триггера, а третьим выходом - параллельно к шине сброса пяти интеграторов, причем выход первого RS-триггера соединен через первый интегратор и первый ключ параллельно с входом первого запоминающего устройства и с первыми входами первого и второго функциональных преобразователей, первый из которых через первый блок умножения подключен к входу второго запоминающего устройства, а второй подключен к входу третьего запоминающего устройства, при этом R-вход первого RS-триггера соединен с выходом элемента ИЛИ, кроме того, схема содержит компаратор и усилитель, входы которых параллельно соединены с токопроводящим кольцом, выход компаратора параллельно соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через второй интегратор - с вторыми входами первого и (Л второго функциональных преобразователей, а выход усилителя через третий интегратор параллельно соединен с управляющим входом первого ключа, третьим входом второго функционального преобразователя и через последовательно .соединенные второй блок умножения и блок деления с входом четвертого запоминающего устройства, причем выходы приводов подач соединены через вьпфямители с блоком вьщеления максимального сигнала, соединенным последовательно с вторым ключом, четвертым интегратором и третьим блоком умножения, который параллельно соединен с входом пятого запоминающего устройства и вторым входом блока деления; кроме того, выход второго RS-триггера параллельно соединен с управляю щим входом второго ключа и с пятым интегратором , оедине шым с четвертым блоком умножения, которьп параллельно соединен с входом шестого запоминающего устройства и четвертым входом второго функционального преобразователя; схема содержит также блок ввода констант, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока ум
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
СВ1 <В
ЗсЮ В 23 О 17/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3462249/25-08 (22) 01.07.82 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) А. В. Коробко (71) Ульяновское головное специальное конструкторское бюро тяжелых и фрезерных станков (53) 621.91 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР У 599961, кл. В 23 0 17/00, 1976. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУ—
БИНЫ И ШИРИНЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ, содержащее датчик силы резания зуба фрезы, соединенный через упругий вращающийся контакт с неподвижным токонроводяшим кольцом, расположенным на бабке станка, контакты включения, считывания и сброса, соединенные первыми выводами с источником питания и расиоло женные относительно центра фрезы на осях, совпадающих с возможными направлениями но дачи, а также приводы исдач, схему управления и схему обработки сигналов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, повышения точности и надежности работы устройства, в него введены магнит включения контактов, расположенный на шпинделе противоположно расположению зуба, на котором устангвлен датчик силы, в качестве контактов использованы герконы, а схема обработки сигналов выполнена из коммутатора, подключенного рабочими входами к вторым выводам контактов включения, считывания и сброса, управляющим входом — к выходу схемы управления приводами, первым выходом — параллельно к S-, входам двух RS-триггеров, вторым выходом параллельно к шине считывания шести запоминающих устройств, к нервом> входу weмента ИЛИ и к R-входу второго RS-триггера, а третьим выходом — параллельно к шине сброса пяти интеграторов, причем выход первого RS-триггера соединен через первый интегратор и первый ключ параллельно с входом первого запоминающего устройства и с первыми входами первого и второго функциональных преобразователей, первый из которых через первый блок умножения подключен к входу второго запоминающего устройства, а второй подключен к входу третьего запоминающего устройства, ири этом R-вход первого
RS-триггера соединен с выходом элемента
ИЛИ, кроме того, схема содержит компаратор и усилитель, входы которых параллельно соединены с токопроводящим кольцом, выход комиаратора параллельно соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через второй интегратор — с вторыми входами первого и второго функциональных преобразователей, а выход усилителя через третий интегратор параллельно соединен с управляющим входом первого ключа, третьим входом второго функционального преобразователя и через последовательно соединенные второй блок умножения и блок деления — с входом четвертого запоминающего устройства, причем выходы приводов подач соединены через выпрямители с блоком выделения максимального сигнала, соединенным последовательно с вторым ключом, четвертым интегратором и третьим блоком умножения, который параллельно соединен с входом пятого запоминающего устройства и вторым входом блока деления; кроме того, выход второго
RS-триггера параллельно соединен с управляющим входом второго ключа и с пятым интегратором, соединенным с четвертым блоком умножения, который параллельно соединен с входом шестого запоминающего устройства и четвертым входом второго функционального преобразователя; схема содержит также блок ввода констант, первый выход которого . соединен с вторым входом первого блока умНОЖЕ!ГИЯ ВТОРОИ r3bJXCГ: (",. ЦИ?(Еа " EITOPbrbr в холом второго блок:- у: —:.:=::;.;;:-,"::;;-:, 3, ретий
10604)2 выход;(араллельно сосцинен с вторымп Вхолами третьего и чствсрт(>го блок, >в ? Iмножения.
Изобретение относится ;:- технике измерения параметров процесса резания и может бь>ть
ИСПОЛЬЗОВBHO В VCTPOHCT?IBX ЯДЯПТИВНОГО T IIPBB лсния металлорежущих станков.
Известно устройство лчя измерс:- ия ширины ч фрсзерования, соцержащеe цагчик ширины Обработки, источник !!итяния и схему обработки сигналов, неподвижное токонепровоцящее кольцо со встроенными рабочими контактямИ и контяктами включения и сброса, а 33кже счс.) () чпк импульсов, запоминающее устройство и ключ, причем рабочие контакть; соединены с
Одним из 1(олюсов источника питания и !?х(злом счет гика импульсо!3, Другой вход которого сое„.(Ипсн с копгактом сброся, выход счетчика че15 рсз ключ связа?! с входом запоминающего устpoIJcTI33, Другие вхолы к;!к га >!Олсое I+II(eHbr к контак Гам Вк Ilnчс!!ия и сороса, )lричсм ц(. 1яль сосци.-reria c;rpyr?rм 1!олю .Ом источника питания, и датчик выполнен в виде изолирован20 ного зуба фрезы, связ>пп(ого провод?гиком с у! lpyr?3М контактом, pac!!Orro>KerlrrbIM HB IJIIIH ?деле и изолирован!3!.!м от него (1) .
Очнако зто устройство пзмсояет тольк
25 о глубине, силе реза;!ия и других,!ярамстрах.
Kp0M(. тоГО, Оно !1р313илы!О измеряет и!ирину фрсзерования при свобо?гном" резании, а для
НСКОТОРЫХ СХСМ фРСЗСРОВЯНИЯ ПаЗУ"?ЬТЯТ ?1 3МС рспня МОжет бЫтЬ r(ÅBep>I»rir(. !
Цель?о изобретения является повьппенис точности устройства и надежности его работы, я также распшрение области при(мс?!сн?3я.
Поставленная цепь достигается тем, что ь устройство, содержащее цят гик силы резания зуба фрсзы, соединенный через упругий вращающийся контакт с нспоцпижным токопровоця?цим кольцом, расположенным па бабке станки, контакты включения, считывания и сброса, соединенные первыми выводами с Нс точником питания N раси(л!оженные 0TElocH тельно lt HTpa фрсзы на. Oc?JK, впа:1!IJOIII?rx
С ВОЗМОЖНЫМИ НалравЛСНИЯМИ I(Ла - и, Я IЯКже привалы подач, схему ? >ряв:!Спия и схему обработки сигналов,,ю>ln!l,и!ельil(введены магHHT вк,почени?, контак)оя, раси().!Ожсн?(ый ня Il пинлслс рот?!Воп );1(»Kiln 1)!!с>10:!Ржснию:3 v 63, ira кОтОВОм . c13H()в;lен,,31 !ик с! :Лы, В ка IecTI?c конта, r(>B испо..ьз,>валия герконы, 3 с .емa обрябОГKH и; «а:и в Вы!(олн(.на из комму та ОГ>3, () BK!I Jo !с!rпОI (раnо !иМИ ВХОДЯ((И К Вт(>:)1 !iк !?ЫВОДЯМ 01 IBKTOJ3 глслн>чения, с IHTbIJJB!IH?3 И сброса, ) I
И С ПЕРВЫМИ ВХОЦами I аeРВОГО И (?ТОРОГО фу?!кциопальных преобрaanâa!CJ (!H, i срвый из
KoTopblx через первый б!10K мпожепия I:оггключен к вхолу второгс за!?омпнающсго ройства, 3 Второй — к пхол т )e Ti его запоминанлцего устройства, при э?О и Р- вход;!Ср!30го RS-тр?гггера сoen?rrreJ с Hl ix<)лом >;;eìåí ãà
ИЛИ; кроме того, схс(:= содержи-: компарятор H усилитель, Входь? которьi): i:Bpa:iëåëüHî соединень. Токо про Во?(?: ш?! м к ол ык>м, в ыхоц компаратора параллельно соедии и с Вторым вхсдом 3:?емента И?ЛИ H через:,-.îðîé инте! ратор — с !3?opbIMH Вхоля);и Ileprr(>(и ятОрс(О функциональных !?реобрязователей, а выход усилителя через третий и>!тсгратор (!араллельно соединен с управля!Оц:им входом первого
КЛК)ЧЯ, PC ГаИМ ВХОДОМ H OPOI Î ф, ?!КПИОНЯЛЬного преозразова!Сля и через I!0(..aåëorraòåribío соецие!Синь!с Втопой GJIoK умнож(.Иия и GJIOK деления — с вхоцо ) четв ртого 33поминяю.Легз устройства, причем выходы приводов .
?юдач соединены через вь!прямит(ли с блоком выделения максимального сигHBJr;i, сос,тиненГ ны?у! (к>следовательно с в-opbrvi ключом, чет
Вертым и!!Тсгратороф и третьим блоком умнo жсния,. Koaорый парач!Те?(ьно соел??нсн с вхо1060412
Из (1) следчет, что
20 мм где S — минутная подача, рад
7 с ю Л вЂ” (5) ч
55 где Ср дом пятого запоминающего устройства и вторым входом блока деления; кроме того, выход второго RS-триггера параллельно соединен с управляющим входом второго ключа и с пятым интегратором, соединенным с четвертым блоком умножения, который параллально соединен с входом шестого запоминающего устройства и четвертым входом второго функционального преобразователя; схема содержит также блок ввода констант, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения, второй выход — с вторым входом второго блока умножения, а третий выход параллельно соединен с вторыми входами третьего и четвертого блоков умножения.
Выходные сигналы шести запоминающих устройств пропорциональны соответственно углу вреэания, ширине фрезерования, окружной силе резания, глубине резания, подаче на зуб и углу зубцового шага.
На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 — схема, поясняющая методику измерения угла вреэания >о, угла контакта зуба фрезы с деталью ак глубины резания t, ширины резания Ь, подачи на зуб S на фиг. 3 — временная диаграмма, поясняющая образование суммарной окружной силы резания Р из .составляющих зубцовых сил р> на фиг. 4 — вид 1 на фиг. 1; на фиг. 5 — схема взаимного расположения датчиков и функциональная схема устройства; на фиг. 6 — временные графики работы устройства.
Измерение угла вреэания Q p (фиг. 2) основано на преобразовании временного интервала, за который зуб фреэы с угловой скоростью Ыо поворачивается на угол <Ро, в напряжение при помощи ин гратора. Начало интервала фиксируется контактом включения, а конец — моментом появления нагрузки на эуб, контролируемой датчиком силы.
Измерение угла контакта зуба с деталью (фиг. 2) производится по временному интервалу, в течение которого существует нагрузка на зуб.
Измерение глубины резания (фиг. 2) основано на пропорциональности сины резания на зуб сечению среза.
>a„=Cр Е=Ср Ь,„.„ ) константа материала обрабатываемой детали, материала и геометрии режу пей кромки зуба.
t. =P /с <2) Emax z,max C P.
Таким образом, измерение глубины резания возможно производить по значению максимальной нагрузки на зуб Р. „и максимальной
1О подачи на эуб 5 z ю а х .
Измерение 1Э д х осуществляется при помощи специального интегратора с малой постоянной времени заряда и с большой постоянной времени разряда.
Измерение подачи на зуб основано на равенстве
l мин об
11 () — частота вращения фрезы, . и
25 0 мин
Z — число зубьев фрезы.
30 Время одного оборота фрезы обратно пропорционально По . Если значение минутной подачи S интегрировать в течение этого времени, то результат интегрирования будет пропорционален значению S/ï0 . Умножив это значение
35» 2, получим Я z щ .„,. Время одного оборота (возможно также измерение времени половины оборота путем выбора соответствующей постоянной интегрирования) контролируется при помощи контактов включения и
4р сброса.
Ширина фрезерования (фиг, 2) определяется уравнением
D— е = со cI ccslvo>9 )) где D — диаметр фреэы, Измерение угла эубцового шага QcZ производится измерением интервала времени иолупериода вращения фреэы при помощи интегратора и деланием результата интегрирования на
z/2:
Измерение максимального эи;лсппя суммарной окружной силы резания (фи. 3) основано на равенстве
3 10604
« =2 — 5«A (ii - iф =., Ig j))
« где, = g х 1««11g — число одновременно р" ботающих зубьев. Иа фиг, 3 приведен случал
1 образования Р т--п«з х для 4 .= 3.
В устройстве (фиг. ) и 4) датчик силы действующей на зуб 2 фрезы 3, соединен одним10 выводом через корпус фрезы, оправку 4, пл«индель 5, бабку станка 6 с массой, а другим— через у««рутий контакт 7, установленный при помощи токонепроводящего основания 8 на шпинделе „,с токо««роводящим кольцом 9, уста. 5новленным при помощи токопроводящего кольца 10 на бабке станка. На шпинделе противоположно месту установки зуба сдатчикомустановлен магнит 11, который при вращении инструмента последовательно замыкает контакты 12, 26
l 3, 14 и 15, установленные на бабке станка (фиг. 5), Датчик 1 может быть выполнен;«о принципу любого известного преобразователя силы, 25 например по принципу пьезоэлектрического преобразователя, установленного в 1лазу между зубом 2 и корпусом фреэы ": и преобразующего давление в электрический сигнал, либо по принципу тензометрического преобразовате- ЗО ля, наклеенного на зуб фрезы. Возможно примецение также индуктивных,. емкостных, магнитоупругих и других преобразователей.
Контакты 12 — 15 (фиг. 5) соединены одним выводом с источником 16;«итання, второй 35 полюс которого соединен с землей, а вторыми выводами — к соответствующим входам коммутатора 17. Коммутатор управляется от схемы 18 управления приводами 19 и 20 подачи. Выходы приводов, на которых сигналы пропорциональны скоростям перемещений (например, выходы тахогенераторов), соединены через выпрямители 21 и 22 с блоком 23 выДеления максимального сигнала, При направлении подачи влево (фиг. 5) схема 18 управления подает соответствующую команду на коммутатор 17 и он коммутирует цепи таким образом, что 1«ервый выход соединен с контактом 12 включения, второй — с контактом .!4 счить«вания, а третий — с кон- 56 тактом 15 сброса.
Вь11ходной сигнал датчика 1 через упругий контакт 7 и кольцо 9 пода тся I«2 входы ком паратора 38 и усилителя 39, соединенных выходами с входами иитегра«оров 34 и 35. Выход первого интегратора 33 соединен через первый ключ 40 с входом первогс запоминающего устройства 27 и с первыми входами функциональных .1«реобразователей 4) и 42.
Выход первого функционального «реобразова. теля 41 соединен через первый бло1< 43 умножения с входом запоминаю1цего устройства 28.
Выход третьего интегратора 35 соединен через второй блок 44 умно;««ения и блок 45 деления с входом четвертого за11омипающего устроиства 30.
Выходы четвертого 36 и :«ятого 37 интеграторов соединены соответственно через третий
46 и четвертый 47 блоки умножения с входами пятого 31 и шестого 32 за11омипакчцих устройств. Выходь« блока 48 ввода кснстацт соединены с соотвеTcTBóþi.II«ìè вхо;,ал«и элементов 43, 44, 46 и 4 .
Выход блока 23 выделения максима ihHol о сигнала соединен через второй ключ 49 с I«ходом четверто: о интегратора 6.
Схема обработки информации раз;«еляется на входной блок 50, блок 5 ипте11.:аторов, блок 52 функционального .Ilicобразозация, выходной блок 53.
Устройство работает следующим Обра«ом.
При включении oI магнита 11 KQIIT;iê-.а с первого выхода кол«мутатора 17 на В-I,xo;«II триггеров 24 и 25 1одается имi у лье, которыи своим,.средним фро««тол«ус.««1«авлив1«е-, их в единичное состояние (моме««т i,o «а фиг.б
Интегратор 33, формируюший сиг««ат« «1«о заряжается, но вследствие того, ч«о:oI! ãàêòà зуба датчика с деталью в интерва.«е времени и и нет, ключ 40 разомкнут, и в момент
СЧИтЬ«ВаНИЯ (МОМЕНТ . «т: а ВХОДЕ За,1ОМИ. и наюгцего устройства 2. нулев«>й уровень сигнала. Функциональный преобразователь 41 и блок
43 умножения формирующие выходнэй сигнал в соответствии с равенством 4), также ны;«ают на вход запоминающего устройс«в««28 1«у— невой сигнал (ôèl. 5 и 6).
В момент «,, и«ипульс со второго выхода коммутатора через элемент И, 1И 26 и напрямую устанавлизает триггеры 24 и 25 в нулевое состояние. В этот же моме««т производится запоминание входных сигналов запоминающими устройствами 27 — 32.
Первый выход коммутатора 17 соединен с
S-входами двух RS-триггеров 24 и 25, второйГ5 с первым входом элемента ИДИ 26, с шиной считывания запоминающих устройств 27 — 32 и с входом триггера 25, третий выход соединен с шиной сброса интеграторов 33--37.
В момент «*п2 импульсом с третьегс в«ихода колмутатора 1, устанавливаются нулевые начальные условия интеграторов 33 — 37, чем схема подготавливается к следуюшему та«чту.
В момент Е> происходит процесс, а««алос« гнп«ый процессу в момент <,;
1060412
При появлении сигнала нагрузки от датчика
1 силы передним фронтом выходного напряжения компаратора 38 через элемент ИЛИ 26 опрокидывается триггер 24, чем фиксируется длительность, пропорциональная при данной 5 частоте вРаЩениЯ инстРУмента (.1о УглУ вРеи зания р момент с 4 . Интегратор 33 формирует напряжение, пропорциональное (о
Интегратор 34 формирует в интервал времени L<- существования нагрузки на зуб 10 напряжения, пропорциональное углу контакта
Чк
Интегратор 35 заряжается от усилителя 39 до максимального значения, соответствующего
Р „„с, сохраняет его до момента установ- 15 и ки начальных условий с з
В момент считывания ь запоминающие устройства 27 — 32 формируют сигналы, пропорциональные углу врезания g< ширине фрезерования 8, максимальному значению окруж-10 ной силы резания Р q, глубине резания t, подаче на зуб $2 и углу зубцового шага (р и
В момент 8 схема подготавливается к следующему такту, 25
При изменении направления подачи коммутатор 17 по команде схемы 18 управления коммутнрует свои цепи таким образом, что следующий контакт включения подсоединяется к первому выходу, контакт считывания — к второму выходу, а контакт сброса — к третьему выходу.
Предлагаемое устройство существенно расширяет функциональные возможности адаптивного управления станком. Угол вращения (уо влияет на скорость износа инструмента и информации о его величине, позволяет выбрать оптимальную схему фрезерования.
Информация о ширине, глубине фреэерования и подаче на зуб позволяет определить мгновенный объем снимаемого металла, что важно для оценки производительности обработки. Глубина резания, кроме того, может служить в качестве меры возможности возникновения вибрации.
Угол зубцового шага обратно пропорционален частоте вынужденных колебаний от силы резания и может служить мерой близкостн частоты вынужденных колебаний к резонансным частотам станков, на которых возникают самовозбуждающнеся вибрации.
Сила резания характеризует нагрузку на инструмент и главный привод станка.
Таким образом, технико-экономическая эффективность изобретения заключается в расширении функциональных возможностей адаптивного управления, в повышении точности и надежности работы. уц!, /Д /
f. У уЯ Р
Р
- fFVC_#_X
,»,»- . = ;, - !
1 !,„. Ф ! ",.
F l
Хф
У
7, .1 !
-.
C"
J 1 . (,ф / (g
Г A
Ъ
Щ / / ° ф
j с, !
1060412
Составитель В, .алексеенко
Техред,11..:Яикещ Коррес. тор А Лзятко
Редактор M. Петрова
1. .Одлисное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектнав, 4.
Заказ 9927/15 1 ираж 780
ВНИИПИ Государственного ко..,пттет". СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раутлскал наб., д, 4/5
