Устройство для определения контакта инструмента с деталью

 

Союз Советсиик

Социапмстическик

Респубнни

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii971618 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 25. 05. 81 (2! ) 3289634/25-08 (5})M. Кл.

В 23 Я, 15/00 с присоединением заявки М

1Ъвударственвй комитет

CCCP ав дваам язвбрвтенкк и открытия (23)Приоритет

Опубликовано 07,11. 82. Бюллетень Мв 41 (53) УДК 621.91 (088. 8) Дата опубликования описания 07.11.82

6.Ф,Елисеев (72) Авторы изобретения

Э.А.Мельников, Ю.fl,Èo÷àåâ, И.Д,Некрасов, и А,П.Локтионов

Курский политехнический институт

1;" ( (71) Заявитель

1 !. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТА

ИНСТРУМЕНТА С ДЕТАЛЫО

Изобретение относится к станко строению, в частности, к устройствам контроля состояния режущего инструмента.

В современных металлорежущих станках применяются различные методы оценки состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки изделия, в том числе использование естественного датчика в виде термопары резец-деталь, образуецейся в процессе резания. Этот метод основан на принципе сопоставления значения термо-ЭДС и функционально связанной с ней температуры в зоне резания с заранее заданной установкой.

Однако известные устройства для измерения температуры резания реализуют контактный метод измерения.

Устройство содержит контактный стер- ро жень, электрически изолированный от резцедержавки и контактируемый с режущей часть резца> диэлектрические прокладки дня изаляции комбинирован2 ного. резца от суппорта, регистрирующее устройство и токосъемник элек" трического соединения регистрирующего устройства с обрабатываемой деталью (1 3.

Эти устройства имеют следующие недостатки: наличие токосъемника сложной конструкции, необходимость иметь переходное сопротивление токосъемника на уровне 0,01 Ом, наличие изолирующих прокладок с внутренними контактными для изоляции резца от суппорта, причем с учетом больших усилий как затяжки резца, так и при резании, прокладки изготавливают иэ высокопрочных материалов; низкая помехозащищенность, так как воздействующие на проводники устройства электромагнитные поля электроагрвгатов воспринимается регистрирующим устройством невозможность использования на фрезерном станке.

Известно также устройство для определения контакта инструмента г.

9.7161 8 деталью, содержащее размещенные соосно на шпинделе станка первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой возбуждения и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой (2 7, Это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, оно не позволяет оценивать состояние инструмента в процессе обработки детали, в частности, измерением температуры резания методом естественной термопары.

Целью изобретения является расширение функциональным возможностей устройства для определения контакта инструмента с деталью измерением температуры резания методом естественной термопары обрабатываемая деталь режущий инструмент.

Цель достигнута тем, что в устройство для определения контакта инструмента с деталью, включающее генератор возбуждения, размещенные соосно с элементом замкнутого токопроводящего контура станок — обрабатываемая деталь - режущий инструмент, например> режущим инструментом, первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой возбуждения, подключенной к генератору возбуждения, и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой, введен высокочастотный генератор, второй сер35 дечник выполнен со сквозным отверстием на периферии, на стенках отверстия размещена обмотка перемагни чивания, обмотка перемагничивания соединена с высокочастотным, генера40 тором, а генератор возбуждения выполнен низкочастотным", в устройство введены фильтры второй и шестой гармоник частоты высокочастотного генератора> фильтр комбинационной часто45 ты низкочастотного и высокочастотного генераторов, связанные с измерительной обмоткой, три усилительнопреобразовательные схемы, вычитающее устройство, подключенное через

50 первую и вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильтров второй и шестой гармоник, делительное устройство, подключенное входом делимого к вычитающему устройству, а входом делителя через третью

55 усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты; в устройство введен. также электроа проводный экран между первым и вторым сердечником.

На фиг,1 показана конструктивная схема устройства, на фиг, 2 - структурная схема устройства; на фиг, 3 расположение устройства на станке в частном варианте — на резце токарного станка.

Устройство состоит из первого замкнутого ферромагнитного сердечника

1, второго замкнутого ферромагнитного сердечника 2, низкочастотного генератора возбуждения 3, высокочастотного генератора 4 и кольцевого экрана 5. На сердечнике 1 размещена обмотка возбуждения 6, подключенная к генератору 3. В теле сердечника 2 выполнено сквозное отверстие 7. На боковых стенках сердечника 2 вокруг отверстия 7 размещена обмотка перемагничивания 8, подключенная к генератору 4„ На сердечнике 2 также расположена измерительная обмотка 9.

Через сердечник 1 экран 5 и центральное отверстие сердечника 2 проходит токопровод, которым в частном варианте Расположения устройства на токарном станке {фиг. 3) является инструмент 10, Измеряемая термо-ЭДС Е создается естественной термопарой, образуемой инструментом 10 и обрабатываемой деталью 11. Инструмент 10 образует с обрабатываемой деталью 11 и станком замкнутый токопроводящий контур

12 с суммарным сопротивлением 13, К измерительной обмотке 9 сердечника 2 через широкополосный усилитель

14 подключены фильтр 15 второй гармоники частоты генератора 4, фильтр

16 шестой гармоники частоты генератора 4 и фильтр 17 комбинационной частоты (суммы или разности частот) генераторов 3 и 4, К выходам фильтров 15-17 подключены усилительно-преобразовательные схемы 18-20 в виде фазочувствительных выпрямителей, К выходам выпрямителей 18 и 19 подключено вычитающее устройство 21, к выходам выпрямителя 20 и вычитающего устройства

21 подключено делительное устройство 22.

Устройство работает следующим образом.

Термо-ЭДС Е вызывает в цепи 12 с сопротивлением 13 величиной и ток

:> = Е/Я

Протекая через инструмент 10 ток

3 создает в сердечнике 2 магнитный поток

971618

3 Э вЂ” — Ь вЂ”.91п6ж 4 рЪ

Ф=,и05Н! где ы.=4. 10 гн/м; ,и - магнитная прони цаемост ь неперемагничиваемого участка сердечника 2;

5 — площадь поперечного сечения 10 сердечника 2; напряженность магнитного поля в сердечнике 2„

В части сердечника 2 вокруг отверстия 7 обмоткой перемагничивания И

8 создается вспомогательное магнитное поле частоты генератора 4, которое периодически изменяет магнитное сопротивление сердечника для измеряемого магнитного потока ф. Пере- 2в магничивающий магнитный поток замыкается в участке сердечника 2, охваченном обмоткой перемагничивания 8>

Из-за нелинейности кривой магничивания магнитная проницаемость участ- 25 ка сердечника 2, охваченного обмоткой перемагничивания 8, изменяется под воздействием перемагничивающего поля с частотой 2ш„. Следовательно, с частотой 2 ы, изменяется магнитное 36 сопротивление участка сердечника 2 вокруг отверстия 7 и напряженность измеряемого магнитного поля в непе— ремагничиваемом участке сердечника

2, охваченном измерительной обмоткой 9;

Н= - ° сов 2ы %, где - длина магнитопровода сердечника ?.

Индукция в сердечнике 2 по выраже-4в нию ан+ЬН где а и Ь вЂ” коэффициенты аппроксимации, будет

4S

8=a — сов2ч> 1+ Ь вЂ” -cos 2из tЭ 7 3 е " е

По закону электромагнитной индукции в измерительной обмотке 9 создается ЭДС:

Е = -,,)3

dt где W — число витков в обмотке 9, Следовательно, SS

Е" -%Вы -2с — + — Ь вЂ” S1n 2ш t,3 7 (% 3

Для измерения сопротивления R генератор 3 создает в обмотке 6 сердечника 1 ток

7р Sin щ ю который возбуждает в сердечнике 1 переменный магнитный поток, сцепленный с одновитковым контуром 12, в котором в процессе работы станка (инструмент 10 асается детали 11) возникает ток

3.

1 = — - соВо,) g т1 2 где K 3 — коэффициент передачи от об" мотки 6 до контура 12, Ток i< являясь первичным током трансформатора на сердечнике 2, вызывает в сердечнике 2 поле напряженностью К

H = — СО52ы t cosa)<<

Р Qg и потоком

Ф = f о- - д-со32ш1 cosl>. .5к3.

В измерительной обмотке 9 наводится ЭДС.

348 е„=w и Д или

Е-, ((wÄ w х Sin (2w„+ О2)6+ (2щ,-о.)2)к

«sin(2w„-w )1) ()

Составляющие е и е выходного сигнала измери1ельной обмотки согласно выражениям (1) и (2) несут информацию о токе ) в контуре 12 и сопротивлении R этого контура, Вторичная электронная схема преобразует эти сигналы к виду, характеризующему термо-ЭДС Е и состояние контакта пары режущий инструментобрабатываемая двталь.

В данном устройстве выходной сигнал измерительной обмотки усиливается широкополосным усилителем 14, Сигналы е =-Юм K -2а — +-Ь вЂ” .Яп2ы 4

7 3 3

2 1 1 Е 2. ЕЭ 1 с выхода фильтра 1.5 и е =- — %5ш К Ь вЂ”.51йбш t

Э 7

6 2 « 3 . 1 с выхода фильтра 16 (K1 коэффициент передачи цепи усилитель 14 - фильтр

7 97161

15 и 16 ) выпрямляются фазочувствительными выпрямителями 18, 19 и вычитаются устройством 21, на выходе которого получаем сигнал

U„„=- K23„ где К2 - сквозной коэффициент передачи от сердечника 2 .до делительного устройства 22.

Таким образом,.выходной сигнал вы- 1в читающего устройства 21 пропорционален току 3 . Одна из частот сигнала выделяется фильтром 17. Полученный сигнал выпрямляется фаэочувствительным выпрямителем 20, на выходе которого образуется сигнал к

2 R где К4 - коэффициент передачи тракта измерения R, 20

Сигнал с выпрямителя 20 несет информацию о сопротивлении контура 12, При отсутствии контакта между инструментом 10 и обрабатываемой деталью

11, например, при поломке инструмен- 2S та, контур 12 разрывается и сигнал с выпрямителя 20 отсутствует, Сигнал с выпрямителя 20 о контакте между инструментом и обрабатываемой деталью при помощи вторичной электронной схе- 36 мы (на фиг. 2 не показана) приводится к виду, удобному для последующей обработ ки, Сигналы И . и И поступают на делительное устройство ?2, формирующее сигнал где К5=К /К, Выходной сигнал делительного уст- щ ройства 22 пропорционален термо-ЭДС Е.

Экранное кольцо 5 служит для устранения емкостной связи между обмотками сердечников 1 и 2.

Усовершенствование устройства для определения контакта инструмента с деталью - введение высокочастотного генератора, выполнение второго сердечника со сквозным отверстием на периферии, размещение на стенках отверстия оЬмотки перемагничивания, соединение обмотки перемагничивания с высокочастотным генератором, выполнение генератора возбуждения низ" кочастотным, выгодно отличает предложенное устройство от прототипа расширением функциональных воэмож" настей устройства: воэможностью оценки состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки детали, измерением температуры резания методом естественной термопары.

Введение фильтров второй и шестой гармоник частоты высокочастотного генератора, фильтра комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, вычитающего и делительного устройства позволяет повысить точность измерения термо-ЭДС в паре обрабатываемая деталь - режущий инструмент получением линейной зависимости (3 ), тогда как при непосредственном определении термо-ЭДС E по е и е из (1) и (2) возникает нелинейный член, определяемый множителем содержащимся в выражении (1), Введение в устройство экрана 5 позволяет повысить чувствительность устройства исключением емкостной связи между обмотками сердечников 1 и 2, особенно при Ьлизком взаимном расположении сердечников 1 и 2, если неоЬходимо иметь малогабаритное измерительное устройство.

В сравнении с контактными устройствами измерения температуры резания методом естественной термопары обрабатываемая деталь - режущий инструмент, предложенное устройство отличается бесконтактностью и большей надежностью, Устройство имеет высокую помехоустойчивость за счет модуляции измеряемых параметров высокой частоты ы„, где помехи от электроагрегатов отсутствуют.

Устройство пригодно для эксплуатации на различных металлорежущих станках, при этом измерительное устройство (сердечники 1 и 2) целесообразно устанавливать на режущем инструменте у станков токарной группы и на шпинделе у станков фрезерной группы.

Испытания показали, что устройство позволяет кроме определения контакта инструмента с деталью измерять и термо-ЭДС пары режущий инструмент - обрабатываемая деталь, При использовании ферритовых колец

N 2000НМ-3, К100 60v15, при частоте возбуждения 20 кГц и числе витков измерительной обмотки 200 устройство позволяет регистрировать изменения термо-ЭДС не менее 0,05 мВ, Технический эффект от применения устройства создается эа счет повышения эксплуатационных характеристик

9716 аппаратуры контроля состояния режущего инструмента, Формула изобретения

1. Устройство для определения контакта инструмента с деталью, содержащее первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой воэбужде- ip ния, подключенной к генератору возбуждения, и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой, размещенные соосно с элементом замкнутого токопроводящего кбнтура станок-обрабатываемая деталь-режущий инструмент, например режущим инструментом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, рв в него введен высокочастотный генератор, второй сердечник выполнен со сквозным отверстием на периферии, на стенках которого размещена обмотка перемагничивания, соединенная с 2s высокочастотным генератором, а генератор возбуждения выполнен низкочастотным.

2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью зв повышения точности измерения термоЭДС в паре обрабатываемая деталь18 10 режущий инструмент, в него введены филвтры второй и шестой гармоник частоты высокочастотногo генератора, фильтр комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, подключенные параллельно через широкополосный усилитель к иэ" мерительной обмотке, три усилительно-преобразовательные схемы, вычитающее устройство, первый вход которого подключен через первую, а второй через вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильтров соответственно второй и шестой гармоник, делительное устройство, подключенное одним входом к вычитающему устройству, а другим входом через третью усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты.

3. Устройство no n. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствИтельности, в него введен электропроводный экран, ус1 тановленный между первым и вторым сердец ни ком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

N 549269) кл. В 23 В 25/06, 1977, 2, Авторское свидетельство СССР

N 520227, кл. В 23 Q 17/00, 1976. фиа.1

971618 фиг,,У ираж 50 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва> 135> Раушская наб., д. 4/5 акаэ 21 2

Филиал П Патент, г, Ужгород> ул, Проектная, Составитель В,Алексеенко

Редактор Н,Коляда Техред Д. Пекарь Корректор Н.Король