RU216144U1 - DYNAMOMETRIC ARRIVAL - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области определения параметров процесса резания при точении и может быть использована в машиностроительном производстве для определения составляющих сил резания при точении. Динамометрическая оправка содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики. Передняя часть корпуса дополнительно оснащена пирометром и трубкой для подачи сжатого воздуха. Обеспечивается повышение точности измерения. 3 ил.

The utility model relates to the field of determining the parameters of the cutting process during turning and can be used in engineering production to determine the components of the cutting forces during turning. SUBSTANCE: dynamometric mandrel contains a body with a cylindrical shank, holes for supplying cutting fluid, holes for conductors, strain gauges. The front of the housing is additionally equipped with a pyrometer and a tube for compressed air supply. Improved measurement accuracy is provided. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области определения параметров процесса резания при точении и может быть использована в машиностроительном производстве, в высших учебных заведениях, научных центрах для определения составляющих силы резания при точении.The utility model relates to the field of determining the parameters of the cutting process during turning and can be used in engineering production, in higher educational institutions, research centers to determine the components of the cutting force during turning.

Известна оправка (Патент US №2017252884, МПК: B23B29/04, B23Q17/09, H04B1/034, опубл. 07.09.2017 г.) состоящая из держателя инструмента, на котором крепится режущая пластина и тензодатчик, соединяющийся кабелями через специальные отверстия в корпусе, содержащем уплотняющее соединение между крышкой и батарей, держатель пластины, фиксирующая планка, печатная плата, на которой установлены блоки радиопередач и предварительной обработки сигналов.A mandrel is known (US Patent No. 2017252884, IPC: B23B29/04, B23Q17/09, H04B1/034, publ. 09/07/2017) consisting of a tool holder on which a cutting plate is mounted and a load cell connected by cables through special holes in the housing , containing a sealing connection between the cover and the battery, a plate holder, a fixing bar, a printed circuit board on which the radio transmission and signal pre-processing units are installed.

Недостатком данной конструкции является большое количество составных узлов и отсутствие их жесткой фиксации, что снижает надежность устройства при эксплуатации. Сторонние колебания, возникающие в процессе резания при контакте резца с обрабатываемой поверхностью, учитываются при измерении силы резания, а так как датчик размещен непосредственно на режущей части резца, невозможно получить достоверные данные Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия. А также наличие проводов в зоне резания значительно снижает надежность эксплуатации устройства.The disadvantage of this design is the large number of components and the lack of rigid fixation, which reduces the reliability of the device during operation. Third-party vibrations that occur during the cutting process when the cutter contacts the surface to be machined are taken into account when measuring the cutting force, and since the sensor is located directly on the cutting part of the cutter, it is impossible to obtain reliable data. The obtained data on the nature of the cutting process are determined by only one parameter - cutting forces , as a result of which it is not possible to take into account all the factors affecting the processing of the product. And also the presence of wires in the cutting zone significantly reduces the reliability of the device.

Известно устройство «Однокомпонентный динамометр для измерения сил резания при точении резцами» (Патент РФ № 131157, МПК: G01L 5/16, опубл. 10.08.2013 г.) состоящее из: датчиков, крестообразной части упругого элемента, которая расположена внутри прямоугольной рамки, на которой смонтирован резцедержатель и неподвижная плита для закрепления на станке.A device "Single-component dynamometer for measuring cutting forces when turning with cutters" (RF Patent No. 131157, IPC: G01L 5/16, publ. 08/10/2013) is known, consisting of: sensors, a cruciform part of an elastic element, which is located inside a rectangular frame, on which a tool holder and a fixed plate are mounted for fixing on the machine.

Недостатками данного устройства является его низкая надежность по сравнению с цельными конструкция и увеличение погрешностей за счет использования составных частей. Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия. Также данное устройство фиксирует силы резания при точении лишь в одной плоскости, что исключает возможность определения перемещений технологической системы в плоскостях «X», «Y» в целях определения прогиба заготовки.The disadvantages of this device are its low reliability in comparison with a one-piece design and an increase in errors due to the use of component parts. The data obtained on the nature of the cutting process are determined by only one parameter - the cutting force, as a result of which it is not possible to take into account all the factors that affect the process of processing the product. Also, this device fixes the cutting forces during turning in only one plane, which excludes the possibility of determining the displacements of the technological system in the "X", "Y" planes in order to determine the deflection of the workpiece.

Известен многокомпонентный (или трехкомпонентный) динамометр, разработанный швейцарской компанией, «Kistler Type 9129AA» (KISTLER. Официальный сайт./ Compact Multi-Component Dynamometer up to 10 kN. URL: https://www.kistler.com/en/product/type-9129aa/, дата обращения 24.06.2022 г.). Система состоит из четырех тензодатчиков, которые установлены между крышкой пластины и двумя боковыми опорными пластинами. Динамометр крепится к ровным и чистым поверхностям болтами или устанавливается на магнитные пластины.Known multi-component (or three-component) dynamometer, developed by a Swiss company, "Kistler Type 9129AA" (KISTLER. Official website. / Compact Multi-Component Dynamometer up to 10 kN. URL: https://www.kistler.com/en/product/ type-9129aa/, accessed June 24, 2022). The system consists of four load cells that are installed between the plate cover and two side support plates. The dynamometer is attached to smooth and clean surfaces with bolts or mounted on magnetic plates.

Недостатками вышеописанного динамометра являются предрасположенность к внутренним искажениям, а также к дополнительной нагрузке на отдельные измерительные элементы и усиление перекрестных помех в случае установки на неровные монтажные поверхности. Полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия.Disadvantages of the dynamometer described above are the predisposition to internal distortions, as well as to additional stress on individual measuring elements and increased crosstalk when mounted on uneven mounting surfaces. The data obtained on the nature of the cutting process are determined by only one parameter - the cutting force, as a result of which it is not possible to take into account all the factors that affect the process of processing the product.

Наиболее близкой является оправка (Патент RU №214009, МПК: B23B29/04, B23Q17/09, опубл. 07.10.2022 г.) состоящая из корпуса с цилиндрическим хвостовиком. В корпусе выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и проводников, для питания и передачи данных тензодатчикам. Тензодатчики размещены внутри корпуса оправки в одной плоскости.The closest is the mandrel (Patent RU No. 214009, IPC: B23B29 / 04, B23Q17 / 09, publ. 07.10.2022) consisting of a body with a cylindrical shank. Holes are made in the body for supplying cutting fluid (coolant) and conductors, for power supply and data transmission to strain gauges. The strain gauges are placed inside the mandrel body in the same plane.

Главным недостатком является то, что полученные данные о характере протекания процесса резания определяются только по одному параметру - силы резания, вследствие чего отсутствует возможность учета всех факторов, влияющих на процесс обработки изделия.The main disadvantage is that the data obtained on the nature of the cutting process are determined by only one parameter - the cutting force, as a result of which it is not possible to take into account all the factors that affect the process of processing the product.

Технический результат - повышение точности измерения.EFFECT: improved measurement accuracy.

Технический результат достигается тем, что динамометрическая оправка, содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики, причем передняя часть корпуса дополнительно оснащена пирометром пирометром и трубкой для подачи сжатого воздуха.The technical result is achieved by the fact that the torque mandrel contains a body with a cylindrical shank, holes for supplying cutting fluid, holes for conductors, strain gauges, and the front part of the body is additionally equipped with a pyrometer pyrometer and a tube for supplying compressed air.

Позиции расположения тензодатчиков определены исходя из максимальной деформации, возникающей при действии составляющих силы резания, что позволяет достичь более корректной работы тензодатчиков, что повышает точности измерения составляющих силы резания. А также дает возможность достичь минимальную температурную погрешность, повысить точность измерения составляющих сил резания, благодаря возможности работы всех датчиков одновременно и при постоянных условиях, непосредственно в процессе резания.The positions of the strain gauges are determined based on the maximum deformation that occurs under the action of the components of the cutting force, which makes it possible to achieve more correct operation of the strain gauges, which increases the accuracy of measuring the components of the cutting force. It also makes it possible to achieve the minimum temperature error, increase the accuracy of measuring the components of cutting forces, due to the possibility of all sensors operating simultaneously and under constant conditions, directly in the cutting process.

Использование пирометра позволяет фиксировать изменение температуры в зоне резания. Поскольку в процессе резания, при увеличении силы резания возрастает температура в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью, что приводит к размягчению срезаемого слоя обрабатываемой поверхности и, как следствие, к изменению условий стружкообразования и налипанию частиц поверхностного слоя обрабатываемой поверхности на режущие кромки инструмента. При этом снижаются режущая способность и период стойкости инструмента, в связи с чем ухудшается и качество обработанной поверхности. Контроль температуры в зоне резания, посредством пирометра, позволит контролировать изменение измеряемого параметра в течении всего технологического процесса, а также в совокупности с данными об изменении сил резания позволяет обеспечить более точный контроль процесса резания, который дает возможность своевременно внести корректировки, позволяющие предотвратить повышенный износа инструмента и порчу обрабатываемого изделия.The use of a pyrometer allows you to record the change in temperature in the cutting zone. Since in the process of cutting, with an increase in the cutting force, the temperature in the zone of contact of the cutting tool with the machined surface increases, which leads to softening of the cut layer of the machined surface and, as a result, to a change in the conditions of chip formation and sticking of particles of the surface layer of the machined surface to the cutting edges of the tool. At the same time, the cutting ability and tool life are reduced, and therefore the quality of the machined surface is also deteriorating. Temperature control in the cutting zone, by means of a pyrometer, will allow you to control the change in the measured parameter throughout the entire technological process, and in combination with data on changes in cutting forces, it allows for more accurate control of the cutting process, which makes it possible to make timely adjustments to prevent increased tool wear and damage to the workpiece.

Расположение пирометра на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания) позволяет максимально близко и безопасно получать данные изменения температуры в зоне резания.The location of the pyrometer on the front of the body (under the load cell of the radial cutting force) allows you to get the data of temperature changes in the cutting zone as close and safe as possible.

Дополнительное оснащение передней части корпуса оправки трубкой для подачи сжатого воздуха предотвращает попадание смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и стружки на линзу пирометра, что способствует получению более точных результатов измерения.The addition of a compressed air tube to the front of the mandrel body prevents cutting fluid (coolant) and chips from entering the pyrometer lens, which contributes to more accurate measurement results.

Данные о изменении значений составляющих сил резания получают в течение всего технологического цикла, что позволит контролировать процесс обработки и своевременно вносить корректировки. Таким образом, позволит обеспечить заданные характеристики обрабатываемой поверхности и заданный период стойкости инструмента.Data on changes in the values of the components of the cutting forces are obtained throughout the entire technological cycle, which will allow you to control the processing process and make timely adjustments. Thus, it will allow to provide the specified characteristics of the machined surface and the specified period of tool life.

На фиг. 1. - представлен общий вид динамометрической оправки.In FIG. 1. - a general view of the torque mandrel is presented.

На фиг. 2. - вид динамометрической оправки слева.In FIG. 2. - view of the torque mandrel on the left.

На фиг. 3. - вид динамометрической оправки снизу.In FIG. 3. - view of the torque mandrel from below.

Динамометрическая оправка, содержащая корпус 1 с цилиндрическим хвостовиком 2, посредством которого динамометрическая оправка закрепляется в револьверной головке станка.A torque mandrel containing a body 1 with a cylindrical shank 2, through which the torque mandrel is fixed in the turret of the machine.

В корпусе 1 выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) 3, отверстия для выхода проводников 4 и гнезда 5, с возможностью размещения в них тензодатчика тангенциальной силы резания 6, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Z», тензодатчика радиальной силы резания 7, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Y», тензодатчика осевой силы резания 8, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «X», пирометра 9.Holes for supplying cutting fluid (coolant) 3, holes for the exit of conductors 4 and sockets 5 are made in the body 1, with the possibility of placing a strain gauge of the tangential cutting force 6 in them, to measure the component of the cutting force directed along the “Z” axis, the strain gauge radial cutting force 7, to measure the component of the cutting force directed along the “Y” axis, the load cell of the axial cutting force 8, to measure the component of the cutting force directed along the “X” axis, the pyrometer 9.

Гнездо 5 тензодатчика тангенциальной силы резания 6, выполнено в нижней части корпуса 1, в зоне установки резца (над державкой резца). Гнездо 5 тензодатчика радиальной силы резания 7 выполнено на передней части корпуса 1 (сторона выхода режущей части резца), слева от места установки резца. Гнездо 5 тензодатчика осевой силы резания 8 выполнено на левом торце корпуса 1 (ближе к переднему углу). Гнездо 5 пирометра 9 выполнено на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания 7). Рядом с пирометром 9, параллельно его оси, размещена трубка для подачи сжатого воздуха 10.The socket 5 of the load cell of the tangential cutting force 6 is made in the lower part of the body 1, in the area of the cutter installation (above the cutter holder). The socket 5 of the load cell of the radial cutting force 7 is made on the front part of the housing 1 (the exit side of the cutting part of the cutter), to the left of the installation site of the cutter. The socket 5 of the load cell of the axial cutting force 8 is made on the left end of the housing 1 (closer to the front corner). The nest 5 of the pyrometer 9 is made on the front of the body (under the load cell of the radial cutting force 7). Next to the pyrometer 9, parallel to its axis, there is a tube for supplying compressed air 10.

Каждый тензодатчик и пирометр 9 соединены с блоком обработки данных посредством проводников 11.Each strain gauge and pyrometer 9 are connected to the data processing unit through conductors 11.

Динамометрическая оправка работает следующим образом.The torque mandrel works as follows.

Предварительно рабочий инструмент, закрепляется в корпусе 1 оправки посредством прижимных пластин, фиксируемых винтами. Гнездо 5 каждого тензодатчика изолируются от агрессивной рабочей среды, например, крышкой.The pre-working tool is fixed in the body 1 of the mandrel by means of clamping plates fixed with screws. Nest 5 of each load cell is isolated from the aggressive working environment, for example, by a cover.

В процессе обработки заготовки СОЖ подается в зону резания через отверстия для подвода СОЖ 3, а на резец действуют три составляющие силы резания. В свою очередь тензодатчик тангенциальной силы резания 7, расположенный в зоне установки резца, фиксирует изменение действующего на резец усилия, направленного по оси «Z» и преобразуя его в электрический сигнал по проводнику 11 передает данные на блок обработки данных.In the process of processing the workpiece, coolant is supplied to the cutting zone through the holes for supplying coolant 3, and three components of the cutting force act on the cutter. In turn, the load cell of the tangential cutting force 7, located in the installation area of the cutter, captures the change in the force acting on the cutter directed along the "Z" axis and converting it into an electrical signal through the conductor 11 transmits data to the data processing unit.

Тензодатчик радиальной силы резания 7, расположенный на переднем торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «Y» и преобразуя его в электрический сигнал по проводнику 9 передает данные на блок обработки данных.The load cell of the radial cutting force 7, located on the front end of the housing 1, captures the change in the current force directed along the "Y" axis and converting it into an electrical signal through the conductor 9 transmits data to the data processing unit.

Тензодатчик осевой силы резания 8, расположенный на левом торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «X» и преобразуя его в электрический сигнал по проводнику 11 передает данные на блок обработки данных.The axial cutting force load cell 8, located on the left end of the housing 1, captures the change in the acting force directed along the "X" axis and converting it into an electrical signal through the conductor 11 transmits data to the data processing unit.

Пирометр 9, расположенный на передней части корпуса (под тензодатчиком радиальной силы резания 7) фиксирует изменение температуры в зоне контакта резца с обрабатываемым материалом. Поток сжатого воздуха, подаваемого через трубку для подачи сжатого воздуха 10, предотвращает попадание СОЖ и стружки на линзу пирометра. Данные с пирометра 9 преобразуются в электрический сигнал и по проводнику 11 передаются на блок обработки данных.Pyrometer 9, located on the front of the housing (under the load cell of the radial cutting force 7) records the temperature change in the zone of contact of the cutter with the material being processed. The flow of compressed air supplied through the compressed air supply tube 10 prevents coolant and chips from entering the pyrometer lens. The data from the pyrometer 9 is converted into an electrical signal and transmitted through the conductor 11 to the data processing unit.

Сигналы, полученные от всех тензодатчиков и пирометра 9, собираются на приемном устройстве, с которого выводится, например, на экран.The signals received from all strain gauges and pyrometer 9 are collected on the receiving device, from which it is displayed, for example, on the screen.

Проводник 11 выполняет дополнительную функцию электрического питания тензодатчиков и пирометра 9.Conductor 11 performs an additional function of electrical power supply for strain gauges and pyrometer 9.

Таким образом, использование динамометрической оправки, содержащей корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики, пирометр и трубку для подачи сжатого воздуха, позволяет повысить точность измерения.Thus, the use of a torque mandrel containing a body with a cylindrical shank, holes for supplying cutting fluid, holes for conductors, strain gauges, a pyrometer, and a tube for supplying compressed air makes it possible to improve measurement accuracy.

Claims (1)

Динамометрическая оправка, содержащая корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики, отличающаяся тем, что передняя часть корпуса дополнительно оснащена пирометром и трубкой для подачи сжатого воздуха.Torque mandrel containing a body with a cylindrical shank, holes for supplying cutting fluid, holes for conductors, strain gauges, characterized in that the front part of the body is additionally equipped with a pyrometer and a tube for supplying compressed air.

Images