RU2445588C1 - Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла - Google Patents
Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445588C1 RU2445588C1 RU2010147282/28A RU2010147282A RU2445588C1 RU 2445588 C1 RU2445588 C1 RU 2445588C1 RU 2010147282/28 A RU2010147282/28 A RU 2010147282/28A RU 2010147282 A RU2010147282 A RU 2010147282A RU 2445588 C1 RU2445588 C1 RU 2445588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouple
- temperature
- hot junction
- cutting
- chip
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям температуры в зоне резания лезвийным инструментом с использованием термопары. Техническим результатом является определение температуры детали в фактической точке резания (на режущей кромке инструмента) с максимальной точностью. Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла с помощью термопары, установленной в обрабатываемом материале детали, характеризуется тем, что горячий спай термопары раскатывают по форме в виде пластинки до толщины много меньшей толщины снимаемой стружки. Горячий спай заглубляют в деталь на толщину пластинки и приваривают к детали так, что в момент резания фрезой горячий спай термопары становится элементом стружки и разогревается до максимальной температуры, которая реализуется в зоне скольжения стружки по передней поверхности инструмента. Регистрируют температуру тепловой волны с частотой опроса не менее 10000 Гц. Неоднократно регистрируют температуру горячего спая термопары в момент срезания его элемента вплоть до момента его полного уничтожения. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям температуры в зоне резания лезвийным инструментом с использованием термопары.
Измерение степени нагрева инструмента и материала в зоне резания имеет существенное значение для выбора режима резания с максимальной производительностью без ущерба для стойкости инструмента. Известны технические решения, связанные с измерением температуры в зоне резания, предлагающие термопары специального вида, способы их установки, а также методы измерения физических параметров в зоне резания.
Известен способ, связанный с установкой термопары внутри инструмента. Он не позволяет определить точное значение температуры на режущей кромке по причине сложности препарирования инструмента надлежащим образом (патент RU №2248537 С1, МПК G01K 7/04, G01N 3/58 от 20.03.2005 г.).
Известны способы, связанные с измерением токов естественной термопары «инструмент-деталь» или «инструмент-деталь-станок». Они дают только качественную картину нагрева в зоне резания и, кроме того, требуют дополнительных экспериментов по устранению влияния внешних факторов (например, электрического сопротивления масляной пленки и др.) на величины измеряемых параметров (заявки RU №97105804, МПК G01K 7/02 от 27.03.1997 г.; RU №97100992, МПК В23В 25/06 от 10.01.1999 г.; патенты RU №2124707, МПК G01K 7/02 от 09.04.1997 г.; RU №1623394 МПК G01K 7/02 от 09.08.1995 г.).
Общим недостатком перечисленных выше технических решений является то, что измеряется температура не режущей кромки инструмента, а температура тепловой волны в теле детали или инструмента, которая доходит до термопары. Эта температура значительно отличается от температуры нагрева режущей кромки инструмента в зависимости от способа установки термопары и теплопроводности материалов детали и инструмента.
Известно техническое решение по патенту России №2287787 С1, МПК G01K 7/04, 2006 г. Способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале заключается в том, что устанавливают искусственную термопару в обрабатываемом материале и осциллографируют ее выходное напряжение. При этом в процессе обработки материала инструмент непрерывно подается до соприкосновения с термопарой. Полученную осциллограмму обрабатывают, определяют предварительную величину температурного поля, которую затем увеличивают на размер слоя термопары, а также получают функцию, аппроксимирующую характер распределения температуры в обрабатываемом материале. Для получения значения температуры в точке в зоне резания ее экстраполируют от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай.
Недостатками данного технического решения являются:
- измеряется температура фронта тепловой волны, а не температура режущей кромки инструмента, которые значительно отличаются;
- значение температуры в зоне резания определяется путем экстраполяции осциллограммы на расстояние от последнего замера до места перехода термоэлектродов в спай, которое достаточно точно определить весьма сложно.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является изобретение по авторскому свидетельству SU №468108, МПК G01K 7/08, 1975 г. Способ определения температуры шлифуемой поверхности металла в зоне резания срезаемой естественной термопарой, состоящей из детали и термоэлектрода, заключающийся в том, что термоэлектрод покрывают перед помещением его в шлифуемую деталь электроизоляционным лаком, определяют коэффициент тепловой активности пограничного слоя зоны шлифования и по полученным данным находят искомую температуру шлифуемой поверхности в зоне резания.
Недостатками прототипа являются:
- температура измеряется в течение очень короткого промежутка времени (около 0,02 с), что требует высокой точности считывания показаний осциллографа, так как может быть проведено только одно измерение в момент срезания термопары;
- неприменимость для оперативного выбора режимов резания, так как требует экспериментального определения коэффициента тепловой активности пограничного слоя зоны шлифования.
Задачей и техническим результатом изобретения является обеспечение измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента с высокой точностью.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла с помощью термопары, установленной в обрабатываемом материале детали, горячий спай термопары раскатывают по форме в виде пластины до толщины много меньшей толщины снимаемой стружки, заглубляют в деталь на толщину горячего спая термопары и приваривают к детали так, что в момент резания фрезой горячий спай термопары становится элементом стружки и разогревается до максимальной температуры, которая реализуется в зоне скольжения стружки по передней поверхности инструмента, регистрируют температуру тепловой волны с частотой опроса не менее 10000 Гц, в том числе неоднократно регистрируют температуру горячего спая термопары в момент срезания его элемента вплоть до момента его полного уничтожения.
На фиг.1 показана деталь с термопарой, подготовленная для эксперимента.
На фиг.2 приведены последовательные траектории режущей кромки инструмента.
На фиг.3 приведена схема экспериментальной установки.
На фиг.4 приведен график значений температуры термопары в процессе эксперимента.
Подготовка детали к эксперименту заключается в том (фиг.1 и 2), что в детали 1 фрезеруют паз 2 глубиной, равной толщине горячего спая термопары. В паз закладывают предварительно раскатанный до необходимой толщины горячий спай термопары 3 и приваривают к детали. Термопару проводами 4 соединяют с регистрирующим устройством 5. В процессе резания режущая кромка инструмента 6 несколько раз срезает элемент горячего спая термопары (траектории режущей кромки 7), показания температуры которого регистрируются прибором, обеспечивающим высокую частоту опроса. На фиг.3 показана схема экспериментальной установки. Для повышения надежности эксперимента в заготовку встраивают несколько термопар (в проведенном эксперименте использовались четыре основные термопары на позициях 8-11 и две контрольные термопары 12 и 13 для фиксации температуры тепловой волны в детали, фиг.3). Для регистрации показаний термопар использовались персональный компьютер 14 с модулем сбора данных с частотой опроса не менее 10000 Гц, соединенный экранированным кабелем 15 с блоком 16 ввода/вывода показаний термопар через переходник 17 и модуль 18 согласования и вывода аналоговых сигналов, собранные на шасси 19.
Способ измерения температуры в зоне резания с помощью термопары заключается в том, что фреза при характерных для скоростного фрезерования скорости резания и подаче успевает несколько раз срезать горячий спай термопары до полного ее уничтожения. В момент срезания горячего спая термопары его часть становится элементом стружки, разогреваясь при этом до максимальной температуры в зоне резания, которая реализуется в зоне скольжения стружки по передней поверхности инструмента. Частота опроса показаний термопары такова, что при каждом срезании горячего спая термопары происходит регистрация величины термоЭДС и должна быть не менее 10000 Гц, так как время срезания одной полоски горячего спая термопары при характерной скорости резания составляет ~0,001 сек.
На фиг.4 показан итоговый результат обработки показаний термопар. В момент прекращения сигнала от термопар фиксируется максимальная температура в зоне резания Трез.
Достигаемый эффект заключается в том, что подготовка эксперимента (раскатка горячего спая термопары и укладка ее в паз в теле детали) позволяет несколько раз произвести регистрацию температуры в моменты срезания горячего спая термопары и тем самым с более высокой точностью определить реальную температуру режущей кромки, а минимальная толщина спая термопары обеспечивает малую термическую инерцию прогревания в процессе резания. При этом длина раскатанного горячего спая термопары такова, что до полного его уничтожения при характерных для скоростного фрезерования скорости резания и подаче фреза успевает несколько раз срезать горячий спай термопары (фиг.2). Частота регистрации величины термоЭДС термопары должна быть не менее 10000 Гц, так как время срезания одной полоски термопары при характерной скорости резания и подаче составляет ~0,001 сек. При этом регистрируемая температура тепловой волны, проходящей внутри горячего спая термопары, постепенно приближается к температуре режущей кромки инструмента по мере сокращения длины остатка горячего спая термопары, что позволяет с более высокой точностью получить температуру срезаемой стружки и, следовательно, температуру режущей кромки инструмента в момент последнего контакта инструмента и термоэлектродов.
Существенным преимуществом данного способа является то, что используются стандартные термопары и аппаратура обработки термоЭДС с известными по ГОСТ характеристиками, что исключает необходимость тарировки измерительного комплекса (что требуется для обработки осциллограммы - патент RU №2277787, или в случае подбора пары «деталь - проволока», авт.св. SU №468108).
Claims (1)
- Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла с помощью термопары, установленной в обрабатываемом материале детали, отличающийся тем, что горячий спай термопары раскатывают по форме в виде пластинки до толщины много меньшей толщины снимаемой стружки, заглубляют в деталь на толщину пластинки и приваривают к детали так, что в момент резания фрезой горячий спай термопары становится элементом стружки и разогревается до максимальной температуры, которая реализуется в зоне скольжения стружки по передней поверхности инструмента, регистрируют температуру тепловой волны с частотой опроса не менее 10000 Гц, в том числе неоднократно регистрируют температуру горячего спая термопары в момент срезания его элемента вплоть до момента его полного уничтожения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147282/28A RU2445588C1 (ru) | 2010-11-19 | 2010-11-19 | Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147282/28A RU2445588C1 (ru) | 2010-11-19 | 2010-11-19 | Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2445588C1 true RU2445588C1 (ru) | 2012-03-20 |
Family
ID=46030237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010147282/28A RU2445588C1 (ru) | 2010-11-19 | 2010-11-19 | Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2445588C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589289C1 (ru) * | 2015-02-17 | 2016-07-10 | Борис Сосрукович Хапачев | Способ определения контактной температуры при использовании инструментов из сверхтвердых материалов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU32191A1 (ru) * | 1931-10-26 | 1933-09-30 | В.М. Урушев | Устройство дл измерени температур лезви режущего инструмента при обработке металлов |
SU89287A1 (ru) * | 1950-03-18 | 1950-11-30 | А.И. Каширин | Устройство дл измерени температуры при резании |
SU1185116A1 (ru) * | 1984-06-04 | 1985-10-15 | Тольяттинский политехнический институт | Устройство дл измерени температуры резани |
JP2005014137A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Toyota Motor Corp | 切削工具および切削工具の測温校正方法 |
-
2010
- 2010-11-19 RU RU2010147282/28A patent/RU2445588C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU32191A1 (ru) * | 1931-10-26 | 1933-09-30 | В.М. Урушев | Устройство дл измерени температур лезви режущего инструмента при обработке металлов |
SU89287A1 (ru) * | 1950-03-18 | 1950-11-30 | А.И. Каширин | Устройство дл измерени температуры при резании |
SU1185116A1 (ru) * | 1984-06-04 | 1985-10-15 | Тольяттинский политехнический институт | Устройство дл измерени температуры резани |
JP2005014137A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Toyota Motor Corp | 切削工具および切削工具の測温校正方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2589289C1 (ru) * | 2015-02-17 | 2016-07-10 | Борис Сосрукович Хапачев | Способ определения контактной температуры при использовании инструментов из сверхтвердых материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lefebvre et al. | Numerical analysis of grinding temperature measurement by the foil/workpiece thermocouple method | |
Nusier et al. | Laboratory techniques to evaluate thermal conductivity for some soils | |
Reichenbach | Experimental measurement of metal-cutting temperature distributions | |
CN105652101B (zh) | 温控型电声脉冲法空间电荷测量装置 | |
CN104713657A (zh) | 一种用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法 | |
CN107192734A (zh) | 一种利用瞬态平面热源法测试岩体热导率的传感器及其测试装置 | |
WO2011065877A1 (en) | Measurement of thermal properties | |
RU2445588C1 (ru) | Способ измерения температуры режущей кромки лезвийного инструмента при высокоскоростном фрезеровании металла | |
CN109324079B (zh) | 一种基于超声的材料热膨胀系数的测量方法 | |
CN205940788U (zh) | 一种摩擦副表面瞬时温度测量*** | |
CN111207840B (zh) | 一种表面发射率在线测试装置及其方法 | |
CN109202532B (zh) | 复合材料铣削温度测量方法及装置 | |
CN104330183A (zh) | 半人工热电偶瞬态铣削温度测量的方法和装置 | |
Bezpalova et al. | Methods for measuring grinding temperatures | |
SU453592A1 (ru) | Способ определения температуры шлифуемойповерхности в зоне резания металла с помощьюсрезаемой искусственной термопары | |
CN102759412A (zh) | 涂层-基体切削温度传感器的制作方法 | |
Wang et al. | Study on automatic calibration system of multi-layered laminated thin film thermocouple cutting temperature sensor | |
RU2797154C1 (ru) | Устройство для создания неоднородного температурного поля и измерения токов поляризации и температуры в нем | |
CN104596646B (zh) | 用于磨削实验的工件测温装置 | |
Suslyaev et al. | An Automated Setup for Investigating the Temperature Dependence of the Permittivity Spectra of Polar Liquids in the Range of 0.1–1.25 GHz | |
RU2521139C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопроводности наноструктурированного поверхностного слоя конструкционных материалов | |
GB1103358A (en) | System for checking the composition of ferrous metallic bodies | |
Cull | The measurement of thermal parameters at high pressures | |
RU2192000C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов | |
SU1133526A1 (ru) | Способ измерени температурной зависимости термо-ЭДС минералов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 8-2012 FOR TAG: (72) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181120 |