Способ измерения тангенциальной составляющей силы резания при многоразовом точении

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ МНОГОРЕЗЦОВОМ ТОЧЕНИИ, заключающийся в измерении нагрузки на шпинделе станка, радиусов обработки и подач на оборот, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно измеряют электрические проводимости контактов резец - деталь и определяют тангенциальную составляющую „ силы резания на отдельных резцах по выражению .. , г .JiiK.U Р 4,-Гб1ч и где -мощность резания; Q -угловая скорость шпинделя; )5i - соответственно текущий радиус обработки и подама на оборот -го резца; Q; -электрическая проводимость i -го контакта резец - деталь; п -число одновременно работающих резцов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) с5р В 23 В 25/06

ВСЕСОЮЗНА

1 П А . Ц{Т 11 { ТЕХНО",ЕСRAN

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ но измеряют электрические проводимости контактов резец - деталь и определяют тангенциальную составляющую Р„ силы резания на отдельных резцах по выражению

Йг; где

1 5;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3503440/25-08 (22) 18.10.82 (46) 07.03.85. Бюл. Ф 9 (72) В.Ц. Зориктуев, Ш.Г. Исаев, А .А. Меркушев, Е .Д. Мокроносов и А.Д. Никин (53) 621.941(088.8) (56) 1. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания. М., "Машиностроение", 1977, с. 196-198.

2. Авторское свидетельство СССР

9 618200, кл. В 23 В 25/06, 1976. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ

ПРИ МНОГОРЕЗЦОВОМ ТОЧЕНИИ, заключающийся в измерении нагрузки на шпинделе станка, радиусов обработки и подач на оборот, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительмощность резания; угловая скорость шпинделя; соответственно текущий радиус обработки и подача на оборот 1 -го резца; электрическая проводим ать q -го контакта резец — деталь, число одновременно рабо- Я тающих резцов.

1143514

Изобретение относится к области измерения сил резания на металлорежущих станках и может быть использовано при многорезцовом точении электропроводным инструментом для измерения тангенциальных составляющих сил резания дифференцированно на каждом резце.

Известен способ измерения сил резания при двухрезцовом точении, включающий непосредственное измерение тангенциальной составляющей силы резания Р> на одном резце ( а составляющую другого резца Р> получают вычитанием величины выходного сигнала датчика силы из величины сигнала, пропорционального потребляемой мощности привода главного движения. "1).

Недостатком этого способа является необходимость встройки чувствительных элементов в суппортные узлы станка, что вызывает значительные конструктивные трудности, сни- . жает жесткость этих узлов, а следовательно, и технологические возможности станка.

Известен способ измерения сил резания при многорезцовом точении по которому измеряют нагрузку на шпинделе станка, попеременно изменяют скорость подачи на каждом из резцов и путем сравнения приращения нагрузки на шпинделе судят о силе резания на отдельных резцах (2), Недостатком известного способа З5 является крайне низкое быстродействие, составляющее в лучшем случае несколько секунд, что при учете высокой динамичности процесса резания приводит к очень низкой надежности и практически не позволяет использовать способ в системах автоматического регулирования сил резания.

Цель изобретения — повышение быст 45 родействия измерения.

Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения тангенциальной составляющей силы резания при многорезцовом точении, заключающемся в измерении нагрузки на шпинделе станка, радиусов обработки и подач на оборот, дополнитель но.измеряют электрические проводи-. мости контактов резец - деталь и определяют тангенциальную составляю. ,щую Р„ силы резания на отдельных резцах по выражению. где Ц г;

Экспериментальными исследованиями установлено, что корреляционная связь между электрической проводимостью контакта резец — деталь и тангенциальной составляющей силы резания Р независимо от текущих значений глубины резания и износа резца может быть представлена в виде выражения

cz) где Ср — постоянный для данной пары материалов резца и детали коэффициент;

" — скорость резания. — мощность резания; — радиус обработки 1 -го . резца, 1 — подача на оборот 1 -ro резца, — электрическая проводимость q -ro контакта резец — деталь, И вЂ” угловая скорость шпинделя; — число одновременно работающих резцов.

На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит блок 1 усилителей переменного тока, входы которого соединены с резцами ?, электрически изолированными от массы станка, и через измерительный токосъемник 3 с обрабатываемой деталью 4, а выходы — с входом блока 5 вычисления. Параллельно входам блока 1 усилителей соединены входы блока 6 пороговых элементов. Другие входы блока 5 вычисления соединены с выходами блока 7 датчиков радиуса обработки, блока 8 датчиков подачи на оборот, а также с выходом датчика 9 крутящего момента (мощности резания). Резцы 2 через резисторы 10, а обрабатываемая деталь 4 через силовой токосьемник 11 соединены с вторичной обмоткой понижающего трансформатора t2.

Сущность способа заключается в следующем.

114 1514

При многорезцовом точении суммарная нагрузка на шпинделе станка определяется выражением где Ч вЂ” крутящий момент на шпинделе.

Учитывая, что скорость резания

1 -го резца определяется выражением

М =(dY после подстановки его в вы1 р ражение (2) получаем:

Р С (Яг1 Б С, (4)

После подстановки выражения (4) в выражение (3) име ем

Подставляя значение Ср полуРе ченное из выражения (5), в выражение (4) получаем выражение для определения тангенциальной составляющей силы резания на отдельных резцах

N X 5 c7

Как видно из выражения (б), предлагаемый способ позволяет определятъ тангенциальную составляющую силы резания P раздельно на каждом рез7 це по значениям нагрузки на шпинде— ле станка, радиусов обработки, подач на оборот и электрических проводимостей контактов резец — деталь, при этом отпадает необходимость в периодическом изменении подачи на оборот резцов. Быстродействие повышается на 2 3 порядка и ограничивается быстродействием датчиков радиусов обработки, подачи, измерителя электрической проводимости контакта резец — деталь, а также быстродействием вычислительного устройства, реализующего выражение (6), и составляет сотые доли секунды.

Высокое быстродействие предлагаемого способа позволяет повысить точность измерения при высоких частотах (свыше 0,1 Гц), колебаний сил резания за счет исключения сглаживания их амплитудных значений.

Значения показателей степени Х и 7, входящих в выражение (6), для различных сочетаний материалов

/ резца и детали изменяются в незначи тельных пределах, например, при обработке жаропрочных сплавов

ЭИ69б9ЯВД резном из твердого сплава

ВКбМ x =. — 0038, ) = 0337, Z = 1,516, а при обработке стали

ОХЕ13НМ резцом из твердого сплава

Т15Кб y = — 0,023, g = 0,391, 1,741 °

1ð Малые значения X характерны и для других сочетаний материалов детали и резца и практически влиянием скорости резания на результаты измерений можно пренебречь (Х = О).

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе резания измеряют нагрузку на шпинделе станка (мощность резания и угловую скорость шпинделя, крутящий момент), радиус обработки и подачу на оборот каждого из находящихся в работе резцов и электрическую проводимость контактов резецдеталь. По измеренным значениям ука25 занных параметров в соответствии с выражением (1) производят расчет текущего значения тангенциальной составляющей силы резания Р

Е

Устройство работает следующим образом.

В процессе резания через контакты резец — деталь протекает переменив!й, одинаковый по величине во всех контактах электрический

35 ток, замыкаясь по цепи резистор 10 резец 2 — деталь 4 — силовой токосъемник 11 — трансАорматор 12. Одинаковые значения этих токов достигаются равенством сопротивг ений резисторов, имеющих значение на 2 порядка вьпяе, чем остальные сопротивления цепи вторичной обмотки трансформатора 12, в том числе и сопротивление контакта резец — деталь. Ориентировочные значения резисторов 1 Ом, а напряжение вторичной обмотки трансформатора 12 1В.

Падение напряжения на каждом контакте резец — деталь (Ц,, U, U ), 5Р вызванное протеканием электрического тока и обратно пропорциональное электрическим проводимостям этих контактов, снимается с резцов 2 вблизи режущей кромки, а с детали 4

55 через измерительный токосъемник 3, и подается на вход блока 1 усилителей переменного тока. Усиленное напряжение с выхода блока 1 усили1143514 телей подается на вход блока 5 вычисления, на другие входы которого подаются сигналы с выходов блока 7 ,датчиков радиуса обработки, бло:ica 8 датчиков подачи на оборот и датчика 9 крутящего момента. ,3 блоке 5 вычисления в соответствии с выражеииеи производится. вычисление тангенциальной составляющей сипы резания 15 раздельно для каждого инструмента.

В случае прекращения реааиия одним или двумя резцами и разрыва контакта резец .- деталь этих резцов напряжение, снимаемое с этих резцов, 20 становится равнъы напряжению на выходе трансформатора 12, что примерно на 2 порядка выше напряжения иа контакте резец - деталь при наличии процесса резания. йри этом пороговое 2S устройство 6 отключает соответствующий канал из процесса вычисления в блоке 5 вычисления.

Предлагаемый способ измерения сипы резания при многорезцовом то- 3Q ченин по сравнению с известным имеет гораздо более высокое быстродействие (примерно на 2 порядка), что позволяет использовать его в системах автоматического управления (САУ) силовыми параметрами процесса резания при обработке заготовок с резкими колебаниями припуска как

;по длине, так и по периметру заготовки. Применение САУ силовыми параметрами на токарных станках при черновой обработке деталей из .литья, поковок, а также со сложным профилем увеличивает производительность станков на 20-6ОХ повышает надежность оборудования и создает условия для комплексной автоматизации процесса обработки резания.

Годовой экономический эффект при применении САУ процессом резания составляет в зависимости.от стоимости станка от 2000 до 10000 руб. на один станок. Кроме того, предлагаемый способ не требует периодического изме нения оборотной подачи инструмента поочередно на каждом резце, что не снижает производительности (исходя из технологических соображений и прочности резца, изменение подачи возможно только в сторону уменьшения) и позволяет испольэовать способ при многорезцовом точении с одним суппортом, когда поочередное изменение подачи резцов невозможно.

1143514.

f2 р1 pz P3

Составитель В. Влодавский

Редактор И. Николайчук Техред Л.Микеш Корректор М, Леонтюк

Заказ 813/10 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобрете ий и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4