Устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования
Владельцы патента RU 2487784:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)
Изобретение относится к машиностроению, в частности к фрезерным станкам, и может быть использовано для контроля волнистости обрабатываемых поверхностей в процессе фрезерования. Устройство содержит средство съема информации, выполненное в виде двух датчиков виброперемещений, которые установлены в горизонтальной плоскости центральной зоны шпинделя фрезерного станка ортогонально друг к другу и коммутационно соединены посредством токосъемника со средствами сбора и обработки информации и с компьютером. В той же горизонтальной плоскости устройство оснащено регулируемым противовесом, обеспечивающим высокоточную балансировку датчиков виброперемещений. На станине фрезерного станка установлен лазерный датчик, а в центральной зоне шпинделя размещены под технологически регламентированным углом к его поверхности отражательные элементы в количестве, соответствующем числу зубьев фрезы. При этом лазерный датчик установлен с возможностью фокусировки на отражательные элементы в процессе фрезерования заготовки и коммутационно связан со средствами сбора и обработки информации. Датчики виброперемещений зафиксированы непосредственно на шпинделе в его центральной зоне. Повышается точность определения параметров волнистости последней. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к фрезерным станкам и может быть использовано для контроля волнистости обрабатываемых поверхностей в процессе фрезерования.
Из уровня техники известно техническое решение, заключающееся в том, что на основе измерения траекторий оси фрезы в процессе фрезерования определяют величину динамических смещений режущих кромок ножей относительно базовой плоскости, что позволяет определить отклонение от расчетной траектории резания (Авторское свидетельство РФ №1749028, B27C 1/00, 1990 г.).
К недостаткам известного технического решения следует отнести недостаточную точность контроля за динамикой смещения режущих кромок ножей относительно плоскости резания, что искажает реальную картину резания и, в конечном итоге, снижает точность контроля за геометрическими параметрами обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования.
Наиболее близким техническим решением из уровня техники по технической сущности и достигаемому результату является устройство диагностирования шпиндельного узла фрезерного станка, содержащее средства съема информации в виде двух бесконтактных датчиков перемещения, установленных в горизонтальной плоскости в зоне измерительного кольца ортогонально друг другу, и одного бесконтактного датчика, установленного в зоне торца шпинделя, функционально обеспечивающего возможность дистанционного съема информации при смещении последнего в вертикальной плоскости, а также средства сбора и обработки информации с возможностью определения отклонений формы поверхности от допустимых значений, в частности, параметров волнистости и шероховатости поверхности. (Патент на полезную модель РФ №98348, B23C 1/06,2010 г.).
Недостатком известного технического решения является невозможность получения по собранной информации репрезентативных данных по волнистости обрабатываемой поверхности, в частности по максимальной и средней высоте волнистости, а также по максимальному и среднему шагу волнистости.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности в процессе фрезерования снятие сигнала в момент возникновения контакта каждого зуба фрезы с обрабатываемой поверхностью детали, что в свою очередь позволит повысить точность определения параметров волнистости последней.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования, содержащее средство съема информации в виде двух датчиков виброперемещений, установленных в горизонтальной плоскости в центральной зоне шпинделя ортогонально друг другу, а также средства сбора и обработки информации, коммутационно связанные с упомянутыми датчиками, согласно изобретению оно дополнительно содержит лазерный датчик и отражательные элементы, при этом отражательные элементы зафиксированы в центральной зоне шпинделя под технологически регламентированным углом к его поверхности и их количество соответствует числу зубьев фрезы, а лазерный датчик установлен с возможностью фокусировки луча на поверхность отражательных элементов и коммутационно связан со средствами сбора и обработки информации.
Целесообразно также, чтобы устройство дополнительно было оснащено регулируемым противовесом, установленным на шпинделе.
Оптимально, чтобы устройство дополнительно было снабжено токосъемником.
Устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично изображено устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования;
- на фиг.2 изображено сечение А-А устройства;
- на фиг.3 изображена схема построения геометрического образа обрабатываемой поверхности.
Заявленное устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования содержит средство съема информации, выполненное в виде двух датчиков 1 виброперемещений, которые установлены в горизонтальной плоскости центральной зоны шпинделя 2 фрезерного станка ортогонально друг к другу, и коммутационно соединены посредством токосъемника 3 со средствами 4 сбора и обработки информации и с компьютером 5. В той же горизонтальной плоскости устройство оснащено регулируемым противовесом 6, обеспечивающим высокоточную балансировку датчиков 1 виброперемещений. Устройство также содержит лазерный датчик 7, установленный на станине фрезерного станка, а в центральной зоне шпинделя 2 размещены под технологически регламентированным углом к его поверхности отражательные элементы 8 в количестве, соответствующем числу зубьев фрезы 9. При этом лазерный датчик 7 установлен таким образом, что его фокусировка направлена на поверхность отражательных элементов 8 в процессе фрезерования заготовки 10 и коммутационно связан со средствами 4 сбора и обработки информации, а датчики 1 виброперемещений зафиксированы непосредственно на шпинделе 2 в его центральной зоне. На фрезе 9 имеются зубья 11, 12, 13, 14, которые производят обработку заготовки 10.
Заявленное устройство контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования работает следующим образом.
При обработке заготовки 10 фрезой 9 из-за возникающих при этом нагрузок на шпиндель 2 происходит перемещение оси фрезы 9 по траектории формообразования. Это перемещение фиксируется в декартовой системе координат с помощью двух датчиков 1 виброперемещений. Сигналы от датчиков 1 виброперемещений посредством токосъемника 3 подаются на средства 4 сбора и обработки информации и на компьютер 5. В процессе фрезерования лазерный датчик 7, установленный на станине фрезерного станка, сканирует своим лучом по поверхности шпинделя 2 в зоне размещения отражательных элементов 8. Результаты сканирования в виде электрических сигналов подаются на средства 4 сбора и обработки информации и на компьютер 5. В тот момент, когда лазерный луч датчика 7 падает на отражательные элементы 8, установленные под технологически регламентированным углом, величина сигнала резко увеличивается, что позволяет проставлять метки для зубьев 11, 12, 13, 14 фрезы 9 при построении геометрического образа обработанной поверхности (фиг.3), соответствующих максимуму выборки зубьев 11, 12, 13, 14 обрабатываемой поверхности, или минимуму волнистости поверхности в этой же точке. При этом число отражательных элементов 8 соответствует числу зубьев 11, 12, 13, 14 фрезы 9 и они имеют ориентацию, соответствующую положению вершин зубьев 11, 12, 13, 14 этой фрезы 9. Установка датчиков 1 виброперемещений вызывает необходимость в осуществлении балансировки, которая реализуется регулируемым противовесом 6, закрепленным на шпинделе 2 в горизонтальной плоскости крепления датчиков 1 виброперемещений. Сигналы от датчиков 1 виброперемещений и лазерного датчика 7, поступившие в компьютер 5, обрабатываются по специально разработанной программе, которая производит построение траекторий оси фрезы 9 и геометрического образа обрабатываемой поверхности заготовки 10. Для этого на траектории оси фрезы 9 находятся точки, соответствующие положениям зубьев 11, 12, 13, 14 фрезы 9. Эти точки О1, О2, О3, О4 являются центрами окружностей, по которым движутся вершины зубьев 11, 12, 13 14 фрезы 9 и по которым производится снятие стружки с обрабатываемой поверхности заготовки 10, при этом радиус снятия стружки у всех равен R. Последовательное построение этих дуг для вершин режущих зубьев 11, 12, 13, 14 фрезы 9 позволяет произвести построение геометрического образа обрабатываемой поверхности при этом зубья 11, 12, 13, 14 будут обрабатывать заготовку на разных уровнях по высоте, что характеризуется отрезками х3-1, х3-2, х3-4. На основе построенного геометрического образа производится расчет параметров волнистости обрабатываемой поверхности: максимальная и средняя высота волнистости, максимальный и средний шаг волнистости. Полученная информация выводится на экран монитора средства 4 сбора и обработки информации и сравнивается с величинами допусков на параметры волнистости, которые указаны на рабочем чертеже на обрабатываемую деталь. В том случае, если рассчитанные показатели волнистости укладываются в пределах допуска, то продолжается изготовление детали. В том случае, если рассчитанные показатели волнистости будут превосходить допуски, то производится остановка технологического процесса и принимаются меры по изменению технологического режима и/или замене режущего инструмента.
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет повысить точность определения параметров волнистости за счет обеспечения получения сигнала при контакте каждой из режущих кромок лезвий фрезы с поверхностью обрабатываемой детали непосредственно в процессе резания.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном устройстве отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение для контроля волнистости в процессе фрезерной обработки;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему и подлежит правовой охране в качестве изобретения.
1. Устройство для контроля волнистости обрабатываемой поверхности в процессе фрезерования, содержащее средство съема информации в виде двух датчиков виброперемещений, установленных в горизонтальной плоскости в центральной зоне шпинделя фрезы ортогонально друг другу, и средства сбора и обработки информации, коммутационно связанные с упомянутыми датчиками, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено лазерным датчиком и отражательными элементами, при этом отражательные элементы зафиксированы в центральной зоне шпинделя под технологически регламентированным углом к его поверхности, а их количество соответствует числу зубьев фрезы, причем лазерный датчик установлен с возможностью фокусировки луча на поверхность отражательных элементов и коммутационно связан со средствами сбора и обработки информации.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено регулируемым противовесом, установленным на шпинделе.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено токосъемником.
