Устройство для контроля температуры резания

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ, содержащее фо-у кусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на кронштей ,не, жестко закрепленном в резцедержателе , и фотоэлектрический датчик со светофильтрами, подключенный к оптической головке, отличающееся тем, что, с делью расширения функциональных возможностей путем защиты инструмента от перегрузки , в него введены последовательно соединенные блок дифференцирования , блок умножения и пороговый элемент, причем фотоэлектрический датчик снабжен схемой компенсации с опорным оптроном и параллельно подключен к входу блока дифференцирования и к второму входу блока умножения . (У) с

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3688534/25-08 (22) 13.01.84 (46) 07.05.85. Бюл. 8 17 (72) Е.Т.Шаров и В.А.Тараненко (71) Севастопольский приборострои" тельный институт .(53) 621.91(088 ° 8) (56) 1 ° Физические основы процесса резания металлов. Под ред В.А.Остафьева. Киев, "Вища школа", 1976, с. 90-93. (54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ КОНТРОЛЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ, содержащее фокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на кронштей„„SU„„! 154072

y(si) В 23 11/04 ° В 23 17/00,не, жестко закрепленном в резцедержателе, и фотоэлектрический датчик со светофильтрами, подключенный к оптической головке, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем защиты инструмента от перегрузки, в него введены последовательно соединенные блок дифференцирования, блок умножения и пороговый элемент, причем фотоэлектрический датчик снабжен схемой компенсации с опорным оптроном и параллельно подключен к входу блока дифференцирования и к второму входу блока умножеФ ния, 1154072

Изобр тение относится к станкостроению и может быть использовано для косвенного контроля нагрузки инструмента, например, в расточных и сверлильных станках. 5

Известна устройство для контроля температуры резания, содержащее фокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на кронштейне, жестко закрепленном в резцедержателе, и .фотоэлектрический датчик, подключенный к оптической головке и содержащий светофильтры.

Устройство позволяет с высокой точностью измерить температуру в зоне резания на площадке до 1 мм P1) .

Однако известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, так как оно 2О не позволяет выявить режим перегрузки инструмента.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем защиты инструмента от перегрузки.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для контроля температуры резания, содержащее фокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения щ в горизонтальной плоскости на кронштейне, жестко закрепленном в реэцедержателе, и фотоэлектрический датчик со светофильтрами, подключенный к оптической головке, введены после- З довательно соединенные блок дифференцирования, блок умножения и пороговый элемент, причем фотоэлектрический датчик снабжен схемой компенсации с опорным оптроном и парал- 4р лельно подключен к входу блока дифференцирования и к второму входу блока умножения.

На фиг.1 дана схема устройства защиты инструмента от перегрузки 4 применительно к процессу обработки металлов резанием, на фиг.2 — схема фотоэлектрического датчика, на фиг.3кривые изменения температуры в зоне резания и ее градиента по длине заготовки: а — при работе инструменx à без перегрузок б - при работе инструмента с перегрузками.

Деталь 1 обрабатывается резцом 2, закрепленным в резцедержателе 3, 55 в котором закреплен жестко кронштейн

4, на котором с возможностью вращения в горизонтальной плоскости установлена фокусирующая оптическая головка 5, соединенная световадом 6 с фотоэлектрическим датчиком 7. К выходу датчика 7 подключен блок 8 дифференцирования, блок. 9 умножения и далее пороговый элемент 10.

Факусирующая оптическая головка

5 выполнена на зеркалах 11 и светофильтре 12. Фотоэлектрическая часть датчика включает фататранзистор 13, к которому через световод 6 подводится измеряемое инфракрасное излучение эоны резания, оптрон на светодиоде 14 и фртотранзисторе 15, операционный усилитель 16. Напряжение на резисторе 17 .является выходным напряжением датчика.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом обработки подводят резцедержатель 3 с резцом 2 и кронштейном 4, на котором укреплена фокусирующая оптическая головка 5, к детали 1. Фокусирующую головку. 5 наводят на определенную точку зоны резания перед резцом и фокусируют на кронштейне 4. Достаточно выбрать точку наведения на расстоянии 0 51,0 3 от резца, где 3 — длина тепловой волны. Длина волны h в инфракрасном (ИК) диапазоне температур Т зоны резания от 20 до 1200 С составляет 1,3-2,1 мм. Зеркальный объектив 11 позволяет снимать ИК с площади до 1 мм .

При обтачивании цилиндрической детали ее нагрев осуществляют перемещающимся вдоль оси детали со скоростью подачи кольцевым источником тепла. Различают три интервала распространения тепла по длине детали (фиг.3 с1 ).

В -первом интервале (начальный период обработки) нагрев детали по сечению незначителен, слои металла перед резцом еще не разогреты тепловой волной. Градиенты температуры в зоне резания высоки при ать эе носительно небольшой температуре зоны резания.

Второй интервал соответствует обработке основной части детали ихарактеризуется установившимся распространением тепловой волны перед резцом. Градиенты температуры в зоне резания ЭТ d> незначительны как ае ас, при рабате инструмента без износа

1 i 54072

Фиг. 2 (AH«,3 ), так и с ««орма««ьным износом (ф««г.З В ), Температура в зоне резания высока.

Третий интервал в конце обработки характеризуется плавным (беэ скачков) увеличением температуры и ее градиентов в зоне резания за счет отраженной от торца детали тепловой волны. Однако величина градиента дт/д не достигает на концевом участке детали больших значений. Для всех трех температурных фаз обработки детали при нормальных нагрузках инструмента и нормальном его износе характерно, что произведение Т ц остается на . ат« до с тат очно низком уровне .

При недопустимом увеличении на грузки инструмента или при резком увеличении его износа, когда возрастает контактная площадка трения между инструментом и деталью и, вследствие этого, при высокой температуре эоны резания появляется скачок ;радиента температуры /д (фиг.З Б ).

Произведение Т /д при этом скачком ат достигает большого значения. Этот признак, отсутствующий в нормальных режимах резания, используется в устройстве для мгновенного выявления перегрузки инструмента.

В датчике 7 устройства использована опорная оптическая связь: входной ток опорного оптрона на светодиоде 14 и фототранзисторе 15 устанавливается с помощью операционного усилителя 16 таким, чтобы измерительный фототок транзистора 13, пропорциональный температуре Т зоны резания, и опорный ток оптрона компен-. сировались. Тогда выходное напряже- ние Чsdlh датчика, благодаря линейной обратной связи оптрона, пропорционально измеряемому фототоку, т.е. тепловому излучению зоны резания. На выходе дифференцирующего блока 8 напряжение пропорционально производной дт/ — градиенту температуры. На вход блока 9 умножения поступают сигналы с выхода датчика 7 (и дифференцирующего блока 8) . Сигнал на выходе блока 9 умножения пропорционален произведению Т 3 )<,Ïoðoã срабатывания элемента 1О выбирается иэ условия отстройки от максимального значения Т дт/ в нормальных режимах резания. При перегрузках инструмента уровень сигнала Т /З на выходе дТ блока 9 скачком превышает порог срабатывания элемента 10, который мгновенно срабатывает, прекращая подачу инструмента.

Устройство отличается расширенным1. функциональными воэможностями, так. как позволяет мгновенно выявить режим перегрузки инструмента. При этом используется один из основных факторов процесса резания: температура зоны резания. Применение устрой30 ства позволяет повысить надежность работы инструмента. При применении устройства обрабатывают детали тиria валов из стали 45 длиной 400 мм, диаметром 45 мм, глубина резания

t =0,8 мм, подача 5 =0,21 мм/об, частота вращения «« =800 об/мин. В результате реализации устройства вы.явлено, что время выявления режима перегрузки инструмента составляет

àð 1,5-2,0 мс. Стойкость резца при этом повысилась до 2 раз.

Фиг. у

Составитель В.Алексеенко

Техред M. Гергель Корректор N.Èàêñèìèíèíåö.

Редант<)р 1!.Де1)бак! .Ill! !!атi цт, т . Ужгород, ул. Проектная, Заказ ? 58. >/11 Тираж 838 Подписное

811!111!!И осудярствеяного комитета СССР и делам изобретений и открытий

11 I! I>, !!«.ква, ж-35, Раушская наб., д. 4/5