Устройство для измерения износа режущего инструмента

:.ЧИМЬЯИутщ; ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Д. Савельев, Козикордена Трудовог ут сельскохозяйст льство СССР О, 1 976 (прототип). ДЛЯ ИЗМЕРЕГО ИНСТРУМЕН- тличающееся тем, функциональных снабжено дополГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ.Красного Знамени инститвенного машиностроения(54) (57) УСТРОЛСТВОНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕТА по авт, св,648349, очто, с целью расширенивозможностей, устройство 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 усилителяИзобретение относится к станкостроению, предназначено для измерения износа режущего инструмента, может быть использовано для автоматического управления процессом резания на обрабатывающих станках.По основному авт. св. Юо 648349 известно устройство для измерения износа режущего инструмента, содержащее датчик вибраций, предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, 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 сравнения, связанную с задатчиком износа инструмента и регистратором, кинематически связанным со шпинделем и суппортом станка, блок регистрации режимов обработки, выход которого подключен к регулятору коэффициента усиления предварительного усилителя, а задатчик уровня износа связан с системой автоматической настройки частоты высокочастотного фильтра 1.Известное устройство одновременно сизмерением износа инструмента в процессе механической обработки осуществляет контроль качества обрабатываемой поверхности (шероховатости) и тем самь 1 м повышает срок службы инструмента и качество готовых изделий.Однако устройство определяет износ режущих инструментов (например, на станках типа обрабатывающий центр, а также на тех станках, где в процессе обработки вращаются как инструмент, так и обраба.тываемая деталь) в момент касания инструмента и детали, а также не производит регистрацию переменной составляющей тока термо-ЭДС, используемой для формирования полезного сигнала с нагруженности режущего клина.Цель изобретения - расширение фу нкциональных возможностей и области применения устройства для измерения износа врагцаюшегося режущего инструмента путем определения момента касания инструмента с деталью, определения нагруженности режущего клина, условия пакетирования стружки.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения износа режущего инструмента, содержащее датчик вибраций, последовательно включенный предварительный усилитель, высокочастотный канал и регистратор с пороговым элементом, снабжено дополнительным усилителем и вспомо. гательным избирательным канапом, 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 к входу предварител ьного и выходу дополнительного усилителей, а обмотка обратной связи - к входу дополнительного усилителя,На чертеже приведена блок-схема пред 5 лагаемого устройства для измерения износарежущего инструмента.Устройство содержит датчиквибрации,установленный, например, на суппорте станка, предварительный усилитель 2, высокочастотный канал, образованный последовательно соединенными узкополосным перестраиваемым фильтром 3 высоких частот, детектором 4 со встроенным интегратором и системой 5 автоматической настройки частоты фильтра 3, задатчик 6 уровня 25 износа, подключенный к выходу системы 5а втоматической настройки частоты фильт.ра, схему 7 сравнения, один вход которой подключен к выходу детектора 4, а второй - к выходу эадатчика б уровня износа, регистратор 8, подключенный к выходу схемы 7 сравнения и содержащий пороговый элемент 9 и блок 10 визуального контроля, блок 11 регистрации режимов обработки (скорости вращения детали 12 и положения суппорта 13 относительно обрабатываемой детали 12, включающий тахо- генератор 14, кинематически связанный с вращающейся деталью 2, и реохорд 15, движок которого кицематически связан с суппортом 13, при этом выход блока1 регистрации соединен с регулируемым эле ментом коэффициента усиления предварительного усилителя 2, дополнительный усилитель 16, работающий в режиме самовозбуждаюшегося генератора низкочастотных электрических колебаний, избирательный ка нал, содержащий оседоваеьцо соединенные узкополосный фильтр 17, настроенный на частоту низкочастотных колебаний самовозбуждающегося генератора6, детектор 18 со встроенным интегратором и схему 19 совпадения, второй вход которой Б 0 подклкчец к выходу детектора 4 высоко.частотного канала, а ее выход - к входу порогового элемента 9 регистратора 8, а вход узкополосного фильтра 7 подключен к выходу предварительного усилителя 2,Датчик 1 вибраций выполнен в виде разрезного ферромагнитного кольцевого сердечника с двумя вторичными обмотками: сигнальной 20 Ю, и обмоткой ЪЧ обратнойсвязи 21, установленного, например, на суппорте 13 и охватывающего режущий инструмент короткозамкнутого электрического контура, образованного элементами: корпус станка - шпиндель, обрабатываемая деталь - режущий инструмент - корпус.Для пояснения работы блок-схемы короткозамкнутый контур показан на чертеже в виде эквивалентного контура, охватывающего ферромагнитный сердечник и образованного витком 22 %з источника 23 Е термо-ЭДС, и переменного резистора 24 й моделирующего условия изменения контакта инструмент-деталь в процессе обработки.При этом предварительный усилитель 2подключен к сигнальной обмотке 20 % дат чика 1, а усилитель 16 подключен к сигнальной обмотке 20 Я и обмотке 21 % обратной связи таким образом, что образует самовозбуждаюшийся генератор низкочастотных колебаний.Режимы работы устройства и его функциональные возможности определяются кон- .структивными особенностями и режимами измерения датчика 1, выходной сигнал которого (снимаемый с сигнальной обмотки 20 %, несет комплексную информацию о спектре колебательных движений (вибраций) и о спектре тока переменной составляющей термо-ЭДС, а также о моменте касания и наличии контакта режущего инструмента с обрабатываемой деталью непосредственно в ходе обработки.Комплексный спектр сигнала на выходеобмотки 20 %, датчика 1 значительно повышает достоверность информации о состоянии процесса резания в целом, так как спектр переменной составляющей тока термо-ЭДС отображает силовую нагруженность режущего инструмента, а спектр скорости колебательных движений отображает отклик системы СПИД на единичные возмущающие воздействия режущего инструмента, условия процесса стружкообразования и условия пакетирования стружки, например, при обработке глубоких отверстий.Реакция датчика 1 на скорость относительных колебательных движений инструмента обусловлена тем, что режущий инструмент намагничивается в процессе механической обработки, а его колебательные движения внутри ферромагнитного замкнутого сердечника с измерительной обмоткой модулируют (изменяют) магнитный поток, замыкающийся в магнитопроводе, а также изменяют напряженность его магнитного поля по отношению к катушке индуктивно, сти 20% в результате чего в последней возникает ЭДС. Гри отсутствии намагниченности инструмента спектр сигнала вибраций также имеет место, так как ЭДС на выходе сигнальной обмотки 20 %, возни 5 1 О 15 20 25 З 0 35 40 45 50 55 кает за счет модуляции магнитного потока, обусловленной вибрациями самого ферромагнитного сердечника датчикаи его обмотки (катушки). Ферромагнитный сердец. ник датчика 1 установлен на корпусе суппорта 13 соосно с режущим инструментом и охватывает последний. В этом случае постоянный магнитный поток в ферромагнитном сердечнике создается за счет тока, вызванного постоянной составляющей термо-ЭДС естественной термопары, возникающей в зоне резания между инструментом и обрабатываемой деталью.Конструктивно (с целью улобства встра ивания и крепления датчика 1 в систем СПИД, не разбирая последней) ферромаг нитный сердечник датчика 1 выполняют из двух половинок (в виде полуколец или П-образных сердечников) и соединяют между собой в процессе сборки механическим креплением;Однако наличие шероховатости в зоне сопряжения 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 модуляции магнитного потока в ферромагнитном сердечнике, что вызывает возникновение переменной составляющей ЭДС, на выходе сигнальной обмотки 20 Фю.Регистрация переменной составляющей тока термо-ЭДС, возникающей в зоне резания при изменении 24 Й переходного контактного сопротивления инструмент-деталь, осуществляется датчикомкак трансформатором тока, в котором роль первичной обмотки выполняет короткозамкнутый виток 22, образованный элементами: корпус станка - шпиндель - обрабатываемая деталь - режущий инструмент - корпус станка, а роль вторичной - сигнальная обмотка 20%Так как физическая молель преобразояателя включает в себя короткозамкнутую естественную термопару инструмент-деталь с меняющимся перехолным сопротивлением зоны резания, то ее эквивалентная сХема на чертеже показана в виде замкнутой цепи, охватывающей ферромагнитный сердечник и образованной источником 23 Е термо-ЭДС и переменным сопротивлением КИзменение резистора 24 Кимитирует меняющееся контактное сопротивление инструмецт-деталь в зоне резания.Таким образом, суммарный спектр пе. ременной составляющей термо-ЭДС и вибрация ца выходе сигнальной обмотки 2094 несет полную информацию о нагружецности режущего инстру мента, обрабатываемости материала, условия процесса стружкообраювация, величине износа и скорости его )бразования, а также об условии протекания технологического процесса в целом.1113217 Составитель В. Жиганов Редактор Н. Воловик Техред И. Верес Корректор О. Луговая Заказ б 92 Л 1 Тираж 036 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород,ул. Проектная, 4Автоматическая настройка устройства на наиболее информативные частоты, допустимую величину контролируемого параметра, а также формирование выходных полезных сигналов об износе режущего инструменТа, защите его от поломки, изменении качества формообразования обрабатываемой поверхности осуществляется высокочастотным ка. налом, как в известном устройстве.фиксация момента касания инструмента с деталью, а также обнаружение наличия контакта в ходе обработки осуществляется в устройстве следующим образом.При отсутствии процесса резания датчик 1,с обмотками 20 Ф и 21 %а подключенными к дополнительному усилителю 1 б, образуют самовозбуждающийся генератор низкочастотных колебаний (с астотой, лежащей в диапазоне 0,5 - 8 кГц), В этом случае на выходе сигнальной обмотки 20 .% появляется напряжение с частотой (например, 7 кГц), которое усиливается предварительным усилителем 2 и подается на вход избирательного канала для формирования управляющего сигнала. Причем, избирательный канал образован узкополосным фильтром 17, настроенным на частоту с амовозбуждающегося генератора 16 (например на частоту 7 кГц), детектором 18 со встроенным интегратором и схемой 9 совпадения. Переменное напряжение с частотой самовозбуждаюшегося генератора Лб через узкополосный фильтр 17 подается на блок 18. Продетектированное напряжение с выхода блока 18 через схему 19 совпадения подается на пороговый элемент 9 регистратора 8 для управления процессом обработки и на регистратор визуального контроля (не показано).Управляющий сигнал на выходе схемы 7 сравнения может появиться только тогда, когда на втором ее входе появится напряжение, снимаемое с выхода блока 4 высокочастотного си гнала. Это соответствует 5 О 5 20 25 30 З 5 40 критической ситуации, когда поломка инструмента происходит в процессе обработки, т. е. когда на выходе блока 4 существует напряжение, снимаемое с интегратора (за. держанное во времени).В начальный момент времени (в момент касания инструмента с деталью) сигнал на выходе блока еще не появился, а образование короткозамкнутого витка срывает электрические колебания генератора), затормаживает самовозбуждающийся генератор, Датчик 1 автоматически переводится в режим преобразователя регистрации спектра колебательной скорости (вибрации) и переменной составляющей тока термо.ЭДС для диагностики состояния процесса резания и формирования полезного сигнала. Выходной сигнал с блока 18, несущий информацию о моменте касания, может непосредственно подаваться на систему управления станком (эта связь и система управления станком на схеме не показаны) для автоматического перевода, например, с режима быстрого подвода инструмента на режим рабочей подачи.Предлагаемое устройство обеспечивает наличие комплексной информации на выходе сигнальной обмотки, значителъно расширяет функциональные возможности устройства, повышает достоверность информации и точность измерения на станках с вращающимся инструментом и вращающейся обрабатываемой деталью, исключает поломку инструмента непосредственно в ходе обработки при возникновении различных критических критических ситуаций, а, следовательно, повышает коэффициент загрузки, технологическую и эксплуатационную надежность станочного оборудования в целом,Бесконтактное условие съема информации расширяет область применения предлагаемого устройства, а регистрация момента касания инструмента с деталью автоматизирует процесс своевременного перевода при вода с режима ускоренного подвода на ре. жим рабочей подачи.