Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой



Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой
Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой

Владельцы патента RU 2650827:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области измерения температур, в частности, измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе. Предложено устройство для измерения температуры резца естественной термопарой, которое содержит обрабатываемую заготовку, резец, изолированный от суппорта станка, удлинительный термоэлектрод, соединяющий режущую часть резца с измерительным прибором, другой удлинительный термоэлектрод, связывающий измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, выполненный в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть суппорта станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода, подключенного к измерительному прибору, обрабатываемая заготовка закреплена в патроне токарного станка без изолирующих элементов. Технический результат - повышение точности измерения температуры резца естественной термопарой. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области измерения температур, в частности измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе.

Известно устройство для измерения температуры в зоне резания при точении методом естественной термопары (см. патент RU 104710, МПК 7 G01K 13/00, 20.05.2011). Устройство содержит деталь, вращающийся центр, резец, к задней части режущей пластины которого припаивается проводник, соединяющийся с измерительным прибором, вал вращающегося центра удлинен и на него дополнительно напрессовывается подшипник с графитовой смазкой, причем к внутреннему кольцу подшипника и детали припаиваются медные проводники, а к внешнему неподвижному кольцу подшипника припаян проводник, соединяющийся с медной пластинкой, к которой припаян проводник, идущий на измерительное устройство.

Недостатком данного устройства является технологическое и конструктивное ограничение его применимости, например, при обработке детали, закрепленной консольно, без подпора задним центром.

Известен способ измерения ЭДС резания (см. патент RU 2149745, МПК 7 B23Q 17/09, 27.05.2000). Способ предусматривает измерение ЭДС резания, при котором изолируют от массы станка инструмент или заготовку, включают инструмент и заготовку в замкнутую электрическую цепь и регистрируют ЭДС резания, возникающую на контактных поверхностях инструмента, используют инструмент, на всю рабочую часть которого, за исключением зон, в которых измеряют ЭДС резания, наносят диэлектрическое износостойкое покрытие.

Недостатком известного способа является то, что в случае изоляции инструмента от массы станка применение данного способа предполагает предварительное нанесение диэлектрического износостойкого покрытия на все режущие инструменты инструментальных наладок, задействованных в обработке, что во много раз увеличивает себестоимость производства и снижает его производительность.

В случае изоляции заготовки от массы станка, данный способ предполагает использование токосъемника со стороны шпиндельной группы станка, что снижает точность измеряемого сигнала ЭДС резания ввиду наличия электрических потерь в местах сопряжения контактов токосъемника и несущей части шпинделя станка в процессе его вращения с различной частотой.

Известен способ измерения температуры резания (его варианты) и устройство для его осуществления (см. а.с. №1284712 СССР, МПК В23В 25/06, 23.01.1987). Устройство содержит прибор для измерения термоЭДС, одна клемма которого соединена с державкой электрически изолированного от массы станка режущего инструмента, вторая клемма прибора соединена с режущей частью инструмента проводником, выполненным из материала с малой абсолютной термоЭДС.

Недостатком данного устройства является наличие паразитной составляющей сигнала термоЭДС, за счет интенсивного теплообмена режущей части с державкой в процессе резания. Данный негативный фактор приводит к снижению величины полезного сигнала термоЭДС при измерении температуры резца, что обуславливает применение дополнительных средств охлаждения элементов державки.

Известен способ измерения ЭДС резания (см. патент RU 2165337, МПК 7 В23В 25/06, 20.04.2001). Способ предусматривает измерения ЭДС резания, при котором изолируют от массы станка корпус токопроводящего режущего инструмента или заготовку, включают инструмент и заготовку в замкнутую электрическую цепь и регистрируют ЭДС, возникающую в процессе резания на контактных поверхностях инструмента, режущий инструмент выполняют сборным со сменной режущей многогранной токопроводящей пластиной, на которую наносят диэлектрическое износостойкое покрытие, при этом ЭДС регистрируют при установке режущей пластины в корпусе режущего инструмента одной из вершин с расположением диэлектрического покрытия на главной и вспомогательной задних поверхностях, при установке другой - на передней и вспомогательной задней поверхностях, при установке третьей вершиной - на передней и главной задней поверхностях, а при установке четвертой - со всеми контактными поверхностями, свободными от диэлектрического покрытия.

Недостатком известного способа является то, что каждая режущая пластина требует нанесения диэлектрического покрытия, что труднодостижимо в условиях многоинструментального серийного и крупносерийного производства, где интенсивность смены инструментальных наладок достаточно высока.

Известен способ измерения величины термоЭДС естественной термопары инструмент - деталь (см. патент RU 2117557, МПК 7 В23В 25/06, 20.08.1998). Способ предусматривает измерение величины термоЭДС естественной термопары инструмент - деталь при обработке металла со снятием стружки в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования предварительно, на холостом ходу станка, при этом измеряют сопротивление масляных пленок подшипников станка. При величине сопротивления, равного или более 100 Ом, производят регистрацию полезного сигнала термоЭДС рабочих режимов резания с использованием пик-детектора в качестве фильтра для отделения паразитных термоЭДС, фиксируя момент резания, характеризующийся началом устойчивого стружкообразования.

Недостатком известного способа является то, что способ требует измерения сопротивления масляных пленок подшипников станка, которое является достаточно нестабильным и колеблется в широком диапазоне, при этом в способе не указано, как производить регистрацию полезного сигнала термоЭДС в случае, когда сопротивление масляных пленок подшипников станка составляет менее 100 Ом. Кроме того, данный способ предполагает использование графитового токосъемника со стороны шпиндельной группы станка, что снижает точность измеряемого сигнала термоЭДС ввиду наличия электрических потерь в местах сопряжения контактов токосъемника и измерительного фланца шпинделя станка.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство измерения температуры резца естественной термопарой (см. Грановский Г.И. Резание металлов: учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. - М.: Высш. шк., 1985. - 304 с.). Устройство предусматривает измерение температуры резца естественной термопарой, при котором обрабатываемая заготовка закрепляется в патроне токарного станка и изолируется прокладками. Резец также изолируется от суппорта станка. Один из удлинительных термоэлектродов присоединен к инструментальному материалу, оснащающему режущую часть резца, и выполнен из того же материала. Другой удлинительный термоэлектрод связывает измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, который представляет собой металлическую или угольную щетку, скользящую по поверхности вращающейся заготовки.

Недостатком данного устройства является то, что дополнительная изоляция прокладками обрабатываемой заготовки при закреплении в патроне токарного станка снижает жесткость системы «станок-приспособление-инструмент-деталь». Кроме того, применение токосъемника, выполненного в виде подвижного контактного узла, приводит к погрешности измерения температуры резца ввиду наличия явления «дребезга», и как следствие, непостоянности физического контакта элементов токосъемника с обрабатываемой заготовкой, вследствие вибраций обрабатываемой заготовки и корпуса станка в процессе стружкоотделения, что приводит к снижению точности измерения температуры резца естественной термопарой.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения температуры резца естественной термопарой за счет включения обрабатываемой заготовки и резца, изолированного от суппорта станка, в замкнутую электрическую цепь без использования подвижного контактного узла (токосъемника).

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является повышение точности измерения температуры резца естественной термопарой.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения температуры резца естественной термопарой содержит обрабатываемую заготовку, резец, изолированный от суппорта станка, удлинительный термоэлектрод, соединяющий режущую часть резца с измерительным прибором, другой удлинительный термоэлектрод, связывающий измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, выполненный в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть суппорта станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода, подключенного к измерительному прибору. Причем обрабатываемая заготовка закреплена в патроне токарного станка без изолирующих элементов.

Применение предлагаемого устройства позволяет снизить погрешность измерения температуры резца в зоне резания за счет применения новой конструкции токосъемника, выполненного в виде неподвижного контактного узла, что исключает непостоянность физического контакта токосъемника с обрабатываемой заготовкой, вызываемую вибрациями обрабатываемой заготовки и корпуса станка в процессе стружкоотделения и, как следствие, снижение электрических потерь в местах сопряжения элементов токосъемника. Отсутствие в предлагаемом устройстве элементов, изолирующих обрабатываемую заготовку, повышает жесткость системы «станок - приспособление - инструмент - деталь», что повышает точность измерения температуры резца естественной термопарой.

Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид устройства; фиг. 2 - токосъемник (вид сбоку); фиг. 3 - устройство измерения сигнала термоЭДС для относительного сравнения показаний; фиг. 4 - схема расположения точек съема сигнала термоЭДС; фиг. 5 - диаграмма распределения среднего значения относительной погрешности измерения сигнала термоЭДС по прототипу и предлагаемому устройству.

Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой (фиг. 1) содержит обрабатываемую заготовку 1, резец 2, изолированный от суппорта 3 станка прокладками 4, удлинительный термоэлектрод 5, соединяющий режущую часть 6 резца 2 с измерительным прибором 7, другой удлинительный термоэлектрод 8 связывает измерительный прибор 7 с обрабатываемой заготовкой 1 через токосъемник 9, выполненный в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть 10 суппорта 3 станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода 8, подключенного к измерительному прибору, обрабатываемая заготовка 1 закреплена в патроне 11 токарного станка без изолирующих элементов.

Токосъемник (фиг. 2) выполнен в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых с помощью крепежного элемента 13 элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть 10 суппорта 3 станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода 8, подключенного к измерительному прибору, обрабатываемая заготовка 1 закреплена в патроне токарного станка без изолирующих элементов.

Устройство работает следующим образом. Предварительно на выбранных режимах производят обработку обрабатываемой заготовки 1, закрепленной в кулачковом патроне 2 токарного станка со снятием стружки. Обработка ведется при закреплении обрабатываемой заготовки 1 консольно или с поджатием задним центом 12. Резец 2 закреплен в резце-державке и дополнительно электрически изолируется токонепроводящими прокладками 4. В процессе резания в месте контакта разнородных материалов обрабатываемой заготовки 1 и режущей части 6 резца 2 вследствие нагрева возникает электродвижущая сила (термоЭДС) естественной термопары. Величину сигнала термоЭДС измеряют прибором 7.

Сигнал термоЭДС с обрабатываемой заготовки передается через подшипниковые узлы шпиндельной группы станка, зубчатую передачу коробки скоростей, гитару сменных шестерней, ходовой вал (или ходовой винт) и задний центр станка (в случае обработки заготовки с подпором задним центром) на корпус станка за счет сопрягаемых узлов станка при передаче механической энергии.

Результаты экспериментальной проверки предлагаемого устройства измерения температуры резца путем фиксации величины термоЭДС естественной термопары «обрабатываемая заготовка-инструмент» при обработке металла на токарном станке 1K62 твердосплавным инструментом, с использованием электрической изоляции инструмента, сравнительная характеристика предлагаемого устройства с прототипом (см. Грановский Г.И. Резание металлов: учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. - М.: Высш. шк., 1985. - 304 с.) представлена в таблице.

Измерение и фиксация сигнала термоЭДС, используемого для относительного сравнения показаний, проводились по схеме, представленной на фиг. 3. Обрабатываемая заготовка (диск) 1 фиксируется гайкой 21 на специальной оправке, изолированной от кулачков патрона 6 изолирующими прокладками 22. Диаметр обрабатываемой заготовки 1 составляет 300 мм, что позволят использовать минимальные обороты шпинделя 23 и непосредственно снимать сигнал с экранированного кабеля 24. Резец 2 также изолируется от корпуса электропроводной части суппорта станка 10 также с помощью изолирующих прокладок. Сигнал с обрабатываемой заготовки 1 через гайку 21 и экранированный кабель 24 передается на один из входов измерительного прибора (цифрового милливольтметра), на второй вход измерительного прибора сигнал поступает от резца 2 через удлинительный термоэлектрод 5. Сигнал термоЭДС с обрабатываемой заготовки 1, в этом случае, передается через подшипниковые узлы 14, 15, 16 шпиндельной группы станка, зубчатую передачу коробки скоростей 17, 18, гитару сменных шестерней, ходовой вал (или ходовой винт) 19 и задний центр станка (в случае обработки заготовки с подпором задним центром) на корпус 20 станка за счет сопрягаемых узлов станка при передаче механической энергии.

Замкнутая электрическая цепь естественной термопары полностью изолирована от корпуса станка за счет использования изолирующих прокладок со стороны резца 2 и обрабатываемой заготовки 1. Таким образом, фиксируется эталонное значение сигнала термоЭДС, используемого в дальнейшем для сравнения заявляемого устройства и прототипа (см. таблицу).

На фиг. 4 представлена схема расположения точек измерения (точек холодного спая) величины термоЭДС естественной термопары «обрабатываемая заготовка - инструмент» при обработке металла со снятием стружки. Оценка погрешности измерения сигнала термоЭДС приведена на фиг. 5. Процесс возникновения полезного сигнала термоЭДС фиксировался с помощью измерительного прибора (цифрового милливольтметра). Обрабатываемый металл - сталь 40Х, инструмент - сменные многогранные неперетачиваемые пластины твердого сплава различной марки, типа покрытия и геометрии (см. таблицу). На фиг. 5 и в таблице измеренные значения величины термоЭДС представляются в виде, например, Eab=12,1 В, это означает, что сигнал амплитудой 12,1 В измерялся между точкой а (выход токосъемника) и точкой b (режущей частью резца).

Устройство может быть применено для измерения температуры резца в зоне резания по величине сигнала термоЭДС естественной термопары «обрабатываемая заготовка - инструмент», а абсолютная величина температуры резца определяется методом тарирования естественной термоЭДС в расплаве металла. Фактическая зависимость между термоЭДС естественной термопары и температурой резания устанавливается по результатам градуирования (тарирования) термопары. Градуирование выполняется при нагревании в расплаве легкоплавкого металла горячего спая термопары, составленной из токарного резца, взятого для обработки, и образца материала заготовки, совместно с искусственной стандартной термопарой, у которой зависимость величины термоЭДС от температуры известна (см. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. М.: Машиностроение, 1990. 288 с.).

Предложенное устройство повышает точность измерения полезного сигнала термоЭДС естественной термопары и, как следствие, точность измерения температуры резца естественной термопарой.

Предложенное устройство может применяться для проведения исследований при измерении температур резца в зоне резания при точении.

1. Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой, содержащее обрабатываемую заготовку, резец, изолированный от суппорта станка, удлинительный термоэлектрод, соединяющий режущую часть резца с измерительным прибором, другой удлинительный термоэлектрод, связывающий измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, отличающееся тем, что токосъемник выполнен в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть суппорта станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода, подключенного к измерительному прибору.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обрабатываемая заготовка закреплена в патроне токарного станка без изолирующих элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу измерения температуры намотанного компонента, содержащему подачу известного постоянного тока в калибровочный провод (1) из резистивного материала; причем сопротивление калибровочного провода меняется вместе с температурой согласно известному закону; измерение разности потенциалов между зажимами (7a, 7b) упомянутого калибровочного провода; и этап вычисления, в ходе которого разность потенциалов преобразуется в среднюю температуру калибровочного провода; причем упомянутый калибровочный провод (1) намотан внутри катушки и уложен в ряд витков «Вперед» (5) и в ряд витков «Обратно» (6), объединенных попарно по существу с одинаковыми геометрической формой и местом расположения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в обрабатывающих установках жидкости и газа. Измерительная система включает в себя модуль (930) построения фильтра, который строит фильтр верхних частот (902) для фильтрации показаний датчика, характеризующих переменную процесса.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в медицинской технике при цифровых измерениях температуры. Предложено устройство для измерения температуры, содержащее блок индикации, кнопку "Сброс" и последовательно соединенные датчик температуры и частотный преобразователь, регистр и схему сравнения сигналов, один вход которой связан с выходом регистратора, другой - с выходом регистра, а выход - с управляющим входом регистра, установочный вход которого соединен с кнопкой "Сброс".

Изобретение относится к области измерения температуры. Предложено устройство для измерения температуры, содержащее датчик теплового потока, который состоит из чувствительного элемента, в качестве которого, например, используются термоэлектрические преобразователи, контактирующие через образцовую теплопроводную пластину с нагревателем, которые размещены в теплоизоляционном корпусе.

Изобретение относится к области термометрии, где в качестве преобразователя используется полупроводниковый диод. Цифровой измеритель температуры содержит источник 1 тока, соединенный своим выходом с термопреобразователем 2 и первым входом схемы вычитания 3, выход которой через последовательно соединенные усилитель 4, генератор управляемой частоты 5 (ГУЧ) и преобразователь частоты в напряжение 6 (ПЧН) соединен со вторым входом схемы вычитания 3.

Устройство предназначено для измерения плотности потока энергии электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн и может быть также использовано в качестве образцового приемника для калибровки средств измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения давления, температуры и теплового потока с компенсацией влияния температуры на результаты измерения давления.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерении плотности сырой нефти в градусах API. Устройство для применения при измерении плотности сырой нефти в градусах API содержит трубопровод (1) для нефти, термопару (4) в трубопроводе для измерения температуры нефти при контакте с ней, сапфировое окно (3) в трубопроводе, инфракрасный термометр (5, 6) для измерения температуры нефти через окно и средство (20) для сравнения измерений температуры, полученных термометрами, с получением меры излучательной способности сырой нефти и, таким образом, ее плотности в градусах API.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля процесса производства. Датчик 10, контролирующий температуру процесса производства, включает температурный сенсор, предусмотренный для подачи выходного сигнала сенсора 18, связанного с температурой процесса производства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры среды в различных областях техники. Преобразователь (100) температуры включает корпус (112) с двумя отделениями и электронный модуль (120) преобразователя температуры с установкой на головке.

Изобретение может быть использовано для измерения температуры и градиента температур в процессе стыковой контактной сварки оплавлением профилей различного сечения из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры при точении вращающейся заготовки. Устройство для измерения термоэлектродвижущей силы резания при точении содержит прокладки электроизоляционные, заготовку вращающуюся, установленную и закрепленную на шпинделе станка, и инструмент режущий.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в качестве датчика температуры биологических и физических объектов. Предложено устройство для измерения температуры, содержащее мостовую схему для компенсации температуры холодного спая, источник стабилизированного питания, термопару, делитель напряжения, состоящий из потенциометра и резистора, включенного в диагональ питания моста, причем отрицательный электрод термопары и средняя точка делителя напряжения подключены к измерительной диагонали моста.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая собой металлическую трубку с керамической вставкой, в которой проходят термопарные провода, выступающие на конце термопары за пределы металлической трубки с керамической вставкой и соединенные в рабочий спай.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к устройствам термопреобразователей, и может быть использовано для измерения быстроменяющихся температурных процессов, например температуры капель воды.

Изобретение относится к области контактных измерений температуры высокотемпературных газов, в частности к средствам измерения температуры газа и распределения ее значений в полостях высокотемпературных элементов газотурбинных двигателей, и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок при проведении аэродинамических испытаний.

Изобретение относится к производству графитированных конструкционных материалов, а конкретно к операции графитации. Прелагаемый новый способ определения температуры керна печи графитации отличается тем, что измеряют температуру в теплоизоляционном слое по нормали к поверхности керна в нескольких, но не менее чем в трех, точках одновременно, причем в той части слоя, температура которой не превышает 1500°C.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении температуры газообразных, жидких и твердых сред. Предложен датчик температуры, включающий в себя чувствительный элемент, выполненный в виде кабельного термоэлектрического преобразователя, и защитный чехол, состоящий из отрезка трубы и пробки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры движущихся газовых сред на выходе из реакторов и теплообменных аппаратов с различной структурой теплообменных поверхностей.
Изобретение относится к способам определения содержания (концентрации) воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях, в отработанных нефтепродуктах и других нефтесодержащих отходах (нефтешламах), а также в почвах и грунтах с мест розлива нефтепродуктов или территорий с высоким уровнем загрязнения углеводородами по другой причине.

Изобретение относится к области измерения температур, в частности, измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе. Предложено устройство для измерения температуры резца естественной термопарой, которое содержит обрабатываемую заготовку, резец, изолированный от суппорта станка, удлинительный термоэлектрод, соединяющий режущую часть резца с измерительным прибором, другой удлинительный термоэлектрод, связывающий измерительный прибор с обрабатываемой заготовкой через токосъемник, выполненный в виде неподвижного контактного узла, состоящего из двух сочленяемых элементов, один из которых представляет собой электропроводную часть суппорта станка, а второй выполнен в виде удлинительного термоэлектрода, подключенного к измерительному прибору, обрабатываемая заготовка закреплена в патроне токарного станка без изолирующих элементов. Технический результат - повышение точности измерения температуры резца естественной термопарой. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Наверх