Устройство для исследования процесса резания

 

Изобретение относится к станкостроению . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения температуры, знака термо-ЭДС, шероховатости , формы неровностей. Преобразователь вибрации выполнен в виде П-образного магнитопровода и замыкающих его нолюса двух параллельных ветвей, которые охвачены возбуждающими и измерительной обмотками . Устройство позволяет судить о температуре в зоне резания: последний сигнал , пропорциональный температуре, возникающей в зоне резания, появляется на выходе второй схемы сравнения, сигнал на выходе усредняющего фильтра свидетельствует о знаке термо-ЭДС, сигнал на выходе первой схемы сравнения несет информацию о величине размерного износа инструмента, сигнал на выходе блока оценки качества формирования поверхностного слоя несет информацию о качестве поверхностного слоя обрабатываемой детали, сигнал с выхода второго блока усреднения позволяет судить о шероховатости, а сигнал с выхода сумматора несет информацию о наличии изменения формы в направлении изменения величины припуска или глубины срезаемого слоя. 1 ил. а (Л ю со оо со со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 G 01 N 3/58

A ° *, j

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3659892/25-28 (22) 10.11.83 (46) 07.08.86. Бюл. № 29 (71) Ростовский-на-Дону ордена Трудового

Красного Знамени институт сельскохозяйственного машиностроения (72) Г. Г. Палагнюк, Г. А. Козик, А. И. Накашидзе и В. Д. Савельев (53) 620.179.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 648349, кл. В 23 В 49/00, 1977 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ (57) Изобретение относится к станкостроению. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения температуры, знака термо-ЭДС, шероховатости, формы неровностей. Преобразователь вибрации выполнен в виде П-образного магнитопровода и замыкающих его по„„SU„„1249393 А1 люса двух параллельных ветвей, которые охвачены возбуждающими и измерительной обмотками. Устройство позволяет судить о температуре в зоне резания: последний сигнал, пропорциональный температуре, возникающей в зоне резания, появляется на выходе второй схемы сравнения, сигнал на выходе усредняющего фильтра свидетельствует о знаке термо-ЭДС, сигнал на выходе первой схемы сравнения несет информацию о величине размерного износа инструмента, сигнал на выходе блока оценки качества формирования поверхностного слоя несет информацию о качестве поверхностного слоя обрабатываемой детали, сигнал с выхода второго блока усреднения позволяет судить о шероховатости, а сигнал с выхода сумматора несет информацию о наличии изменения формы в направлении изменения величины припуска или глубины срезаемого слоя. 1 ил.

1249393 з ного сопротивления R«, включенного в цепь контура 7:

1„= Е/К«.

Ф р = Ф р + Ф зр

Величина переходного нагрузочного сопротивления К«даже при постоянных режимах обработки не остается постоянной, а изменяется в функции изменения контакта инструмент — деталь, приращения величины износа (увеличение площадки по задней грани) и изменения нагруженности режущего клина. В свою очередь, увеличение площадки по задней грани приводит к увеличению силы трения, а следовательно, к увеличению температуры в зоне резания и возрастанию термо-ЭДС на выходе естественной температуры. Это приводит к увеличению тока Ip, протекающего через иинструмент 6 по замкнутой цепи токопроводящего контура 7; корпус станка 9 — обрабатываемая деталь 8 — режущий HHструмент 6 — корпус станка 9.

Таким образом, протекая через инструмент 6, ток Ip создает в П-образном магнитопроводе постоянный магнитный поток Фр. Магнитное поле П-образного магнитопровода создает в пермалоевых ветвях 3 чувствительного элемента индукционного преобразователя 1 постоянные магнитные потоки где Ф р — поток в первой ветви;

Ф ч — поток во второй ветви.

Магнитный поток Ф р, пропорциональный магнитной проницаемости материала

П-образного магнитопровода 2 и в ветвях 3 чувствительного элемента, определяется также постоянным током подмагничивания, зависящим от числа ампервитков контура 7.

В тоже время генератор 18 высокочастотных колебаний через обмотку 5 перемагничивания периодически с частотой f перемагничивает ветви 3 и изменяет их магнитную проницаемость. При максимальных значениях намагничивающего тока в обмотке 5 происходит насыщение ветвей 3, при котором резко уменьшается их магнитная проницаемость, а следовательно, уменьшается результирующий магнитный поток Ф р в П-образном магнитопроводе. При уменьшении же тока перемагничивания в обмотке 5 и прохождении его через нулевое значение магнитная проницаемость стержней увеличивается и достигает максимального значения. В таком случае ð принимает максимальное значение.

Таким образом, постоянный магнитный поток от П-образного магнитопровода 2 преобразуется в ветвях 3 чувствительного элемента в переменный пульсирующий поток и по закону электромагнитной индукции в сигнальной обмотке 4, намотанной поверх обоих стержней, возникает ЭДС, зависящая от величины Ф, т. е. от потока намагничивания П-образного магнитопровода, меняющегося в функции приращения тока термо-ЭДС, протекающего в контуре 7. Причем частота полезного сигнала на выходе сигнальной обмотки 4 равна удвоенной частоте перемагничивания сердечников высокочастотным генератором 18, а амплитуда полезного сигнала пропорциональна току подмагничивания, протекающего в цепи токопроводящего контура: станок — обрабатываемая деталь — режущий инструмент.

Удвоение частоты полезного сигнала обусловлено тем, что за один период изменения величины перемагничивающего тока стержней от генератора 18 дважды изменяется их магнитная проницаемость. Поэтому магнитный поток Ф р также изменяется с удвоенной частотой и наводит в сигнальной обмотке 4 полезный сигнал (ЭДС) такой же частоты с амплитудой, пропорциональной температуре в зоне резания.

Раздельное исполнение чувствительного элемента на ветвях 3 с сигнальной обмоткой и П-образного магнитопровода, охватывающего режущий инструмент, наличие зазоров между их составными частями позволяют использовать преобразователь также как преобразователь регистраций скорости колебательных движений (вибраций) инструмента. Это обусловлено тем, что даже при отсутствии тока перемагничивания в обмотке 5 и наличии процесса резания сигнал на выходе обмотки 4 всегда имеет место и несет информацию как о пере менной составляющей тока термо-ЭДС, так и о колебательных движениях (вибрациях) инструмента. последние обусловлены тем, что магнитный поток Ф при наличии вибраций не остается постоянным, а модулируется (изменяется) в функции изменения зазоров между П-образным магнитопроводом 2, ветвями 3 и сигнальной обмоткой 4, на выходе которой появляется ЭДС.

Таким образом, сигнал на выходе обмотки 4 имеет сложную форму и несет комплексную информацию как о нагруженности режущего инструмента, так и о колебательных его движениях, а следовательно, о выходных параметрах процесса резания и условиях его протекания.

Входным сигналом предварительного усилителя 10 с управляющим коэффициентом усиления является указанный выходной высокочастотный сигнал, снимаемый с сигнальной обмотки 4.

После предварительного усиления усилителем 10 этот сигнал подается на вход избирательного и высокочастотного перестраиваемого фильтра 11 для выделения наиболее информативной частоты, коррелированной с износом. Выделенная наиболее информативная частотная составляющая сиг(249393 нала детектируется детектором 12, интегрируется генератором 10 и непосрсдственнО, а также через схему 14 сравнения lloдастся на ВхОды мнОГОВходо<3ОГО рс< истратора 15, выходной сигнал которого является полезным сигналом устройства в целом.

Ныстройка узкополосного перестраивасмого фильтра 11 на наиболее информативную частоту осуществляется ывтоматич(ски в процессе самообучения устройства 1<ри контрольной обработке изногпе<-ным инструментом 6 с помощью блока 7 автоматической настройки фильтра 110 максих:а lhному выход!Юму сигналу HH i! hlxO,(е HklTPгратора 13. Г1ри этом электромсханическии блок памяти задатчика 16, управляемый также блоком 17 автоматической настройки, запоминает допустимое знычен,и« ко:!тролируемого параметра (величину размерного

ИЗНОС(1 ) И ПОДВСТ С ГО !13 i!ТО()ОИ BK(0, схемы 14 сравнения, как Ill)p,(ел<я!о:(опустимос значение контролируемого !<апаметра, Б частности вели <ину допустимогo размерного заноса режу !це "о и, <стpv>vf(<ггы 6.

I I0 мере развития тек ill pv! (> H!! i- сi! Н5. пх размерного износа ноя>)л>!Ст«5< (и!.Пыл ны выходе интегратора 13, пропорцж>ны>?п ный

ИЗНОСУ, КОтОРЫй PCI H(! rPHP<я <> f)T0мытич cK0H подналадки инстру

ТОЛЬКО РаЗМЕРНЫй ИЗНОС ДОСтнгаст ЗЫ;(C схемы сравнения появляется сигныл, HBro матически прекращаю!ций проне<.с рсзапия, воздействуя через регистратор 16 ны сН«Рму управления станком.

I10 мере развития размер шго,!зн<>са увеличивается температура Б «)пс резания, мхх>дц<ыс ся качество формообры:!013 ll!HH lioвсрхностного слоя (шероховато«ть 1, изменяется форма неровностей и глубины деформированного слоя. Причем B процессе чистовой механической обработки при !скотором значении размерного износа c?KI. мающие поверхностные напряжения переходят в растягивающис, чтo значител,lio снижает эксплуатационны<. - характеристики готовых изделий.

Увеличение температуры в зоне р(.зания сопровождается линейным расщирени<;м как обрабатываемой детали, так и режущего инструмента, что приводит к yxv,(iapk!;110 точностных показателей (харыктерис).ик) готовых изделий.

Поскольку вручную или !)из)ыльно Ilpстижения размер ым износом величины, при

КоТо (3oH НОЯ В. <ЯютсЯ 3>КН 33 I I Hhlc Явл(и иЯ, В устройстве предусмотрен канал изм«репин температуры в зоне резания по гсрмо-3(C и регистрации изменения ес знака. а тHK>KP канал оценки качества формирования поверхностного слоя.

Формирование сигналы о текуп(ем значе

i!Ии температуры B зоне резания осущест

<ляется следую!цим обра 3oм.

Напряжение (выхода сиг:!альной обмогки - . Подается ны вход избирыт«льного уси5 лптсля 19. После. IIHH з<12 IHTåëüaî усиливас-, и Выделяет (избирает) тол<я(о сигнал с удвоенной частотой перемагничивающего re:lñpaòîðà 18, измсняюп !ийся (у13еличива K) цийся по амплитуд« } пропорционально зна10 чсllHK) тока тсрм0-3)>IC, подмагHHvIHBdIO!iiPI

«срд(ч ники, т. p. .11ронорционалhно прира<ц()н!110 тсм псратypI В з«)н(р()за и ия. Напряженке с выхода избирательного усилителя 19 ,((т(ктирует(я фызовь:м детектором 20, усре,-,няется (и нтегрирустся } блоком 21 и по15 !Нстся Iia схему 22 срывнения. Послед1!>ГЯ СРЫ131!HBdCT тЕK3

:!ы,;(анн!<м,(опуст)!Мым <<ыпр5!Н(ени м:33 13тчика 24, COO !)PТ(T!3v? 10:IIH;vl,!003 «ТН.<10Н TC)1ll(ратуре l3 зоне резания, и !3 Виде разНО«тНОГО СИП аЛà IIO<(H«T На ПОСЛЕ;(УЮЩИЙ

Вход многовходового рсг!<стратор(1 15. 11а

Второй (ОпОр

>0 IIO.(HP <« 51 () li(>p l! Or. lid l! 1) ЯЖ< klifP С f) I I.v 0. (3 (>пока 3 <з(!<О«ни<я ч(1«10>ы пер: lr i fè÷HBHIO!

Ц(ГО Гe

Наличие Б с смс фазового детектора 20

>юзг«>л Нег получить Ilа «г0 вы.(од(мсНЯЮП(Е(. С ;1 110,IIHKV НанрЯж(ilv! P ПОИ ИЛМ(ПС— ни>! направления тока Б T:;Koflpni)n,!я:<н м

<>Х! <(1! (ТOО

ЗО рабапгываемая д«Taëf -режу!ций I .Il(. (руме!Ггк()рпу с cTH!Iê<1 1 1 м<<мл ьс НО(. и:<м(пенн(зн3 K -i па выходе фазового .(с.-скторы 20 фиксирус!Ся блоком 26, Bh!KO,I f10(напряжение ко" орог0 усрсдн яст(я (1) нл ьт ром 27, и I 0 (ы()тся на пос«н<д 10<пни БКО,i м НОГОВКО 101!0Г() pСГИСТр3Т0р ы 1 <) К3 5< Бhl ХО, > i lой f10. I«З— ный сигнал.

Наличие неJIH реги<я f)al!HH изменения зi< !кы и бл()кы 2(1 Форм провы!!HH < ilpriв.iHiÎ;цсго сигнала !10380..">II(>T автоматически

<((Б К <ЮЧHT(< ОЛО К .> 3ВТО>I 3TH × <С КОЙ f1 2«ТРОИ к н (1) H.! ьт Р 2 1 и:3 a! ы т ч н к 3 1 (5, t O I I vv « T H— мой величины износа Б режиме самообу-!

Спия устройствы в тот момент. когза теку-! Нс(3 н<>чснив ра з Бит и я !3p, l è ÷è>! Б< износа рс—

?кущего инструменты 6 приводит к значи45 т(льному уBP«!H

I! pсх0д3 с?к имаюtaих <>ех<1ilи lеcких напpя—

:.K(!Ий ны 110BpJ)xíî(тном слое в растяги5!

Б; юшис, с()провождающпмся изменением знак > гсрмо->ДС. Или Jllaчигсльным се прира:.(снисм.

THK KHK при обработке различных материалов t,å Всегда наблюдается изменение

>ср 10-3,. .((., То ывтомы гичсское включение

"(1 роиства Б рс?к ихl само(>б <ени я можс1 произгоди (51 не Г(>лькО lfpH измен(. нии . i I H K ri Ге-. p M o - 3., 1 (, 1! 0 и I р и;< н 3 ч и тс, и, н О м

1249393

7 приращении ее величины, а также при ухудшении качества поверхностного слоя. В таком случае в качестве управляющего сигнала используется выходное напряжение регистратора 15, воздействующего через формирователь 28 управляющего сигнала на блок 17 автоматической настройки фильтра.

При этом второй вход формирователя 28 управляющего сигнала через встроенный коммутатор регистратора 15 может подключаться или к выходу схемы 22 или к выходам бло- 1О ка 33 оценки качества формирования поверхностного слоя. Во втором случае вход блока 29 выделения огибающей амплитудной модуляции через блок 25 коммутации (через нормально открытые его контакты) должен быть подключен к выходу фазового детектора 20. Блок 33 оценки качества формирования поверхностного слоя подключается входом блока 29 выделения огибающей амплитудной модуляции через нормально открытые контакты блока 25 коммутации к выходу фазочувствительного детектора 20 или же через его нормально замкнуты: контакты к выходу детектора 12 канала измерения износа. Причем постоянная времени блока 29 выделения огибающей амплитудной модуляции выбирается 25 из условия выделения импульсного контактHoI о взаимодействия инструмента с деталью и релаксационпых процессов, протекающих в зоне резания, оказывающих влияние на формирование поверхностного слоя, сигнал с выхода блока 29 выделения огибающей 30 амплитудной модуляции подается на вход селективного усилителя 30 для нормирования и выделения частоты анализа, которая определяется из выражения

2Й К и — гяп— 35 где К вЂ” радиус заготовки, мм; п — число оборотов обрабатываемой детали, o6/мин;

-- базовая;, ина оценки шероховатости, мм. 40

Затем этот сигнал детектируется амплитудным детектором 31 усредняется блоком

32 и подается на последующий вход многовходового регистратора 15 как выходной полезный сигнал, соответствующий параметру Я-, оценивающему шероховатость. 45

Формирование сигнала оценки изменения формы неровностей в устройстве осуществляется с помощью блока 33 оценки качества формирования поверхностного слоя следующим образом.

Г1еременная составляющая сигнала с вы- о хода амплитудного детектора 31 подается а входы избирательных фильтров 34.1, 34.2 и 34.3 трехканального преобразователя выделения четных гармоник основной периодичности, характеризующей шероховатость. Причем фильтр 34.1 выделяет вторую гармонику от основной, фильтр 34.2 — четвертую и фильтр 34.3 — — шестую. Затем выделенные частотные составляющие усиливаются, соответственно, масштабными усилител ям и 35. 1, 35.2 и 35.3 и пода ются на входы соответствующих детекторов 36.1, 36.2 и 36.3 в каждом канале. После детектирования напряжение на выходе каждого детектора усредняется встроенными интеграторами и подается на вход сумматора 37 для последующего сложения.

Выходной сигнал сумматора 37 является вторым выходным полезным сигналом блока 33 оценки качества формирования поверхностного слоя, который подается на посл едующи и вход многовходового регистратора 15.

При отсутствии искажения формы неровностей сигнал на выходе сумматора 37 практически равен нулю или минимальному значению, являющемуся относительной точкой отсчета для последующей оценки изменения формы неровностей.

Наличие блока 38 регистрации режимов обработки исключает погрешность измерения устройства при вариации режимов резания или при обработке ступенчатых деталей с переменным диаметром. Для этого тахометр

39 кинематически связан с частотой вращения детали, а движок реохорда 40 с суппортом станка. выходной сигнал блока 38 снимаемый с движка реохорда 40 по отношению к корпусу является сигналом отрицательной обратной связи, изменяющим коэффициентом усиления предварительного усилителя 10 и избирательного усилителя 19 в функции изменения режимов обработки.

Устройство имеет пять выходных полезных сигналов: сигнал на выходе схемы 22, сравнения, пропорциональный температуре, возникающей в зоне резания; сигнал на выходе фильтра 27, свидетельствующий о знаке термо-ЭДС, сигнал на выходе схемы 14, несущий информацию о величине размерного износа инструмента; сигналы на выходе блока 33, несущие информацию о качестве формирования поверхностного слоя обрабатываемой детали 8, т. е. сигнал на выходе блока 32 об относительной шероховатости и, сигнал на выходе сумматора 37, несущий информацию о наличии изменения формы микровыступов в поперечном направлении, т. е. в направлении изменения величины припуска или глубины срезаемого слоя.

Формула изобретения

Устройство для исследования процесса резания, содержащее последовательно соединенные преобразователь вибраций, предварительный усилитель, фильтр, детектор, интегратор. первую схему сравнения и многовходовый регистратор, задатчик допустимой величины износа, выходом соединенный с входом первой схемы сравнения, блок настройки фильтра, выходами соединенный с вхо1249393

Г Г 4=.)1-!14-"),))г

@ — ))

), ), (у „--< — ) ((), )1 11!

С()(. I нн I), н <Х Г! верни(ва (l3KTo!) 11. 1>()0)l())B

Заказ 4227):13 1 н р;) ж 7 ) . 1 1(),< и и с )l()(ВНИИГ!И Государственного комитета СССР

lIo делам изойрет(ний и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, !зау)нская наб., д 4, 5

Филиал ППГ! ((Патент>, г Ужгород, ул. Проектная, 4 дами фильтра и задатчика допустимой B<. личины износа, блок регистрации р< жимов обработки, выходом соединенный с входом предварительного усилителя, от.гичшощееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено высокочастотным генератором перемагничивания, связанным с преобразователем вибрации, последовательно соединенными изби рат<. I hllbl u усилителем, фазовым детектором, первым блоком усреднения и второй схемой сравнения, связанной с многов.<одвым регистратором, избирательный усилитель связан с преобразователем вибраций, блокоу! удвосIIHH частоты, входом соединенным с выхо.зом высокочастотного генератора иерем а гн ичи вания, связанной с многовходовым регистратотектора, задатчиком темперят ры, выходом связанным с вторым входом второй схемы ср lâooíHя, последollательно соединcH Iыми блоком коммутации, блоком регистрации изменения зпакя, усредн I