SU1732194A1 - Dynamometer for measurement of cutting forces - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к станкостроению , в частности к силоизмери- тельной технике, может быть использовано в станках при исследовании процесса резани  и позвол ет повысить точность измерени  за счет исключени  вли ни  сил инерции. После настройки динамометр устанавливают на столе станка и при движении на подвижные части динамометра действуют силы инерции , пропорциональные массам подвижных частей, под действием которых упругие элементы 4 динамометра и упруга  консольна  балка 6 компенсационного устройства изгибаютс  и в них возникают % (Л С 3 Ю СО ЈьThe invention relates to a machine tool industry, in particular to force-measuring equipment, can be used in machine tools in the study of the cutting process and allows to increase the measurement accuracy by eliminating the influence of inertia forces. After tuning, the dynamometer is installed on the machine table and, when moving, the inertia forces act on the moving parts of the dynamometer, which are proportional to the masses of the moving parts, under the action of which the elastic elements 4 of the dynamometer and the elastic cantilever beam 6 of the compensating device are bent and have%

Description

относительные деформации, которые регистрируютс  с помощью тенэорезис- торов 8 и усилителей и путем различных коэффициентов усилени  уравновешиваютс . При относительном перемещении силопрйемной плиты-5 с деталью Н и грузов 7 компенсационного устрой1732194the relative deformations, which are recorded with the help of the shadow resistors 8 and amplifiers and are balanced by various gain factors. With the relative movement of the silopriem plate-5 with part H and loads 7 of the compensation device 1732194

ства, не равном нулю, разность сигналов от измерительных тензорезисторов 8 электрически приводитс  к нулю, что исключает погрешность измерени  сил резани , вызываемую силами инерции. 2 ил.After a non-zero value, the difference between the signals from the measuring strain gauges 8 is electrically reduced to zero, which excludes the measurement error of cutting forces caused by inertia forces. 2 Il.

Изобретение относитс  к области станкостроени , в частности к сило- измерительной технике, и может быть использовано в станках при исследовании процесса резани .The invention relates to the field of machine-tool engineering, in particular, to measuring instruments, and can be used in machine tools in the study of the cutting process.

Известен универсальный динамометр содержащий корпус, в котором установ лена державка на 16 упругих элемента на стенках которых наклеены проволоч ные преобразователи сопротивлени . При работе динамометра под действием силы резани  деформируютс  упругие элементы, проволочные преобразовател которых соединены в измерительную схему, сигнал с которой поступает на вход электронного усилител .A universal dynamometer is known that includes a housing in which a holder is mounted on 16 elastic elements on the walls of which the resistance resistance wire transducers are glued. During the operation of the dynamometer, the elastic elements are deformed under the action of the cutting force, the wire converters of which are connected to the measuring circuit, the signal from which is fed to the input of the electronic amplifier.

Недостатком данного динамометра  вл етс  то, что при установке его на плоскошлифовальном станке при движении стола с ускорением возникающие силы инерции привод т к искажени показаний по горизонтальной составл ющей силы резани . Если закон движени  стола на участке шлифовани  близок к идеальному, то показани  динамометра соответствуют истинному значению силы резани . Если же на участке шлифовани  стол станка движетс  с ускорением, то сипа инерции вносит погрешность. Величины ускорений при реверсе стола достигают 2-3g а при движении стола до 0,5g, что приводит к существенной погрешности измерени  сил резани , где g - ускорение свободного падени .The disadvantage of this dynamometer is that when it is installed on a surface grinder when the table moves with acceleration, the inertia forces that occur result in a distortion of the readings along the horizontal component of the cutting force. If the law of motion of the table on the grinding section is close to ideal, then the readings of the dynamometer correspond to the true value of the cutting force. If, on the grinding section, the machine table moves with acceleration, then the inertia drift introduces an error. The magnitudes of the accelerations at the reverse of the table reach 2-3g while the movement of the table to 0.5g, which leads to a significant error in the measurement of cutting forces, where g is the acceleration of free fall.

Известен также трехкомпонентный динамометр дл  измерени  составл ющих усили  резани , содержащий плиту корпус цилиндра, в котором установлены четыре упругих кольца, прикрепленные к корпусу через сегменты, а к жесткому брусу - шпильками. Тензо- датчики наклеены на кольцах. Испытуемый образец крепитс  в пазу бруса, на противоположном конце которогоAlso known is a three-component dynamometer for measuring the component cutting forces, comprising a plate with a cylinder body in which four elastic rings are attached, attached to the body through segments, and to a rigid bar - with pins. Strain gauges are glued on the rings. The test specimen is fastened in the groove of the beam, on the opposite end of which

5five

5five

0 0

5five

00

установлен контактный диск дл  сн ти  электрических сигналов датчиков.a contact disk is installed to pick up electrical sensor signals.

Упругие кольца расположены в направлении действи  составл ющих усили  резани , при этом два кольца воспринимают усили  от составл ющей Р., а два других кольца - от составл ющей Рг. Усили  составл ющих передаютс  на кольца с помощью бруса. .The elastic rings are located in the direction of the components of the cutting forces, while the two rings perceive forces from the component R., and the other two rings from the component Pr. The forces of the components are transmitted to the rings using a beam. .

Недостатком данного динамометра  вл етс  то, что при движении стола станка с ускорением динамометр измер ет не горизонтальную составл ющую силы шлифовани , а сумму силы инерции , действующей на образец, и составл ющей Pz.The disadvantage of this dynamometer is that during the movement of the machine table with acceleration, the dynamometer measures not the horizontal component of the grinding force, but the sum of the inertia force acting on the sample and the component Pz.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  двухкомпонентный динамометр, содержащий силоприемную плиту, соединенную с основанием восьмигранными упругими элементами, на которых наклеены тензорезисторы RJ , Кг, RJ, Rg - дл  регистрации составл ющейThe closest to the present invention is a two-component dynamometer containing a power-receiving plate connected to the base by octahedral elastic elements, on which the resistance strain gages RJ, Kg, RJ, Rg are glued to register the component

5five

00

5five

ВAT

PZ силы шлифовани  и R5, R, R, R дл  регистрации Pu. Под действием силы шлифовани  деформируютс  упругие элементы динамометра, что приводит к изменению сопротивлени  тензорезисторов . Сигнал от соединенных в мостовую (или полумостовую, в зависимости от типа усилител ) схему тензореэисторов, соответствующих определенной составл ющей силы шлифовани , через измерительный усилитель подаетс  на шлейфовый осциллограф или другой регистрирующий прибор.PZ grinding forces and R5, R, R, R to register Pu. Under the action of the grinding force, the elastic elements of the dynamometer are deformed, which leads to a change in the resistance of the strain gauges. The signal from the bridge-mounted (or half-bridge, depending on the type of amplifier) circuit of strain gages, corresponding to a specific component of grinding force, is fed through a measuring amplifier to a loop oscilloscope or other recording device.

Недостатком данной конструкции динамометра  вл етс  то, что при движении стола с ускорением сила инер ции вносит погрешность при измерении горизонтальной составл ющей силы резани . The disadvantage of this construction of the dynamometer is that when the table moves with acceleration, the inertial force introduces an error in measuring the horizontal component of the cutting force.

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние точности измерени  за счет исключени  вли ни  сил инерции.The aim of the invention is to improve measurement accuracy by eliminating the influence of inertia forces.

эuh

На фиг. 1 изображен динамометр, (общий вид, разрез; на фиг.2 - блок- схема динамометра.FIG. 1 shows a dynamometer, (general view, section; FIG. 2 is a block diagram of a dynamometer.

Динамометр установлен на плите 1 с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством оси 2 и содержит раму переменной жесткости, состо щую из неподвижной балки 3, упругих элементов 4 и силоприемной плиты 5, на которой установлена обрабатываема  деталь Н. К неподвижно балке 3 прикреплена упруга  консольна  балка 6, несуща  груз 7. Тензо- метрические датчики R установлены на упругих элементах 4 и консольной балке 6. В подвижной направл ющей 9 выполнено отверстие, охватывающее консольную балку 6. Дл  перемещени  и фиксации подвижной направл ющей 9 служат винты 10. Зажим обрабатываемой детали Н осуществлен винтом 11 Блок-схема в устройстве содержит измерительный усилитель 12, параллельно к которому подключен второй компенсационный усилитель 13 с полосовым заградительным фильтром 14, суммирующим усилителем 15.The dynamometer is installed on the plate 1 with the possibility of rotation in a vertical plane by means of axis 2 and contains a frame of variable rigidity consisting of a fixed beam 3, elastic elements 4 and a force-receiving plate 5 on which the workpiece H is installed. A fixed beam 3 is fixed to the fixed beam 3 6, carrying the load 7. The strain gauge sensors R are mounted on the elastic elements 4 and the cantilever beam 6. In the movable guide 9, a hole is made that surrounds the cantilever beam 6. For moving and fixing the movable guideline 9 is guide 10. The clamp screws serve workpiece H implemented screw 11 Flowchart device comprises a measuring amplifier 12, which is connected in parallel to the second compensation amplifier 13 to a bandpass barrier filter 14, a summing amplifier 15.

К измерительному усилителю 12 поключен тензометрический измерительный мост 8, а к компенсационному усилителю 13 г компенсационный мост 8а Компенсационный усилитель 13 последвательно подключен к полосовому заг дительму фильтру 14, который подключен к суммирующему усилителю 15.A strain gauge measuring bridge 8 is connected to the measuring amplifier 12, and a 13 g compensation bridge to the compensation amplifier. 8a The compensation amplifier 13 is connected in series to the band head filter 14, which is connected to the summing amplifier 15.

Динамометр работает следующим образом.The dynamometer works as follows.

Производ т настройку собственной частоты колебаний упругой консольной балки 3 изменением массы грузов 7 и изменением активной длины балки 6 перемещением подвижной направл ющей 9 таким образом, чтобы при установке основани  динамометра вертикально относительное перемещение силоприемной плиты 5 и упругой консольной балки 6 было равно нулю, при этом измерение относительного перемещени  производ т универсальным инструментом. Настройку производ т при .отладке динамометра. При установке обрабатываемой детали Н на динамометр; собственна  частота колебаний силоизмерительной плиты 5 с деталью Н становитс  ниже частоты коле-, баний упругой консольной балки 6 с грузом 7The natural frequency of oscillation of the elastic cantilever beam 3 is adjusted by changing the mass of the weights 7 and changing the active length of the beam 6 by moving the movable guide 9 so that when the base of the dynamometer is installed, the vertical relative movement of the force-receiving plate 5 and the elastic cantilever 6 is zero. measurement of relative displacement is performed by a universal instrument. The adjustment is made during debugging of the dynamometer. When installing the workpiece H on the dynamometer; the natural frequency of oscillation of the load plate 5 with part H becomes lower than the frequency of the elastic cantilever beam 6 with the load 7

QIQI

0000

II

mo + m Л -mo + m L -

m0m0

тл + т tl + t

сwith

ТT

т0t0

где СО,- собственна  частота колебаний динамометра с деталью; &L - собственна  частота колебаний динамометра;where CO, is the natural frequency of oscillation of the dynamometer with the part; & L is the natural frequency of oscillation of the dynamometer;

т0- приведенна  масса силоприем- ной плиты и упругих элементов;t0 is the reduced mass of the force-receiving plate and elastic elements;

масса обрабатываемой детали; коэффициент жесткости динамометра .the mass of the workpiece; stiffness coefficient of the dynamometer.

Так, например, при установке детали массой, равной массе силоизмерителвной плиты, -тт - 0«707,So, for example, when installing a part with a mass equal to the mass of a force-measuring plate, -tt - 0 "707,

V /т0 V / t0

гаг с 5eider with 5

00

5five

SS

00

т.е. собственна  частота колебаний динамометра с деталью снизитс  на 29,3%.those. the intrinsic oscillation frequency of the dynamometer with detail will decrease by 29.3%.

После установки детали Н производ т настройку силоизмерительного 12 и компенсационного 13 усилителей дл  обеспечени  равенства сигналов, которые подают на суммирующий усилитель 15. Измерительный усилитель 12 работает посто нно с основным (рабочим ) измерительным тензометрическим мостом 8, формиру  на выходе сигнал, пропорциональньй сумме силы инерции и силы резани . Измерительный компенсационный усилитель 13 работает с компенсационным измерительным тензометрическим мостом 8а, формиру  сигнал , пропорциональный силам инерции. Подстроечный элемент RU, усилител  13 необходим дл  регулировки и балансировки всей измерительной схемы. Полосовой заградительный фильтр 14 служит дл  фильтрации сигнала от усилител  13. Суммирующий усилитель 15 служит дл  усилени  разности сигналов от усилителей 12 и 13. После настройки динамометр устанавливают на столе станка и при движении на подвижные части динамометра действуют силыинер- ции, пропорциональные массам подвижных частей, под действием которых упругие элементы 4 динамометра и уп- руга  консольна  балка 6 компенсационного устройства изгибаютс  и вAfter installation of the part H, the force-measuring 12 and compensating 13 amplifiers are adjusted to ensure equality of the signals that are fed to the summing amplifier 15. The measuring amplifier 12 operates continuously with the main (working) measuring strain-gauge bridge 8, forming an output signal proportional to the sum of the inertia force and cutting forces. The measuring compensation amplifier 13 operates with a compensation measuring strain gauge bridge 8a, forming a signal proportional to the inertia forces. The trimmer RU, amplifier 13 is necessary for adjusting and balancing the entire measuring circuit. The bandpass barrier filter 14 serves to filter the signal from amplifier 13. Summing amplifier 15 serves to amplify the difference of signals from amplifiers 12 and 13. After tuning, the dynamometer is installed on the machine table and, when moving, the moving parts of the dynamometer are proportional to the masses of the moving parts, under the action of which the elastic elements 4 of the dynamometer and the elastic of the console beam 6 of the compensating device are bent and

них возникают относительные деформации , которые регистрируютс  с помощью текзорезисторов 8 и усилителей 12, 13 и 15 и путем различных коэффи5they appear relative deformations, which are recorded with the help of resistors 8 and amplifiers 12, 13 and 15 and by different coefficients

1one

циентов усилени  уравниваютс . Таким образом, при относительном перемещении силоприемной плиты 5 с деталью Н н грузов 7 компенсационного устрой- ства, не равном нулю, разность сигна- лов от измерительных тензорезисторов 8 электрически приводитс  к нулю, что исключает погрешность измерени  сил резани , вызываемую силами инерции. amplification gains are equalized. Thus, when the relative movement of the power-receiving plate 5 with the part N n of the load 7 of the compensation device is not equal to zero, the difference of the signals from the measuring strain gages 8 electrically leads to zero, which excludes the measurement error of the cutting forces caused by inertia forces.

Динамометр повышает точность измерени  и эксплуатационные качества, при этом имеетс  возможность компенсировать изменение массы детали при шлифовании. Повышение точности измеA dynamometer improves measurement accuracy and performance, and it is possible to compensate for the change in mass of the part during grinding. Increase accuracy

рени  силы Р составило не менее 30% на станке мод.ЗД 710АФ10.Renee force P was at least 30% on a machine mod.ДД 710АФ10.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Динамометр дл  измерени  сил резани , содержащий основание, соединенA dynamometer for measuring cutting forces, containing the base, is connected QQ 5five 00 948948 ное с силоприемной плитой упругими элементами с размещенными на них тен- зорезисторами, соединенными с первым измерительным усилителем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности за счет исключени  вли ни  сил инерции, в него введены дополнительные тензорезисторы, второй измерительный усилитель, суммирующий усилитель и консольно закрепленна  на основании балка, на поверхност х балки, перпендикул рных направлению сил инерции, размещены дополнительные тензорезисторы, соединенные с входом второго измерительного усилител , выходы первого и второго измерительных усилителей соединены со входами суммирующего усилител , а собственна  частота колебаний балки не менее собственной частоты колебаний силоприемной плиты.an elastic plate with resistors placed on them, connected to the first measuring amplifier, characterized in that, in order to improve accuracy by eliminating the influence of inertia forces, additional resistance strain gages were introduced into it, the second measuring amplifier, the summing amplifier and Additional strain gages connected to the input of the second measuring amplifier are placed on the base of the beam, cantilevered on the base of the beam, on the surface of the beam, perpendicular to the direction of inertia forces, the output The first and second measuring amplifiers are connected to the inputs of the summing amplifier, and the beam's own oscillation frequency is not less than the natural oscillation frequency of the power-receiving plate.