Устройство для контроля температуры резания

.А.Оста76 КОНТРОЛЯержащее фоловку, уста- вращения вна кронштейГОСУДАРСТЯЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Севастопольский приботельный институт(54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ, содкусирующую оптическую гоновленную с возможностьюгоризонтальной плоскости,не, жестко закрепленном в резцедержателе, и фотоэлектрический датчиксо светофильтрами, подключенный коптической головке, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностейпутем защиты инструмента от пере"грузки, в него введены последовательно соединенные блок дифференцирования, блок умножения и пороговыйэлемент, причем Фотоэлектрическийдатчик снабжен схемой компенсации сопорным оптроном и параллельно подключен к входу блока диеренцирования и к второму входу блока умноженияИзобр тение относится к станкостроению и может быть использованодля косвенного контроля нагрузкиинструмента, например, в расточныхи сверлильных станках, 5Известна устройство для контролятемпературы резания, содержащеефокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращенияв горизонтальной плоскости на кронштейне, жестко закрепленном в резцедержателе, и .фотоэлектрическийдатчик, подключенный к оптическойголовке и содержащий светофильтры,Устройство позволяет с высокой точностью измерить температуру в зонерезания на площадке до 1 мм Я .Однако известное устройство характеризуется ограниченными функциональными возможностями, так как оно 20не позволяет выявить режим перегрузки инструмента.Дель изобретения - расширениефункциональных возможностей путемзащиты инструмента от перегрузки. 25Указанная цель достигаетсятем, что в устройство для контролятемпературы резания, содержащее фокусирующую оптическую головку, установленную с возможностью вращения ЗОв горизонтальной плоскости на кронштейне, жестко закрепленном в реэцедержателе, и фотоэлектрический датчик со светофильтрами, подключенныйк оптической головке, введены после- З 5довательно соединенные блок дифференцирования, блок умножения и пороговый элемент, причем Фотоэлектрический датчик снабжен схемой компенсации с опорным оптроном и парал Олельно подключен к входу блока дифференцирования и к второму входу блока умножения,На Фиг.1 дана схема устройствазащиты инструмента от перегрузки 45применительно к процессу обработкиметаллов резанием 1 на фиг.2 - схемафотоэлектрического датчика, на Фиг.3 кривые изменения температуры в зонерезания и ее градиента по длине заготовки: а - при работе инструментабез перегрузок б - при работе инструмента с перегрузками.Деталь 1 обрабатывается резцом 2,закрепленным в резцедержателе 3, 55в котором закреплен жестко кронштейн4, на котором с возможностью вращения в горизонтальной плоскости установлена фокусирующая оптическая головка 5, соединенная световадом 6 с Фотоэлектрическим датчиком 7. К выходу датчика 7 подключен блок 8 дифференцирования, блок 9 умножения и далее пороговый элемент 10.Факусирующая оптическая головка 5 выполнена на зеркалах 11 и светоФильтре 12. Фотоэлектрическая часть датчика включает Фататранзистор 13, к которому через световод 6 подводится измеряемое инфракрасное излучение эоны резания, оптрон на светодиоде 14 и фртотранзисторе 15, операционный усилитель 16. Напряжение на резисторе 17 является выходным напряжением датчика.Устройство работает следующим образом.Перед началом обработки подводят резцедержатель 3 с резцом 2 и кронштейном 4, на котором укреплена фокусирующая оптическая головка 5, к детали 1. Фокусирующую головку. 5 наводят на определенную точку зоны резания перед резцом и фокусируют на кронштейне 4, Достаточно выбрать точку наведения на расстоянии 0,5- 1,0 3 от резца, где 3 - длина тепловой волны. Длина волны Ъ в инфракрасном (ИК) диапазоне температур Т зоны резания от 20 до 1200 С составляет 1,3-2,1 мм. Зеркальный объектив 11 позволяет снимать ИК с площади до 1 мм.При обтачивании цилиндрической детали ее нагрев осуществляют перемещающимся вдоль оси детали со скоростью подачи кольцевым источникомтепла, Различают три интервала распространения тепла по длине детали (фиг.3 с ),В первом интервале (начальный период обработки) нагрев детали по сечению незначителен, слои металла перед резцом еще не разогреты тепловой волной. Градиенты температуры в зоне резаниявысоки при атьэеносительно небольшой температуре зоны резания.Второй интервал соответствует обработке основной части детали и " характеризуется установившимся распространением тепловой волны передрезцом. Градиенты температуры в зонерезания ЭТ Э незначительны какаеас,при рабате инструмента без износа(фиг.З ), так и с ормаьным износом (Лиг.З В ), Температура в зоне резания высока.Третий интервал в конце обработки характеризуется плавным (беэ скачков) увеличением температуры и ее градиентов в зоне резания за счет отраженной от торца детали тепловой волны, Однако величина градиента дт 3 не достигает на концевом участке детали больших значений. Для всех трех температурных фаз обработки детали при нормальных нагрузках инструмента и нормальном его износе характерно, что произведение Т щ остается на, атдостаточно низком уровне.При недопустимом увеличении на грузки инструмента или при резком увеличении его износа, когда возрастает контактная площадка трения между инструментом и деталью и, вследствие этого, при высокой температуре эоны резания появляется скачок градиента температуры д /д (фиг.З Б ). Произведение Т /д при этом скачком,дтдостигает большого значения. Этот признак, отсутствующий в нормальных режимах резания, используется в устройстве для мгновенного выявления перегрузки инструмента,В датчике 7 устройства использована опорная оптическая связь: входной ток опорного оптрона на светодиоде 14 и фототранзисторе 15 устанавливается с помощью операционного усилителя 16 таким, чтобы измерительный фототок транзистора 13, пропорциональный температуре Т зоны резания, и опорный ток оптрона компен-. сировались. Тогда выходное напряжение Чц датчика, благодаря линейнойобратной связи оптрона, пропорционально измеряемому фототоку, т.е.тепловому излучению зоны резания. На 5 выходе дифференцирующего блока 8напряжение пропорционально производной дт - градиенту температуры. Навход блока 9 умножения поступаютсигналы с выхода датчика 7 (и дифференцирующего блока 8), Сигнал навыходе блока 9 умножения пропорционален произведению Т,Порог срабатывания элемента О выбирается иэусловия отстройки от максимальногозначения т дт/ в нормальных режимахрезания. При перегрузках инструментауровень сигнала Тф /8 на выходедТблока 9 скачком превышает порог срабатывания элемента 10, который 26 мгновенно срабатывает, прекращаяподачу инструмента. Устройство отличается расширенным,функциональными воэможностями, так.как позволяет мгновенно выявитьрежим перегрузки инструмента. Приэтом используется один из основныхфакторов процесса резания: температура зоны резания. Применение устрой.30 ства позволяет повысить надежностьработы инструмента. При примененииустройства обрабатывают детали типа валов из стали 45 длиной 400 мм,диаметром 45 мм, глубина резанияФ =0,8 мм, подача б =0,21 ммоб,частота вращения И =800 об/мин. Врезультате реализации устройства вы.явлено, что время выявления режимаперегрузки инструмента составляет р 1,5-2,0 мс. Стойкость резца при этомповысилась до 2 раз.Составите Техред М, Г В.Алексеенкоель Корректор И.Мяксимининец. 1( дяктор И.Де 1)бя Зяка писно 4/ чт цт", г. Ужирод, ул. Проектная,5) 158/11 Тираж 838 81 ИИ 11 И 1 осудярственного комитета СГ но делам изобретений и открытий 11"(11, Москва, Ж, Раушская наб., д