Способ тарирования естественной термопары в процессе врезания

Авторы патента:

Ефимович Игорь Аркадьевич (RU)

Золотухин Иван Сергеевич (RU)

B23B25/06 - измерительные, контрольные или установочные устройства, служащие для наладки, подачи, управления или наблюдения за режущими инструментами или обрабатываемыми изделиями (измерительные приборы или калибры G01B)

Владельцы патента RU 2505380:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

Способ включает осуществление процесса резания на интересующих режимах с одновременной регистрацией величины термо-ЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов инструмента и заготовки, соотнесение значения температуры в зоне контакта со значением термо-ЭДС и построение по полученным данным тарировочного графика. Для снижения трудоемкости и повышения точности на заготовке выполняют поперечные пазы, полируют боковую поверхность режущей части инструмента. Освещают боковую полированную поверхность пучком когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционную картину в предметной плоскости видеокамеры в результате взаимодействия отраженного и опорного пучков. Осуществляют процесс врезания инструмента в заготовку с радиальной подачей, регистрируют с помощью видеосъемки изменения интерференционных картин по отношению к интерференционной картине, полученной до резания. По изменениям интерференционных картин, связанных с перемещениями боковой поверхности, определяют значения температур в зоне контакта в моменты нахождения режущей части инструмента в поперечных пазах заготовки, измеряют длины контакта на передней и задней поверхностях режущего инструмента на изображении его режущей части, совмещенном с изображением интерференционных картин, в моменты резания перед вхождением инструмента в очередной паз. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к вспомогательной измерительной технике, служащей для наблюдения за режущими инструментами, а именно за температурным состоянием режущей части инструмента в процессе резания.

Известен способ тарирования естественной термопары для измерения температуры в зоне резания (а.с. СССР №1404185, В23В 25/06, опубл. 1988, бюл. №23), который осуществляют в процессе обработки образца, состоящего из дисков. На торцевые поверхности дисков наносят термоиндикаторные краски, собирают диски в блок, производят точение, определяют значения термо-ЭДС и температуры в процессе резания заготовки инструментом, а по полученным данным строят тарировочный график.

В известном способе измерение температуры производится не в режущей части инструмента, а в обрабатываемом материале по одной конкретной известной температуре перехода (изменению цвета) для термоиндикаторной краски, для чего требуется тщательный подбор ее марки, при этом фиксируется только максимальная температура процесса. Фиксация же изменения температурного состояния режущей части инструмента в процессе врезания данным способом невозможна.

Известен способ определения тарирования естественной термопары деталь-резец, выбранный в качестве прототипа (а.с. СССР №350590, В23В 25/06, опубл. 1972, бюл. №27), заключающийся в том, что на станок устанавливают два одинаковых образца, которые обрабатывают двумя идентичными резцами, один из которых представляет собой естественную термопару деталь-резец, а другой выполняют разъемным в плоскости, перпендикулярной оси вращения детали, на плоскость разъема наносят пленку из легкоплавкого металла, по зонам оплавления которого в процессе резания судят о температуре резания, тарируя по ней термопару деталь-резец.

Известный способ также имеет значительную трудоемкость, так как для установления функции распределения температур в режущей части инструмента необходимо многократно повторять опыт для получения каждой точки тарировочного графика, а именно периодически снимать инструмент со станка, разбирать его и фиксировать под микроскопом зону оплавления, в связи с чем получение данных изменения температурного состояния режущей части инструмента в процессе врезания существенно затруднено. При этом погрешность измерения температуры в зоне резания значительная, так как для построения поля изотерм требуется в каждом опыте наносить новые слои легкоплавкого металла с иными температурами плавления.

Задачей настоящего изобретения является возможность реализации тарирования естественной термопары в процессе врезания, снижение его трудоемкости и повышение точности.

Технический результат при решении поставленной задачи заключается в использовании высокоточного бесконтактного интерферометрического измерения изменений поля температур в режущей части инструмента в процессе врезания.

Указанный технический результат достигается следующим образом. Предварительно на заготовке в виде диска делают поперечные пазы, а боковую поверхность материала режущей части инструмента полируют. Освещают боковую полированную поверхность инструмента пучком когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционную картину в предметной плоскости видеокамеры в результате взаимодействия отраженного и опорного пучков, непрерывно регистрируют с помощью видеосъемки изменения интерференционных картин, связанных с перемещениями боковой поверхности. Далее осуществляют процесс врезания инструмента в заготовку с радиальной подачей и по изменениям интерференционных картин по отношению к интерференционной картине, полученной до резания, определяют значения температур в зоне контакта в моменты нахождения режущей части инструмента в поперечных пазах заготовки. В процессе резания также непрерывно регистрируют величину термо-ЭДС естественной термопары, образующейся в результате взаимодействия материалов инструмента и заготовки. Изменяющиеся при врезании в связи с изменением толщины срезаемого слоя значения температур режущей части инструмента соотносят со значениями термо-ЭДС. По полученным данным строят тарировочный график. Длины контакта на передней и задней поверхностях измеряют на изображении режущей части инструмента, совмещенном с изображением интерференционных картин, в моменты резания перед вхождением инструмента в очередной паз. Контурное изображение режущей части инструмента и контактирующих с ней стружки и заготовки получают с помощью фронтальной подсветки зоны резания параллельным световым пучком. При построении тарировочного графика в качестве параметра температуры в зоне контакта используют значение максимальной температуры, полученной на контактирующих участках режущей части инструмента, либо значение средней температуры, которую определяют как отношение суммы интегралов функций распределения температур на передней и задней поверхностях режущей части инструмента к сумме длин контакта.

На фиг.1 изображена схема, поясняющая реализацию описываемого способа; на фиг.2 - схема процесса врезания инструмента в заготовку с пазами; на фиг.3 приведены видеограммы интерференционных картин соответственно до резания и в момент нахождения режущей части инструмента в одном из поперечных пазов в процессе резания; на фиг.4 - эпюры функций распределения температур Т на передней и задней поверхностях режущей части инструмента в момент нахождения ее в одном из поперечных пазов.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно на заготовке 1 в виде диска делают поперечные пазы 2 небольшой ширины, а боковую поверхность 3 материала режущей части инструмента 4 полируют. После установки инструмента 4 в резцедержателе станка освещают боковую поверхность 3 режущей части пучком когерентного монохроматического излучения от оптического квантового генератора (лазера) 5. Для увеличения диаметра пучка в соответствие с размерами режущей части, задействованной в зоне контакта, используется коллиматор 6. Интерференционную картину формируют в предметной плоскости видеокамеры 7 в результате взаимодействия отраженного и опорного пучков, получаемых с помощью интерферометра, например, включающего в себя полупрозрачное зеркало 8 и оптический клин 9. В данном случае оптический клин 9 жестко связан с режущей частью инструмента 4 через специальный держатель 10. Изображения интерференционных картин непрерывно регистрируют путем видеосъемки с помощью видеоконтрольного блока, состоящего из скоростной видеокамеры 7 и средства записи 11. Далее осуществляют процесс врезания инструмента 4 в заготовку 1 с радиальной подачей (см. фиг.2). В процессе врезания с помощью измерительного прибора 12 (например, милливольтметра) и средства записи 11 регистрируют величину термо-ЭДС естественной термопары, образующейся в результате взаимодействия материалов инструмента 4 и заготовки 1. По изменению интерференционных картин (см. фиг.3) до резания и в моменты нахождения режущей части инструмента 4 в поперечных пазах 2 заготовки 1 в процессе врезания определяют температуры на контактных поверхностях инструмента 4 по формуле

где Т₀ - начальная температура режущего клина до резания (Т₀=20°C);

T_t - температура в интересующий момент времени в рассматриваемой точке режущего клина;

m_t - разность порядков интерференционных полос в рассматриваемой точке контура режущего клина до резания и в момент нахождения режущей части инструмента в поперечном пазу в процессе врезания;

λ - длина волны монохроматического когерентного излучения;

t - толщина режущего клина до его деформирования при температуре Т₀;

α - коэффициент температурного расширения материала инструмента. Изменяющиеся при врезании в связи с изменением толщины срезаемого слоя значения температур режущей части инструмента 4 соотносят со значениями термо-ЭДС, зарегистрированными на средстве записи 11, и строят тарировочный график. При построении тарировочного графика в качестве параметра температуры в зоне контакта может быть использовано значение максимальной температуры, которая отражает прочностное состояние инструментального материала и его износостойкость в отдельных точках зоны контакта, либо значение средней температуры. При этом значения средней температуры Т_ср определяют как отношение суммы интегралов функций f_T и f_lT распределения температур (см. фиг.4) соответственно на передней поверхности вдоль оси F и на задней поверхности вдоль оси f₁ режущей части инструмента 4 в пределах соответсвующих длин контакта С и C₁ к сумме этих длин контакта по формуле

Длины контакта на передней С и задней C₁ поверхностях измеряют на изображении режущей части инструмента 4, совмещенном с изображением интерференционных картин, в моменты резания перед вхождением инструмента 4 в очередной поперечный паз 2. Контурное изображение режущей части инструмента 4 и контактирующих с ней стружки и заготовки 1 получают с помощью фронтальной подсветки зоны резания параллельным световым пучком 13 осветителя 14, направленным по нормали к режущей части инструмента 4.

Таким образом, описанный способ позволяет реализовать тарирование естественной термопары в процессе врезания, а благодаря высокоточному бесконтактному интерферометрическому измерению температур в режущей части инструмента, снизить трудоемкость и повысить точность тарирования.

1. Способ тарирования естественной термопары инструмент-заготовка в процессе врезания, включающий резание с одновременной регистрацией величины термо-ЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов инструмента и заготовки, соотнесение значений температуры в зоне контакта со значением термо-ЭДС и построение по полученным данным тарировочного графика, отличающийся тем, что на заготовке выполняют поперечные пазы, полируют боковую поверхность режущей части инструмента, освещают боковую полированную поверхность пучком когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционную картину в предметной плоскости видеокамеры в результате взаимодействия отраженного и опорного пучков, осуществляют процесс врезания инструмента в заготовку с радиальной подачей, регистрируют с помощью видеосъемки изменения интерференционных картин по отношению к интерференционной картине, полученной до резания, по изменениям интерференционных картин, связанных с перемещениями боковой поверхности, определяют значения температур в зоне контакта в моменты нахождения режущей части инструмента в поперечных пазах заготовки, измеряют длины контакта на передней и задней поверхностях режущего инструмента на изображении его режущей части, совмещенном с изображением интерференционных картин, в моменты резания перед вхождением инструмента в очередной паз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при построении тарировочного графика в качестве параметра температуры в зоне контакта используют значение максимальной температуры, полученной на контактирующих участках режущей части инструмента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при построении тарировочного графика в качестве параметра температуры в зоне контакта используют значение средней температуры, которую определяют как отношение суммы интегралов функций распределения температуры на передней и задней поверхностях режущей части инструмента к сумме длин контакта.

Способ включает генерирование управляющих сигналов, поступающих на электромагнитные муфты автоматической коробки скоростей подач станка. Для повышения универсальности и расширения области применения профиль обрабатываемой детали представляют цифровой моделью в виде координат большого числа элементарных отрезков, вносят в память цифровой системы управления (ЦСУ).

Способ определения параметра шероховатости на токарных станках с чпу при получистовой и чистовой обработке металла твердосплавным инструментом // 2492968

Способ относится к определению величины параметра шероховатости Ra при обработке стали с измерением термоэлектродвижущей силы. Для повышения точности определения величины параметра Ra предварительно осуществляют кратковременный пробный проход резцом по детали, измеряют термоЭДС, по которой определяют поправочный коэффициент на физико-механические свойства контактируемой пары резец-деталь, а величину параметра шероховатости Ra определяют с использованием измеренного значения термоЭДС по приведенной формуле.

Устройство для токарной обработки некруглых деталей // 2457075

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей. .

Многокомпонентный датчик силы резания // 2455121

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в автоматизированных системах технологического оборудования и в измерительной технике. .

Устройство компенсации тепловых погрешностей токарного станка // 2453400

Изобретение относится к токарным станкам и предназначено для компенсации тепловых смещений шпинделей. .

Устройство контроля точности обработки деталей на токарных станках с числовым программным управлением // 2452595

Изобретение относится к области обработки металлов резанием на токарных станках с числовым программным управлением и может быть использовано для активного контроля геометрических параметров деталей.

Способ программного контроля предельного состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов // 2449860

Изобретение относится к обработке металлов резанием на станках с ЧПУ и может быть применено для контроля работоспособности сборных многолезвийных инструментов. .

Устройство для измерения сопротивления сверлению // 2448811

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа материалов путем определения их твердости и может быть использовано для определения физико-механических характеристик растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций и т.п.

Способ контроля состояния режущих кромок многолезвийного инструмента // 2446917

Изобретение относится к области обработки материалов резанием и предназначено для контроля состояния режущих кромок многолезвийного инструмента. .

Устройство компенсации тепловых и силовых погрешностей токарного станка // 2438830

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к токарным станкам с повышенной точностью изготовления деталей. .

Способ адаптивного управления обработкой валопроводов движительно-рулевых колонок // 2510665

Изобретение относится к области общего и специального машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства, а именно при токарной обработке длинных деталей типа вал, и, в частности, при обработке валопроводов движительно-рулевых колонок (ДРК). Способ адаптивного управления обработкой валопроводов ДРК включает генерирование сигналов управления, поступающих на электропривод поперечной подачи каретки с резцедержателем, при этом в плоскости, проходящей через вершину резца перпендикулярно оси центров станка, с помощью оптоэлектронных датчиков контролируют горизонтальные и вертикальные отклонения суппорта от оси центров станка, величину которых компенсируют за счет дополнительного перемещения каретки с резцедержателем, причем величину перемещения определяют по предлагаемой формуле. 2 ил.

Способ тарирования естественной термопары // 2514369

Способ включает осуществление процесса резания с одновременной регистрацией величины термоЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов режущего инструмента и заготовки, определение значений температуры в зоне контакта и соотнесение ее со значением термоЭДС, изменение параметров режимов резания и повторное получение соотносящихся данных, по которым строят тарировочный график. Для повышения точности измерения температуры предварительно полируют боковую поверхность режущей части инструмента, освещают боковую полированную поверхность пучком когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционную картину в предметной плоскости видеокамеры в результате взаимодействия отраженного и опорного пучков, непрерывно регистрируют с помощью видеосъемки изменения интерференционных картин, связанных с перемещениями боковой поверхности, выводят режущую часть инструмента из зоны резания, а значения температуры в зоне контакта определяют по изменению интерференционных картин до резания и после выведения режущей части инструмента из зоны резания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для тарирования естественной термопары // 2520291

Устройство содержит образец детали, установленный на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя. При этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС. Для повышения точности измерения температуры режущей части резца устройство снабжено интерферометром, состоящим из полупрозрачного зеркала и оптического клина, жестко связанного с резцом посредством держателя, средством записи значений термо-ЭДС и интерференционных картин, регистрируемых видеокамерой, лазером и коллиматором для расширения пучка когерентного монохроматического излучения. При этом боковая поверхность режущей части резца выполнена зеркально-полированной. На периферии образца детали могут быть выполнены поперечные пазы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2535839

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. По результатам кратковременных испытаний определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную. На графике зависимости температуры резания от скорости резания по этой температуре определяют оптимальную скорость резания. Технический результат заключается в сокращении трудоемкости определения оптимальной скорости резания на основе стандартных кратковременных испытаний при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. 1 ил., 1 табл.

Способ определения оптимальной скорости резания в процессе металлообработки // 2538750

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании. Согласно изобретению осуществляется предварительная обработка заготовки при разных скоростях резания с записью сопровождающих вибраций и с последующим выделением посредством полосовых фильтров высокочастотной и низкочастотной составляющих вибраций и определением амплитудных значений указанных составляющих. За величину оптимальной скорости резания принимают значение скорости, при которой отношение упомянутых значений амплитуд высокочастотной составляющей к низкочастотной минимально. 3 ил.

Устройство для токарной обработки некруглых деталей // 2541327

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей при наличии на обрабатываемой поверхности зон прерывистого резания. В устройстве реализован принцип самообучения, обеспечивающий минимальные систематические от детали к детали ошибки формы, при этом минимизируются и случайные ошибки, вызванные смещением указанных зон. Эффект достигается посредством отключения интегральной составляющей в регуляторе положения режущего инструмента в зонах отсутствия резания. Технический результат - повышение точности токарной обработки серийных некруглых деталей в условиях случайного от детали к детали смещения зон прерывистого резания. 1 ил.

Способ компенсации упругих тепловых деформаций подшипников шпинделей металлообрабатывающих станков и устройство для его реализации // 2542941

Изобретение относится к способу и устройству компенсации упругих тепловых деформаций подшипников шпинделей металлообрабатывающих станков. При вращении вала шпинделя осуществляют непрерывное измерение температуры нагрева каждого его подшипника. Корректировку тепловых деформаций подшипников осуществляют при достижении температуры подшипников шпинделя некоторого уровня путем расширения на определенную величину с помощью пьезокерамических элементов ширины осевого паза, выполненного на поверхности отверстия шпинделя. Технический результат заключается в повышении ресурса работы подшипников шпиндельного узла за счет компенсации тепловых смещений шпинделя в процессе его эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ механической обработки заготовок на станках с чпу // 2544713

Способ включает выполнение проходов резца, контроль размеров заготовки и шероховатости обработанной поверхности и корректировку режимов обработки. Для повышения точности изготовления деталей, уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности и сокращения времени на обработку при корректировке режимов обработки используют устройства обратной связи и осуществляют непрерывное измерение в процессе обработки размеров заготовки лазерными дальномерами, жестко укрепленными на расстоянии до 1 м от обрабатываемой поверхности с учетом возрастания расстояния от лазерного дальномера до обрабатываемой поверхности при снятии слоя металла резцом за проход, а величину шероховатости в месте обработанной поверхности - лазерными измерителями шероховатости, жестко закрепленными на расстоянии до 1 м неподвижно на расстоянии от обработанной поверхности, на которую подают поток лазерного излучения. Затем измеренное значение размера заготовки подают в устройство обратной связи и далее - в устройство отработки программы, с помощью которого осуществляет постоянное сравнение фактического размера заготовки с заданным размером для внесения соответствующих корректировок в производимые перемещения резца с обеспечением соответствия расстояния до обрабатываемой поверхности при удалении припуска материала заготовки за несколько проходов заданному размеру заготовки в месте обработки. При этом одновременно в устройство обратной связи и далее - в устройство отработки программы подают значение измеренной величины шероховатости обработанной поверхности для сравнения с заданной шероховатостью. При этом, если шероховатость обработанной поверхности выше заданной в управляющей программе, то производят остановку станка и корректируют режим механической обработки, после чего производят пуск станка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения осевого биения рабочего органа станка // 2564774

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при проверке станков по нормам точности. Для измерения осевого биения рабочего органа станка на торцовую поверхность рабочего органа устанавливают коленчатую оправку с возможностью поворота относительно этой поверхности на угол 180° в любом положении рабочего органа, при этом на другой конец коленчатой оправки устанавливают измерительный прибор, который настраивают относительно концевой меры длины на нулевое значение в первоначальной точке измерения. Затем производят измерения для начального положения коленчатой оправки относительно рабочего органа станка и для ее положения после поворота оправки на 180°, а осевое биение рабочего органа определяют как наибольшую в пределах одного оборота рабочего органа алгебраическую полусумму отклонений показаний измерительного прибора от нулевого значения. Применение изобретения дает возможность повысить точность и сократить время проверки, а также упростить технологию измерения осевого биения. 3 ил., 2 табл.

Устройство контроля точности нарезания резьбы на токарном станке // 2573162

Устройство контроля точности нарезания резьбы на токарном станке, включающем станину, шпиндель, предназначенный для закрепления в нем заготовки, и каретку с закрепленным на ней инструментом, содержит средство для съема информации, средство сбора и обработки информации и компьютер. Устройство снабжено стойкой, предназначенной для размещения на каретке с противоположной от резца относительно заготовки стороны. Средство для съема информации выполнено в виде трех датчиков, первый из которых - датчик радиального перемещения обработанной резьбовой поверхности заготовки, снабжен наконечником и установлен на стойке с возможностью взаимодействия наконечника с наружной поверхностью нарезаемой резьбы, второй - датчик линейных перемещений, включающий линейку, предназначенную для установки на станине, и движок, предназначенный для взаимодействия с кареткой, и третий - датчик угловых перемещений, включающий муфту, предназначенную для его соединения со шпинделем. При этом все три датчика функционально соединены со средством сбора и обработки информации. Предпочтительно, чтобы датчик радиального перемещения был выполнен бесконтактным. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения и, как следствие, исключение необоснованной отбраковки изделий 2 з.п. ф-лы, 1 ил.