Бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки

 

Изобретение относится к станкостроительной промышленности и предназначено для контроля контактной температуры по всей длине контакта абразивного инструмента с обрабатываемой деталью. Технический результат - повышение достоверности измерений. Способ измерения температуры абразивной обработки включает измерение излучений в области инфракрасных излучений приемником инфракрасных излучений, направленным на участок зоны контакта абразивного инструмента с деталью. При этом с помощью контрольно-передающего элемента, содержащего приемник инфракрасных излучений, усилитель-согласователь, модулятор, передающую антенну и автономный источник питания, сигнал с приемника инфракрасных излучений усиливают, преобразуют в высокочастотный сигнал и излучают. Контрольно-передающий элемент монтируют в продольном пазу, выполненном в абразивном инструменте, высокочастотный сигнал, излучаемый передающей антенной, воспринимают, усиливают и регистрируют приемным элементом, состоящим из приемной антенны, приемника, демодулятора, фильтра, выделяющего полезную составляющую, усилителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя и прибора регистрации. Предлагаемый бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки позволяет объективно оценить теплонапряженность поверхностного слоя обрабатываемой детали. 6 ил.

Изобретение относится к станкостроительной промышленности и касается способов и устройств для контроля контактной температуры по всей длине контакта абразивного инструмента с обрабатываемой деталью.

Известны способ и устройство для измерения температуры шлифования, содержащее шлифовальный круг с каналами, выполненными в нем под углом к образующей круга, и приемник ИК-излучения, расположенный на продолжении осей каналов [1]. Способ заключается в измерении неподвижным приемником ИК-излучений нагретой зоной резания, перевод в эквивалентный электрический сигнал и подачу его на регистрирующее устройство.

Недостатком известного способа является незащищенность системы от помех. Приемник ИК-излучения регистрирует посторонние ИК-излучения, что снижает достоверность измерения и сужает область применения.

Кроме того, ограниченность применения связана с тем, что способ и устройство можно использовать только при шлифовании с поперечной подачей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являются способ и устройство [2] для измерения температуры шлифования приемником ИК-излучения по длине образующей круга через каналы, выполненные в нем, причем углы наклона осей каналов выполнены переменными, а число каналов n, равномерно расположенных по окружности, зависит от диаметра d отверстия канала, ширины B круга и коэффициента перекрытия m (0 < m ≅ 1) и определяют по формуле из соотношения: n = B/(m · d) Недостатком известного способа является незащищенность системы от помех, так как приемник ИК-излучения будет регистрировать посторонние ИК-излучения, что снижает достоверность измерения и сужает область применения. При этом способ и устройство имеют ограниченность применения, связанную с тем, что их можно использовать только при шлифовании с поперечной подачей. Кроме того, способ и устройство требуют большой трудоемкости в подготовке к измерению, а именно не технологичных в изготовлении большого количества наклоненных под разными углами к образующей малого диаметра (например, d = 1 мм) отверстий.

Задача изобретения - расширение области применения и повышение достоверности измерения контактной температуры при любой абразивной обработке, а также снижение трудоемкости в подготовке к измерению.

Это достигается предлагаемым бесконтактным способом измерения температуры абразивной обработки, включающим измерение излучений в области инфракрасных излучений приемником инфракрасных излучений, направленным на участок зоны контакта абразивного инструмента с деталью. При этом с помощью контрольно-передающего элемента, содержащего приемник инфракрасных излучений, усилитель-согласователь, модулятор, передающую антенну и автономный источник питания, сигнал с приемника инфракрасных излучений усиливают, преобразуют в высокочастотный сигнал и излучают, а сам контрольно-передающий элемент монтируют в продольном пазу, выполненном в абразивном инструменте, высокочастотный сигнал, излучаемый передающей антенной, воспринимают, усиливают и регистрируют приемным элементом, состоящим из приемной антенны, приемника, демодулятора, фильтра, выделяющего полезную составляющую, усилителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя и прибора регистрации.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами применительно к шлифованию периферией круга с аксиально-смещенным режущим слоем.

На фиг. 1 показана схема измерения контактной температуры предлагаемым способом и крепление контрольно-передающего элемента устройства для реализации способа на круге с аксиально-смещенным режущим слоем, вид сбоку, частичный разрез; на фиг. 2 - вид по А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по Б на фиг. 1; на фиг. 4 - блок-схема контрольно-передающего элемента; на фиг. 5 - блок-схема приемно-регистрирующего элемента; на фиг. 6 - развертка следа абразивного инструмента на обрабатываемой поверхности по фиг. 1.

Бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки осуществляется с помощью устройства, состоящего из двух элементов.

Смонтированный в продольном пазу абразивного инструмента 1 первый контрольно-передающий элемент в своем составе имеет: приемники ИК-излучений 2, представляющие собой высокочувствительные фотоэлементы, которые расположены по всей образующей зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью, усилитель-согласователь 3, который усиливает сигнал, модулятор 4, преобразующий сигнал в высокочастотный спектр, передающую антенну 5.

Второй элемент устройства - приемно-регистрирующий в своем составе имеет: приемную антенну 6, приемник 7, принимающий высокочастотный модулированный сигнал, демодулятор 8, который детектирует сигнал, выделяя низкочастотную составляющую, фильтр 9, выделяющий полезный сигнал, усилитель сигналов 10, аналого-цифровой преобразователь 11, модуль 12 для связи с регистрирующим прибором (это может быть персональный компьютер (ПК) с соответствующим программным обеспечением).

Бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки осуществляется следующим образом.

Перед началом работы по измерению температуры контрольно-передающий элемент монтируют в продольном пазу абразивного инструмента по всей длине образующей зоны контакта инструмента с обрабатываемой деталью.

После установки контрольно-передающего элемента абразивный инструмент должен быть отбалансирован известными способами (не показано).

В процессе обработки при вращении абразивного круга 1 в момент совпадения продольного паза с контрольно-передающим элементом с зоной резания на высокочувствительные слои фотоэлементов 2 воздействуют инфракрасные волны нагретой поверхности зоны контакта абразивного круга с деталью 13. Преобразованный фотоэлементами ИК-излучения в электрический аналоговый сигнал поступает с фотоэлементов 2 на вход усилителя-согласователя 3. Усиленный сигнал преобразуется модулятором 4 в высокочастотный спектр и пересылается передающей антенной 5 на приемную антенну 6.

Питание контрольно-передающего элемента осуществляется при помощи автономного источника питания 14, вмонтированного в абразивный инструмент.

Приемная антенна 6 и приемник 7 принимают высокочастотный сигнал величины температуры и передают его на демодулятор 8, который детектирует, выделяя при этом низкочастотную часть спектра, фильтр 9 исключает паразитные и выделяет полезную составляющую сигнала, которая подается на вход усилителя 10, где усиливается по напряжению.

Усиленный сигнал величины температуры преобразовывается в цифровой вид в аналого-цифровом преобразователе 11.

Цифровой эквивалент температуры фиксируется и обрабатывается прибором регистрации и контроля 12, который при достижении критической тепловой напряженности выдает предупреждающий сигнал оператору или может подать управляющий сигнал системе управления станком с целью изменения режимов абразивной обработки.

Для окончательной обработки сигнала может использоваться персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением.

Предлагаемый бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки позволяет объективно оценить теплонапряженность поверхностного слоя обрабатываемой детали, предупредить прижоги, микротрещины и брак; установить бесприжоговые режимы при максимальной производительности абразивной обработки; расширить области применения и повысить достоверность измерения контактной температуры при любой абразивной обработке, а также снизить трудоемкость в подготовке к измерению.

В зависимости от положения активного участка образующей в пределах высоты круга и захватываемой ширины шлифования информация о температуре в зоне шлифования поступает через те фотоэлементы, которые выходят на этот участок.

Пример 1. На плоскошлифовальном станке мод. ЗБ722 шлифуется плоская поверхность детали - планки. Материал детали - сталь 45 закаленная, твердость HRC 45. Характеристика круга ПП 24А16ПСМ27К1А 35 м/c, диаметр нового круга D_к = 450 мм, высота В_к=63 мм, режимы резания V_к=34,3 м/с; n_к = 1450 об/мин; V_д=20 м/мин (0,33 м/с); t = 0,01 мм на реверс шлифовальной бабки; поперечная подача круга S=S_д·B = 0,25·63 = 15,8 мм/ход.

Первое измерение температуры проводилось для круга, установленного под углом α = 0 к плоскости, перпендикулярной продольной оси. Контрольно-передающий элемент состоял из фотоэлементов ФДК-25, усилителя-согласователя и модулятора. Приемно-регистрирующий элемент имел в своем составе приемник, демодулятор, фильтр, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением. Максимальная температура в зоне резания была зарегистрирована Т=360^oC.

При применении абразивных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем, которые имеют зоны сплошного и прерывистого шлифования (фиг. 6), важно знать температуру в этих зонах. В результате, при обработке таким инструментом, когда не известны протяженность и положение активного участка осциллирующей зоны резания, зависящее от угла наклона аксиально-смещенного режущего слоя, предлагаемый способ осуществляет измерение контактной температуры в любой точке осциллирующей зоны резания и позволяет выявить оптимальный угол наклона аксиально-смещенного режущего слоя.

Пример 2. Второе измерение проводилось для круга, установленного под углом α= 4^o к плоскости, перпендикулярной продольной оси с увеличенными t= 0,02 мм на реверс шлифовальной бабки и поперечной подачей круга S=S_д·B_о= 0,25-94,5= 23,6 мм/ход. Температура в зоне резания была зарегистрирована: в точке Д (в центре зоны сплошного шлифования) T_д=375^oC; в точке E (в центре зоны прерывистого шлифования) T_е=281^oC; в точке Ж (в центре зоны прерывистого шлифования, когда процесс прерван) T_ж=189^oC.

Формула изобретения

Бесконтактный способ измерения температуры абразивной обработки, включающий измерение излучений в области инфракрасных излучений приемником инфракрасных излучений, направленным на участок зоны контакта абразивного инструмента с деталью, отличающийся тем, что с помощью контрольно-передающего элемента, содержащего приемник инфракрасных излучений, усилитель-согласователь, модулятор, передающую антенну и автономный источник питания, сигнал с приемника инфракрасных излучений усиливают, преобразуют в высокочастотный сигнал и излучают, а сам контрольно-передающий элемент монтируют в продольном пазу, выполненном в абразивном инструменте, высокочастотный сигнал, излучаемый передающей антенной, воспринимают, усиливают и регистрируют приемным элементом, состоящим из приемной антенны, приемника, демолулятора, фильтра, выделяющего полезную составляющую, усилителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя и прибора регистрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6