SU1113217A2 - Устройство дл измерени износа режущего инструмента - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ .НИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА по авт. св. № 648349, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, устройство снабжено дополнительным усилителем и вспомогательным избирательным каналом, содержащим последовательно включенные узкополосный фильтр, детектор с интегратором и схему совпадени , выход которой подключен к пороговому элементу регистратора, а второй вход соединен с выходом высокочастотного канала, при этом вход узкополосного фильтра подключен к выходу предварительного усилител , а датчик вибраций выполнен в виде трансформатора тока, содержащего первичную обмотку, сигнальную обмотку и обмотку обратной св зи, причем сигнальна  обмотка, подключена ко входу предварительного и выходу дополнительного усилителей, а обмотка обратной св зи - ко входу дополнительного усилител .

Description

Изобретение относитс  к станкостроению , предназначено дл  измерени  износа режущего инструмента, может быть использовано дл  автоматического управлени  процессом резани  на обрабатывающих станках.

По основному авт. св. № 648349 известно устройство дл  измерени  износа режущего инструмента, содержащее датчик вибраций , предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , высокочастотный канал, образованный последовательно соединенными фильтром высоких частот и детектором, а также включающее систему автоматической настройки частоты высокочастотного фильтра по амплитуде выходного сигнала, вход которой подключен к выходу детектора, а выход - к настраиваемому фильтру, схему сравнени , св занную с задатчиком износа инструмента и регистратором , кинематически св занным со шпинделем и суппортом станка, блок регистрации режимов обработки, выход которого подключен к регул тору коэффициента усилени  предварительного усилител , а задатчик уровн  износа св зан с системой автоматической настройки частоты высокочастотного фильтра 1 .

Известное устройство одновременно с измерением износа инструмента в процессе механической обработки осуществл ет контроль качества обрабатываемой поверхности (шероховатости) и тем самым повышает срок службы инструмента и качество готовых изделий.

Однако устройство определ ет износ режущих инструментов (например, на станках типа обрабатывающий центр, а также на тех станках, где в процессе обработки вращаютс  как инструмент, так и обрабатываема  деталь) в момент касани  инструмента и детали, а также не производит регистрацию переменной составл ющей тока термо-ЭДС, используемой дл  формировани  полезного сигнала с нагруженности режущего клина.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и области применени  устройства дл  измерени  износа вращающегос  режущего инструмента путем определени  момента касани  инструмента с деталью, определени  нагруженности режущего клина, услови  пакетировани  стружки .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  износа режущего инструмента, содержащее датчик вибраций, последовательно включенный предварительный усилитель, высокочастотный канал и регистратор с пороговым элементом, снабжено дополнительным усилителем и вспомогательным избирательным каналом, содержащим последовательно включенные узкополосный фильтр, детектор с интегратором и схему совпадени , выход которой подключен к пороговому элементу регистратора, а второй вход соединен с выходом высокочас5 тотного канала, при этом вход узкополосного фильтра подключен к выходу предварительного усилител , а датчик вибраций выполнен в виде трансформатора тока, содержащего первичную обмотку, сигнальную обмотку и обмотку обратной св зи, причем сигнальна  обмотка подключена к входу предварительного и выходу дополнительного усилителей, а обмотка обратной св зи - к входу дополнительного усилител .

На чертеже приведена блок-схема пред15 лагаемого устройства дл  измерени  износа режущего инструмента.

Устройство содержит датчик 1 вибрации, установленный, например, на суппорте станка, предварительный усилитель 2, высокочастотный канал, образованный после0 довательно соединенными узкополосным перестраиваемым фильтром 3 высоких частот , детектором 4 со встроенным интегратором и системой 5 автоматической настройки частоты фильтра 3, задатчик 6 уровн 

5 износа, подключенный к выходу системы 5 автоматической настройки частоты фильтра , схему 7 сравнени , один вход которой подключен к выходу детектора 4, а второй - к выходу задатчика б уровн  износа , регистратор 8, подключенный к выхо ду схемы 7 сравнени  и содержащий пороговый элемент 9 и блок 10 визуального контрол , блок 11 регистрации режимов обработки (скорости вращени  детали 12 и положени  суппорта 13 относительно обрабатываемой детали 12, включающий тахогенератор 14, кинематически св занный с вращающейс  деталью 12, и реохорд 15, движок которого кинематически св зан с суппортом 13, при этом выход блока II регистрации соединен с регулируемым эле0 ментом коэффициента усилени  предварительного усилител  2, дополнительный усилитель 16, работающий в режиме самовозбуждающегос  генератора низкочастотных электрических колебаний, избирательный канал , содержащий последовательно соединенные узкополосный фильтр 17, настроенный на частоту низкочастотных колебаний самовозбуждающегос  генератора 16, детектор 18 со встроенным интегратором и схему 19 совпадени , второй вход которой

подключен к выходу детектора 4 высокочастотного канала, а ее выход - к входу порогового элемента 9 регистратора 8, а вход узкополосного фильтра 17 подключен к выходу предварительного усилител  2. Датчик 1 вибраций выполнен в виде разрезного ферромагнитного кольцевого сердечника с двум  вторичными обмотками: сигнальной 20 Wj и обмоткой Wj обратной

в зи 21, установленного, например, на уппорте 13 и охватывающего режуишй интрумент короткозамкнутого электрического контура, образованного элементами: корпус станка - шпиндель, обрабатываема  еталь - режущий инструмент - корпус.

Дл  по снени  работы блок-схемы короткозамкнутый контур показан на чертеже в виде эквивалентного контура, охвать вающего ферромагнитный сердечник и образованного витком 22 Wj источника 23 Е ермо-ЭДС, и переменного резистора 24 RK моделирующего услови  изменени  контака инструмент-деталь в процессе обработки .

При этом предварительный усилитель 2 подключен к сигнальной обмотке 20 Wj датчика 1, а усилитель 16 подключен к сигнальной обмотке 20 Wi и обмотке 21 Wj обратной св зи таким образом, что образует самовозбуждающийс  генератор низкочастотных колебаний.

Режимы работы устройства и его функциональные возможности определ ютс  конструктивными особенност ми и режимами измерени  датчика 1, выходной сигнал коорого (снимаемый с сигнальной обмотки 20 Wi несет комплексную информацию о спектре колебательных движений (вибраций ) и о спектре тока переменной состав ющей термо-ЭДС, а также о моменте касани  и наличии контакта режущего инструмента с обрабатываемой деталью непосредственно в ходе обработки.

Комплексный спектр сигнала на выходе обмотки 20 Wj датчика 1 значительно повыщает достоверность информации о состо нии процесса резани  в целом, так как спектр переменной составл ющей тока термо-ЭДС отображает силовую нагруженность режущего инструмента, а спектр скорости колебательных движений отображает отклик системы СПИД на единичные возмущающие воздействи  режущего инструмена , услови  процесса стружкообразовани  и услови  пакетировани  стружки, например , при обработке глубоких отверстий.

Реакци  датчика 1 на скорость относительных колебательных движений инструмента обусловлена тем, что режущий инструмент намагничиваетс  в процессе механической обработки, а его колебательные движени  внутри ферромагнитного замкнутого сердечника с измерительной обмоткой модулируют (измен ют) .магнитный поток, замыкающийс  в магнитопроводе, а также измен ют напр женность его магнитного пол  по отношению к катушке индуктивноти 20 Wi, в результате чего в последней возникает ЭДС. При отсутствии намагниченности инструмента спектр сигнала вибраций также имеет место, так как ЭДС на выходе сигнальной обмотки 20 W, возни кает за счет модул ции магнитного гютока, обусловленной вибраци ми самого ферромагнитного сердечника датчика I и его обмотки (катушки). Ферромагнитный сердечник датчика 1 установлен на корпусе суппорта 13 соосно с режущим инструментом и охватывает последний. В этом случае посто нный магнитный поток в ферромагнитном сердечнике создаетс  за счет тока, вызванного посто нной составл ющей термо-ЭДС

естественной термопары, возникающей в зоне резани  между инструментом и обрабатываемой деталью.

Конструктивно (с целью удобства ветра ивани  и креплени  датчика { в систему

СПИД, не разбира  последней) ферромагнитный сердечник датчика 1 выполн ют из двух половинок (в виде полуколец или П-образных сердечников) и соедин ютмежду собой в процессе сборки механическим креплением.

Однако наличие шероховатости в зоне сопр жени  двух полуколец или П-образных сердечников из ферромагнитного материала приводит к изменению плотности и фактической площади контакта в зоне стыка

под действием вибраций, а, следовательно, к модул ции магнитного потока в ферромагнитном сердечнике, что вызывает возникновение переменной составл ющей ЭДС, на выходе сигнальной обмотки 20 Wi. Регистраци  переменной составл ющей

тока термо-ЭДС, возникающей в зоне резани  при изменении 24 R переходного контактного сопротивлени  инструмент-деталь, осуществл етс  датчиком I как трансформатором тока, в котором роль первичной обмотки выполн ет короткозамкнутый виток

22, образованный элементами: корпус станка - щпиндель - обрабатываема  деталь- режущий инструмент - корпус стайка, а роль вторичной - сигнальна  обмотка Так как физическа  модель преобразовател  включает в себ  короткозамкнутую естественную термопару инструмент-деталь с мен ющимс  переходным сопротивлением зоны резани , то ее эквивалентна  схема на чертеже показана в виде замкнутой цепи, охватывающей ферромагнитный сердечник

и образованной источником 23 термо-ЭДС и переменным сопротивлением Rj. Изменение резистора 24 R, имитирует мен ющеес  контактное сопротивление инструмент-деталь в зоне резани .

Таким образом, суммарный спектр переменной составл ющей термо-ЭДС и вибраци  на вы.ходе сигнальной обмотки 20Wi н.есет полную информацию о нагруженности режущего- инструмента, обрабатываемости материала,услови  процесса стружкообраювани , величине износа и скорости его )бразовани , а также об условии протекани  технологического процесса в целом.

Автоматическай настройка устройства на наиболее информатнвные частоты, допустимую величину контролируемого параметра, а также формирование выходных полезных сигналов об износе режущего инструмента, защите его от поломки, изменении качества формообразовани  обрабатываемой поверхности осуществл етс  высокочастотным каналом , как в известном устройстве.

Фиксаци  момента касани  инструмента с деталью, а также обнаружение наличи  контакта в ходе обработки осуществл етс  в устройстве следующим образом.

При отсутствии процесса резани  датчик 1 ,с обмотками 20 Wj и 21 Wj , подключенными к дополнительному усилителю 16, образуют самовозбуждающийс  генератор низкочастотных колебаний (с {астотой, лежащей в диапазоне 0,5-8 кГц). В этом случае на выходе сигнальной обмотки 20 .Wj по вл етс  напр жение с частотой (например, 7 кГц), которое усиливаетс  предварительным усилителем 2 и подаетс  на вход избирательного канала дл  формировани  управл ющего сигнала. Причем, избирательный канал образован узкополосным фильтром 17, настроенным на частоту самовозОуждающегос  генератора 16 (например на частоту 7 кГц), детектором 18 со встроенным интегратором и схемой 19 совпадени .

Переменное напр жение с частотой самовозбуждающегос  генераторах 6 через узкополосный фильтр 17 подаетс  на блок 18. Продетектированное напр жение с выхода блока 18 через схему 19 совпадени  подаетс  на пороговый элемент 9 регистратора 8 дл  управлени  процессом обработки и на регистратор визуального контрол  (не показано).

Управл ющий сигнал на выходе схемы 7 сравнени  может по витьс  только тогда, когда на втором ее входе по витс  напр жение , снимаемое с выхода блока 4 высоko4acTOTHoro сигнала. Это соответствует

критической ситуации, когда поломка инструмента происходит в процессе обработки, т. е. когда на выходе блока 4 существует напр жение, снимаемое с интегратора (задержанное во времени).

В начальный момент времени (в момент касани  инструмента с деталью) сигнал на выходе блока еще не по вилс , а образование короткозамкнутого витка срывает электрические колебани  генератора), затормаживает самовозбуждающийс  генератор. Датчик 1 автоматически переводитс  в режим преобразовател  регистрации спектра колебательной скорости (вибрации) и переменной составл ющей тока термо-ЭДС дл  диагностики состо ни  процесса резани  и формировани  полезного сигнала. Выходной сигнал с блока 18, несущий информацию о моменте касани , может непосредственно подаватьс  на систему управлени  станком (эта св зь и система управлени  станком на схеме не показаны) дл  автоматического перевода, например, с режима быстрого подвода инструмента на режим рабочей подачи.

Предлагаемое устройство обеспечивает наличие комплексной информации на выходе сигнальной обмотки, значительно расшир ет функциональные возможности устройства , повыщает достоверность информации и точность измерени  на станках с вращающимс  инструментом и вращающейс  обрабатываемой деталью, исключает поломку инструмента непосредственно в ходе обработки при возникновении различных критических критических ситуаций, а, следовательно , повыщает коэффициент загрузки , технологическую и эксплуатационную надежность станочного оборудовани  в целом.

Бесконтактное условие съема информации расшир ет область применени  предлагаемого уст1эойства, а регистраци  момента касани  инструмента с деталью автоматизирует процесс своевременного перевода при вода с режима ускоренного подвода на режим рабочей подачи.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА по авт., св. № 648349, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство снабжено допол- нительным усилителем и вспомогательным избирательным каналом, содержащим последовательно включенные узкополосный фильтр, детектор с интегратором и схему совпадения, выход которой подключен к пороговому элементу регистратора, а второй вход соединен с выходом высокочастотного канала, при этом вход узкополосного фильтра подключен к выходу предварительного усилителя, а датчик вибраций выполнен в виде трансформатора тока, содержащего первичную обмотку, сигнальную обмотку и обмотку обратной связи, причем сигнальная обмотка, подключена ко входу предварительного и выходу дополнительного усилителей, а обмотка обратной связи — ко входу дополнительного усилителя.