Устройство для измерения температуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g G 01 J 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPblTHA (21) 3496847/18-25 (22) 27.09.82 (46) 07.07.84.Бюл. У 25 (72) М.С.Александров, В.В.Иванов, .Ю.П.Тихомиров и И.К.Шитов (71) Производственное объединение

"Невский завод" им.В.И.Ленина (53) 536.521(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 462661, кл. В 23 В 25/06, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

В 271067, кл. G 01J 5/02, 1970 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ВРАЩАКМЦИХСЯ ДЕТАЛЕИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ, соÄÄSUÄÄ 1101687 А держащее державку. со световодом исвязанный с ним приемник излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры в зоне упруго-пластической деформации, державка содержит датчик перемещения и более чем один световод, каждый из которых связан с соответствующим приемником излучения, причем световоды расположены в одной плоскссти, параллельной плоскости вращения детали и проходящей через точку резания, а выходы приемников излучения и датчика перемещения соединены с входами вычислительного устройства. 3

° 1101687

Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано во всех областях машиностроения, например для контроля температур в зоне резания при механической обработке и особенно эффективно для контроля и управления процессом обработки в режиме адаптивного управления при плазменно-механической обработке.

Известно устройство для измерения температуры нагрева деталей при механической обработке в виде специального инструмента, состоящего

15 из режущей пластинки, выполненной из прозрачного для ИК-лучей материала, и державки с отверстием. Ось отверстия проходит через площадку контакта инструмента со стружкой. В от20 верстие вставлен световод, к которому присоединено устройство регистрации(11.

Недостатком этого устройства является то, î измерение температуры

25 возможно только при применении резцов с прозрачными для ИК-излучения режущими пластинами, а также то, что требуется сложная дополнительная. обработка резца. Кроме того, при этом измеряется температура в зо30 не контакта инструмента со стружкой, которая из-за трения стружки об инструмент, на 200-400 С вышее, чем температура в зоне упруго-пластичес.ких деформаций. 35

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке, содержащее

40 державку со световодом и присоединенным к нему приемником излучения(2 2.

Недостатком известного устройства является то, что температура в 45 зоне упруго-пластической деформации измеряется им с большой погрешностью,t

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры в зоне упруго-пластической деформации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения темпе ратуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке, содержащем державку со световодом и связанный с ним приемник излучения, державка содержит датчик перемещения и более чем один световод, каждый из которых связан с соответствукнщим приемником излучения, причем световоды расположены в одной плоскости, параллельной плоскости вращения детали и проходящей через точку резания, а выходы приемников излучения и датчика перемещения соединены со входами вычислительного, устройства.

На фиг.1 изображена технологическая схема механической обработки и устройства для измерения температуры с тремя световодами, на фиг. 2 график экстраполяции результатов измерений в недоступную для прямых измерений область упруго-пластической деформации обрабатываемой детали.

Устройство (фиг.1) содержит державку 1, в которой фиксируются, например, с помощью эпоксидной смолы, гибкие световоды 2, блоки 3 преобразования световых сигналов в электрические, включающие в себя фотоэлектрические приемники, например .фотодиоды или фотоэлектронные умножетели, и усилительную схему, при этом выходы блоков 3 преобразования подключаются к входу вычислительного устройства 4, к которому подаются сигналы от датчика 5 перемещения режущего инструмента 6 и блока 7 ввода начальной информации, блок 8, который является устройством индикации, измеряемые участки 9, деталь 10, зону 11 резания.

Устройство работает следующим образом.

ИК-излучение с измеряемых участ ков 9 обрабатываемого материала дета.ли 10 по световодам 2 поступает в блоки 3, где оптическое излучение преобразуется в электрические сигналы интенсивности, а последние поступают на вычислительное устройство 4.

Туда же с блока 7 ввода информации вручную заносят начальные данные о расстояниях от зоны 11 резания до проекции замеряемых участков 9 на измерительное устройство (Х„, Х, Кз ), а также информацию о начальном положении резца. Вычислительное устройство 4 по сигналам интенсивности с блоков 3 вычисляет температуру для каждого из измеряемых участков 9, а по ним температуру в зоне 11 резания. Определение температуры в зоне 11, недоступной для прямых измерений, производится экстраполяцией измеренных температур на- участках 9 по установленному заранее любым известным мето7 4

При измерении температуры в трех точках в плоскости резания с применением в качестве световодов кварцевого стекловолокна, а в качестве приемников ИК-излучения — фотоэлектронных умножителей, защищенных от постороннего света интерференционным светофильтром (на длину волны пропускания 10000 X) достигается точность определения температуры в зоне резания 3-57 в диапазоне 100о

1000 С (точность определена путем сравнения расчетных величин с резуль татами прямых измерений, выполненных методом скользящей термопары) при времени измерений 10"- 10 с.

Кроме того, измерительный блок может быть вынесен столь далеко, что на

1 результаты измерений не будут влиять электромагнитные поля, вибрации, излучения, существующие вблизи измеряемого объекта.

В = R Ои"с яф 1ъ Х р где Р— радиус детали (определенный из начальной установ-. ки и показаний датчика 5 ро перемещения режущего инструмента 6), X — проекция замеряемой точки на измерительное устройство. 25

Вычисленное значение температуры выводится на блок индикации. В качестве экстраполирующей функции берется экспонента

Применение предлагаемого устройства может существенно повысить стой кость инструмента, так как извест-. но, что превышение температуры на о

100 С над оптимальной приводит к снижению стойкости режущего инструмента, например из Ст.45Г17ЮЗ и Си.Г13ЛФ1 в 2-4 раза. Кроме того, точность измерения температуры предлагаемым устройством достаточна для создания системы адаптивного управления по температуре при обработке жаропрочных материалов с термическим разупрочнением, что позволяет повысить производительность на 30-40Х.

Y(el=Aces(i (s-s ) 30 где А, Sg, Ь - параметры,,а для более точных измерений — полином, коэффициенты которого определяются с помсщью предварительных модельных расчетов с учетом теплофизических свойств материала, теплопередачи и излучения в окружающую среду.

1

3 110168 дом -закону. Вид такой функции изменения температуры Т в зависимости от расстояния S от зоны 11 упругопластической деформации показан на фиг. 2. 5

Зная заранее параметры заданнои экстраполнрующей функции по отношению изменяющихся в процессе обработ-. ки расстояний 9 между замеряемыми точками и зоной 11 резания (упруго- 1р пластических деформаций),определяют температуру, соответствующую температуре в зоне 11 резания. Расстояния 8 могут быть вычислены по фор1 муле 15

1101687

ВНИИПИ Заказ 4754 26 . Т ж 823 Псщыисное

Филиал ППП Патеят, г.Fm ород, ул.Проектыая, 4