Устройство для измерения силы резания

 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в силоизмерительных системах. Цель изобретения - повышение точности измерения, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей за счет использования на станках с автоматической сменой инструмента. Устройство позволяет измерять постоянную и переменную составляющую силы резания путем преобразования их в электрический сигнал с помощью мономорфного пьезоэлектрического преобразователя, встроенного в инструментальную оправку, которая применяется на многоинструментальных станках для закрепления инструмента в шпинделе станка. Регистратор взаимодействует с датчиком перемещения посредством управляющего элемента и прерывателя. В оправке выполнено отверстие в боковой поверхности у торца, центральная ось которого перпендикулярна образующей конуса Морзе для закрепления инструмента. В это отверстие с предварительным натягом устанавливаются последовательно толкатель, пьезоэлемент с токосъемниками, элемент регулировки предварительного натяга, который имеет отверстие для вывода проводов от токосъемников пьезоэлемента. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9)SU(II) 504 (5!! В 23 В 25/06

А1

3 ГСИЗМ0

° (() .) (r )()(.()()) я (|э.(. (Q:! ., )А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4179857/31-08 (22) 14.01.87 (46) 30.08.89. Бюл. !1 32 (71) Горьковский политехнический институт и Экспериментальный научноисследовательский институт металлорежущих станков (72) В.A Ратмиров, В,А, !1ерфилон и И ° А. Борисов (53) 621,9,08(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1|- 1449240, кл. В 23 В 25/06, 1986 ° (54) УСТР011СТВО ДЛЯ ИЗ|!ЕРЕНИЯ СИЛЪ|

РЕЗАНИЯ (57) Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в силоизмерительных системах, Цель изобретения — понышение точности измерения, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей за счет использования на станках с автоматической сменой инструмента, Устройство позволяет измерять постоИзобретение относится к станкостроению и может быть использовано в силоизмерительных системах, преимущественно на металлорежущих станI ках.

Целью изобретения является noabaueние точности измерения, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей за счет использования на станках с автоматической сменой инструмента.

На чертеже представленО устройстно, общий нид, разрез.

2 янную и переменную составляющую силы резания путем преобразования их в электрический сигнал с помощью мономорфного пьезоэлектрического преобразователя, встроенного в инструментальную оправку, которая применяется на многоинструментальных станках для закрепления инструмента в шпинделе станка. Регистратор взаимодействует с датчиком перемещения посредством управляющего элемента и прерывателя, В оправке выполнено отверстие в боковой поверхности у торца, центральная ось которого перпендикулярна образующей конуса Морзе для закрепления инструмента, В это отверстие с предварительным натягом устанавливаются последовательно толкатель, пьезоэлемент с токосъемниками, элемент регул Сронки предварительного натяга, который имеет отверстие для вывода проводов от токосъемников пьезоэлемента. 1 ил.

Устройство содержит корпус стандартной оправки 1, В отверстие, центральная ось которого перпендикулярна образующей конуса Морзе для закрепления инструмента 2, вставлены толкатель 3, пьезоэлемент 4, элемент

5 регулировки предварительного натяга, токосъемники 6. Толкатель 3 иэготонляется из материала с таким модулем упругости, который исключает остаточные деформации в пределах податливости стыка между оправкой 1 и конусом Морзе инструмента 2, Для

1504005

его изготовления можно испольэовать, например, сталь с последующей закалкой до твердости выше, чем твердость оправки. Внешне он имеет форму цилиндра, один торец которого плоский, а второй, обращенный к инструменту, выполнен в форме части поверхности конуса Морзе. Пьезоэлемент 4 может быть тороидальной формы из пьезокерамики марки ЦТНС-1, соответственно и токосъемники 6 должны быть такой же формы и размера. Элемент 5 регулировки предварительного натяга представляет собой закаленный стальной винт с отверстием для вывода соединительных проводов ат токосъемников 6 к регистратору. Прерыватель и управляющий элемент не имеют существенного отличия от прототипа и поэтому на чертеже не показаны, Устройство работает следующим абразом.

В оправку закрепляют инструмент

2 с помощью обычных методов, Потом с помощью элемента 5 предварительнога натяга прижимают пьезоэлемент 4 с токосъемниками 6 и талкателем 3 к образующей конуса Морзе на хвоставике инструмента 2 с силой, кот:рая должна исключить раскрытие стыка между инструментом 2 и талкателем

3. Подготовленную таким образом оправку устанавливают в шпиндель станка и соединяют электрически выводы от токосъемников 6 с входом регистратора. Эта может быть выполнено с помощью скользящих токосъемников, которые применяются в каллекторных электродвигателях, После соединения оправки с регистратором включают вращение шпинделя и подводят деталь к фрезе. В результате процесса резания на фреэу будет действовать в точке контакта ее с деталью сила резания Р . Так как иснтрумент 2 вращается вместе с оправкой и толкателем

3, та на талкатель Э будет действовать сила Рц, изменяющаяся в продолжении всего оборота, При этом она принимает значение

Рм Р»», » +Ррез, где Р »»„ — сила предварительного натяга на пьезоэлементе и толкателе в тот момент, когда направление силы предварительного натяга совпадает с направлением с»»лы резания, и ее значение равна

Рм Рп,н P ðå> в тот момент, когда направлен,; илы резания Р направлено навстр силе предварительного натяга.

Таким образом, за один оборот сила, действующая через толкатель на пьезоэлемент, примет два экстремальных значения, а в общем случае она будет изменяться по закону гармонических колебаний, который можно выразить как

Pì Ррез " sin(cDt+EP) где — угловая скорость вращения фрезы;

15 время;. начальная фаза измерения °

Действие на пьезоэлемент силы P

М изменяющейся по описанному закону, вызывает постоянную генерацию пьезо20 элементом заряда Q величина которога может быть определена на основании основного уравнения для пьезоэлементав из условия

Я Й >=d»1 Рре sin(t+y) где d, — пьеэомодуль пьезоэлемента.

При этом в цепи пьезоэлемент — регистратор появляется так, величина которого будет равна сЩ й(d Рреь sin (6)t+»1 ) )

Амплитудное значение этого тока является функцией величины постояннога значения силы резания, приложенного к фрезе.

Формула и з а б р е т е н и я

Устройства для измерения силы резания, содержащее оправку для закреп4р ления инструмента в шпинделе станка, датчик перемещения, включающий пьезоэлемент, демпфирующие токосъемники, элемент регулировки предварительного

55 между элементном Регулировки предварительного натяга и введенным в устройства толкателем, предназначенным для взаимодействия с хваставикам инструмента. натяга, регистратор с управляющим

45 элементом и прерывателем, а т л и ч а ю ш е е с я тем, чта, с целью повышения точности, упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей, пьезоэлемент установлен в отверстии, выполненном в боковой поверхности оправки, центральная ось которого перпендикулярна образующей конуса Морзе, причем пьезоэлемент установлен в упомянутом отверстии

Составитель А. Семенова

Редактор М. Бандура Техред М.Дидык Корректор М, Васильева

Заказ 5190/1б Тираж 831 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101