Устройство для измерения температуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК зш С 01 д М 02 БРЕТЕ ВТОРСК СВИДЕТЬ ЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВф 462661, кл. В 23 В 25/06, 1975.2, Авторское свидетельство СССРВ 271067, кл. С 012 5/02, 1970(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТА.ЛЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ, соЯО.1101687 А держащее державку со световодом исвязанный с ним приемник излучения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения температуры в зоне упруго-пластической деформации, державка содержитдатчик перемещения и более чем одинсветовод, каждый из которых связан ссоответствующим приемником излучения, причем световоды расположеныв одной плоскссти, параллельной плоскости вращения детали и проходящейчерез точку резания, а выходы приемников излучения и датчика перемещениясоединены с входами вычислительногоустройства.Изобретение относится к радиационной пирометрии и может быть использовано во всех областях машиностроения, например для контроля температур в зоне резания при механической обработке и особенно эффективно для контроля и управления процессом обработки в режиме адаптивного управления при плазменно-механической обработке.Известно устройство для измерения температуры нагрева деталей при механической обработке в виде специального инструмента, состоящего15 из режущей пластинки, выполненной из прозрачного для ИК-лучей материала, и державки с отверстием, Ось отверстия проходит через площадку контакта инструмента со стружкой. В от 20 верстие вставлен световод, к которому присоединено устройство регистрации 11.Недостатком этого устройства является то, чго измерение температуры25 возможно только при применении резцов с прозрачными для ИК-излучения режущими пластинами, а также то, что требуется сложная дополнительнаа обработка резца. Кроме того, при этом измеряется температура в зо 30 не контакта инструмента со стружкой, которая из-за трения стружки об инструмент, на 200-400 С вышее, чем температура в зоне упруго-пластичес.ких деформаций. 35Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке, содержащее40 державку со световодом и присоединенным к нему приемником излучения 2 3.Недостатком известного устройства является то, что температура в ф 5 зоне упруго-пластической деформации измеряется им с большой погрешностью,Цель изобретения - повышение точности измерения температуры в зоне упруго-пластической деформации.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения темпе ратуры нагрева вращающихся деталей при механической обработке, содержащем державку со световодом и связанный с ним приемник излучения, державка содержит датчик перемещения и более чем один световод, каждый из которых связан с соответствукнщим приемником излучения, причем световоды расположены в одной плоскости, параллельной плоскости вращения детали и проходящей через точку резания, а выходы приемников излучения и датчика перемещения соединены со входами вычислительного. устройства.На фиг.1 изображена технологическая схема механической обработки и устройства для измерения температуры с тремя световодами, на фиг.2 график экстраполяции результатов измерений в недоступную для прямых измерений область упруго-пластической деформации обрабатываемой детали.Устройство (фиг.1) содержит державку 1, в которой фиксируются, например, с помощью эпоксидной смолы, гибкие световоды 2, блоки 3 преобразования световых сигналов в электрические, включающие в себя фотоэлектрические приемники, например фотодиоды или фотоэлектронные умножетели, и усилительную схему, при этом выходы блоков 3 преобразования подключаются к входу вычислительного устройства 4, к которому подаются сигналы от датчика 5 перемещения режущего инструмента 6 и блока 7 ввода начальной информации, блок 8, который является устройством индикации, измеряемые участки 9, деталь 1 О, зону 11 резания.Устройство работает следующим образом.ИК-излучение с измеряемых участ- ков 9 обрабатываемого материала детали 10 по световодам 2 поступает в блоки 3, где оптическое излучение преобразуется в электрические сигналы интенсивности, а последние поступают на вычислительное устройство 4, Туда же с блока 7 ввода информации вручную заносят начальные данные о расстояниях от зоны 11 резания до проекции замеряемых участков 9 на измерительное устройство ( Х, Х , Хз ) а также информацию о начальном положении резца. Вычислительное устройство 4 по сигналам интенсивности с блоков 3 вычисляет температуру для каждого из измеряемых участков 9, а по ним температуру в зоне 11 резания. Определение температуры в зоне 11, недоступной для прямых измерений, производится экстраполяцией измеренных температур на. участках 9 по установленному заранее любым известным мето7 4При измерении температуры в трехточках в плоскости резания с применением в качестве световодов кварцевого стекловолокна, а в качестве приемников ИК-излучения - фотоэлектронных умножителей, защищенных от постороннего света интерференционнымсветофильтром (на длину волны пропускания 10000 А) достигается точность определения температуры в зоне резания 3-57 в диапазоне 100 о1000 С (точность определена путемсравнения расчетных величин с результатами прямых измерений, выполненных методом скользящей термопары) при времени измерений 10"- 10 с.Кроме того, измерительный блок можетбыть вынесен столь далеко, что на1результаты измерений не будутвлиятьэлектромагнитные поля, вибрации,излучения, существующие вблизиизмеряемого объекта,е ЙОИС ЯФЮХ ргде 1 е - радиус детали (определенный из начальной установ-.ки и показаний датчика 5 20перемещения режущего инструмента 6),Х - проекция замеряемой точки%на измерительное устройство. 25Вычисленное значение температуры выводится на блок индикации. В качестве экстраполирующей функции берется экспонента Применение предлагаемого устройства может существенно повысить стой кость инструмента, так как извест-. но, что превышение температуры нао100 С над оптимальной приводит к снижению стойкости режущего инструмента, например из Ст.45 Г 17 ЮЗ и Си.Г 13 ЛФ 1 в 2-4 раза. Кроме того, точность измерения температуры предлагаемым устройством достаточна для создания системы адаптивного управления по температуре при обработке жаропрочных материалов с термическим разупрочнением, что позволяет повысить производительность на 30-403,О 30 где А, 50 , Ь - параметрыа дляболее точных измерений - полином,коэффициенты которого определяютсяс помсщью предварительных модельныхрасчетов с учетом теплофизическихсвойств материала, теплопередачи иизлучения в окружающую среду,33 110168 дом закону, Вид такой функции изменения температуры Т в зависимости от расстояния Б от зоны 1 упруго- пластической деформации показан на фиг. 2. 5Зная заранее параметры заданнои экстраполнрующей функции по отношению изменяющихся в процессе обработ-. ки расстояний 5 между замеряемыми точками и зоной 11 резания (упруго О пластических деформаций),определяют температуру, соответствующую температуре в зоне 11 резания. Расстояния 8 могут быть вычислены по фор 1муле 15