Устройство для определения контакта инструмента с деталью

Союз СоветскикСоциапистическикРеспубнни ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 971618(51)М. Кл. В 23 Ч, 15/00 с присоединением заявки М 3 Ъвударстюай комитет ССОР ав двлам язебрвтенкй я втврыткЯДата опубликования описания 07,11.82 Б. Ф, Елисеев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТА ИНСТРУМЕНТА С ДЕТАЛЬЮ 1Изобретение относится к станкостроению, в частности, к устройствам контроля состояния режущего инструмента.В современных металлорежущих станках применяются различные методыоценки состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки изделия, в том числе использование естественного датчика в виде термопарырезец-деталь, образуоцейся в процессе резания, Этот метод основан напринципе сопоставления значения термо-ЭДС и функционально связаннойс ней температуры в зоне резания сзаранее заданной установкой,Однако известные устройства дляизмерения температуры резания реализуют контактный метод измерения,Устройство содержит контактный стержень, электрически изолированный отрезцедержавки и контактируемый с режущей частью резца диэлектрическиепрокладки дня изаляции комбинирован. 2ного, резца от суппорта, регистрирующее устройство и токосъемник элек" трического соединения регистрирующего устройства с обрабатываемой деталью 13.Эти устройства имеют следующие недостатки: наличие токосъемника сложной конструкции, необходимость иметь переходное сопротивление токосъемника на уровне 0,01 Ом, наличие изолирующих прокладок с внутренними контактными для изоляции резца от суппорта, причем с учетом больших усилий как затяжки резца, так и при резании, прокладки изготавливают из высокопрочных материалов; низкая помехозащищенность, так как воздействующие на проводники устройства электромагнитные поля электроагрвгатов воспринимаются регистрирующим устройством невозможность использования на фрезерном станке.Известно также устройство для определения контакта инструмента с971618деталью содержащее размещенные соосно на шпинделе станка первый замкнутый ферромагнитный сердечник собмоткой возбуждения и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой 2 ,Это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, ононе позволяет оценивать состояние инструмента в процессе обработки детали, в частности, измерением температуры резания методом естественнойтермопары.Целью изобретения является расширение функциональным возможностейустройства для определения контактаинструмента с деталью измерением температуры резания методом естественной термопары обрабатываемая детальрежущий инструмент,20 Цель достигнута тем что в устройство для определения контакта инструмента с деталью, включающее генератор возбуждения, размещенные соосно с 25 элементом замкнутого токопроводящего контура станок - обрабатываемая деталь - режущий инструмент, например режущим инструментом, первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой возбуждения, подключенной к генератору возбуждения, и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительной обмоткой, введен высокочастотный генератор, второй сер 35 дечник выполнен со сквозным отверстием на периферии, на стенках отверстия размещена обмотка перемагни чивания, обмотка перемагничивания соединена с высокочастотным, генера 40 тором, а генератор возбуждения выполнен низкочастотным", в устройство введены фильтры второй и шестой гармоник частоты высокочастотного генератора фильтр комбинационной часто 45 ты низкочастотного и высокочастотного генераторов, связанные с измерительной обмоткой, три усилительно- преобразовательные схемы, вычитающее устройство подключенное через50 первую и вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильтров второй и шестой гармоник, дели- тельное устройство, подключенное входом делимого к вычитающему устройству, а входом делителя через третью55 усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты; в устройство введен также электроапроводный экран между первым и вторым сердечником,На Фиг,1 показана конструктивнаясхема устройсва, на Фиг., 2 - структурная схема устройства; на фиг 3расположение устройства на станке вчастном варианте - на резце токарного станка,Устройство состоит из первого замкнутого ферромагнитного сердечника1, второго замкнутого ферромагнитного сердечника 2, низкочастотногогенератора возбуждения 3, высокочастотного генератора 4 и кольцевогоэкрана 5. На сердечнике 1 размещенаобмотка возбуждения 6, подключеннаяк генератору 3. В теле сердечника 2выполнено сквозное отверстие 7. Набоковых стенках сердечника 2 вокруготверстия 7 размещена обмотка перемагничивания 8, подключенная к генератору 4 На сердечнике 2 также расположена измерительная обмотка 9.Через сердечник 1 экран 5 и центральное отверстие сердечника 2 проходит токопровод, которым в частном варианте расположения устройства на токарном станке (фиг. 3) является инструмент 1 О, Измеряемая термо-ЭДС Е создается естественной термопарой, образуемой инструментом 10 и обрабатываемойдеталью 11, Инструмент 10 образуетс обрабатываемой деталью 11 и станком замкнутый токопроводящий контур12 с суммарным сопротивлением 13,К измерительной обмотке 9 сердечника 2 через широкополосный усилитель14 подключены фильтр 15 второй гармоники частоты генератора 4, фильтр16 шестой гармоники частоты генератора 4 и фильтр 17 комбинационнойчастоты (суммы или разности частот)генераторов 3 и 4,К выходам фильтров 15-17 подключены усилительно-преобразовательные схемы 18-20 в виде фазочувствительных выпрямителей, К выходам выпрямителей 18 и 19 подключено вычитающее устройство 21, к выходам выпрямителя 20 и вычитающего устройства 21 подключено делительное устройство 22.Устройство работает следующим образом.Термо-ЭДС Е вызывает в цепи 12 с сопротивлением 13 величиной к ток,и - магнитная проницаемость неперемагнициваемого участка сердечника 2;5 - площадь поперечного сечения 10сердечника 2;напряженность магнитного поляв сердечнике 2В части сердечника 2 вокруг отверстия 7 обмоткой перемагничивания И8 создается вспомогательное магнитное поле частоты генератора 4, которое периодически изменяет магнитноесопротивление сердечника для измеряемого магнитного потока ф, Перемагничивающий магнитный поток замыкается в участке сердечника 2, охваченном обмоткой перемагницивания 8Из-за нелинейности кривой магничивания магнитная проницаемость участка сердечника 2, охваченного обмоткой перемагничивания 8, изменяетсяпод воздействием перемагничивающегополя с частотой 2 оз. Следовательно,с частотой 2 о, изменяется магнитное зюсопротивление участка сердечника 2вокруг отверстия 7 и напряженностьизмеряемого магнитного поля в непе -ремагничиваемом участке сердечника2, охваченном измерительной обмотН=- сов йы 1,где- длина магнитопровода сердечника .Индукция в сердечнике 2 по выражевниюгде а и Ь - коэффициенты аппроксимации, будет43В=с -сов 2 ч 1 ф Ь - со 5 2 оз .Э 3 3Е " Е 3По закону электромагнитной индукции в измерительной обмотке 9 создается ЭЛС:Для измерения сопротивления К генератор 3 создает в обмотке 6 сердечника 1 токр 51 г 1 щ где КЭ - коэффициент передачи от об"мотки 6 до контура 12,Ток 1) являясь первичным током трансформатора на сердечнике 2, вызывает в сердечнике 2 поле напряженностью- СО 52 сО 1соваР 9 й и потокомр Ро )Я" со 5203 1 соби) 1,В измерительной обмотке 9 наводится ЭДС. дфке:ай 31 или е Ирф О/ЬцЩ 1)х 51 п 2 ы,ф Ю)+ (2)-ц"ьо 2 и-О )1 Ь)Составляющие е и евыходного сигнала измери 1 ельной обмотки согласно выражениям (1) и (2) несут информацию о токе ) в контуре 12 и сопротивлении К этого контура,Вторичная электронная схема преобразует эти сигналы к виду, характеризующему термо-ЭДС Е и состояниеконтакта пары режущий инструментобрабатываемая двталь.В данном устройстве выходной сигнал измерительной обмотки усиливается широкополосным усилителем 14,Сигналые =-Ю 5 м к -2 а - +-Ь - Уп 2 ы 1Э 3 Э2 11 Е 2. ЕЭ 1с выхода Фильтра 1.5 ие: -- %Бы К Ь - 51 пбшЭ Э.1с выхода фильтра 16 (К - коэффициентпередачи цепи усилитель 14 - Фильтр который возбуждает в сердечнике 1 переменный магнитный поток, сцепленный с одновитковым контуром 12, в котором в процессе работы станка (инструмент 10 касается детали 11) возникает ток1= - . со 5 оГ97161 15 и 16) выпрямляются Фазочувствительными выпрямителями 18, 19 и вычитаются устройством 21, на выходе которого получаем сигнал0: к ,где К - сквозной коэффициент передачи от сердечника 2 .до делительного устройства 22.Таким образом,.выходной сигнал вычитающего устройства 21 пропорционален току 3 . Одна из частот сигналавыделяется Фильтром 17. Полученныйсигнал выпрямляется фаэочувствительным выпрямителем 20, на выходе которого образуется сигналкйгде К 4 - коэффициент передачи трактаизмерения Й, 20Сигнал с выпрямителя 20 несет информацию о сопротивлении контура 12,При отсутствии контакта между инструментом 10 и обрабатываемой деталью11, например, при поломке инструмента, контур 12 разрывается и сигналс выпрямителя 20 отсутствует, Сигналс выпрямителя 20 о контакте между инструментом и обрабать 1 ваемой детальюпри помощи вторичной электронной схе- ЗОмы (на фиг, 2 не показана) приводитсяк виду, удобному для последующей обработкии,Сигналы И и И, поступают на делительное устройство 22, Формирующеесигнал где К 5=К/К,Выходной сигнал делительного уст- щройства 22 пропорционален термо-ЭДС Е,Экранное кольцо 5 служит для устранения емкостной связи между обмотками сердечников 1 и 2.Усовершенствование устройства дляопределения контакта инструмента сдеталью - введение высокочастотного генератора, выполнение второгосердечника со сквозным отверстиемна периферии, размещение на стенкахотверстия оЬмотки перемагничивания,соединение обмотки перемагничиванияс высокочастотным генератором, выполнение генератора возбуждения низ"кочастотным, выгодно отличает предложенное устройство от прототипарасширением функциональных воэмож"настей устройства: воэможностью оценки состояния режущей кромки инструмента в процессе обработки детали,измерением температуры резания методом естественной термопары,Введение фильтров второй и шестойгармоник частоты высокочастотного генератора, Фильтра комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, вычитающего иделительного устройства позволяетповысить точность измерения термо-ЭДС в паре обрабатываемая деталь - режущий инструмент получением линейной зависимости ( 3 ), тогдакак при непосредственном определении термо-ЭДС Е по е и е из (1) и(2)возникает нелинейный член, определяемый множителем содержащимся в выражении (1),Введение в устройство экрана 5позволяет повысить чувствительностьустройства исключением емкостнойсвязи между обмотками сердечников 1и 2, особенно при Ьлизком взаимномрасположении сердечников 1 и 2, еслинеоЬходимо иметь малогабаритное измерительное устройство,В сравнении с контактными устройствами измерения температуры резания методом естественной термопарыобрабатываемая деталь - режущий инструмент, предложенное устройствоотличается бесконтактностью и большей надежностью, Устройство имеетвысокую помехоустойчивость за счетмодуляции измеряемых параметров высокой частоты ы, где помехи отэлектроагрегатов отсутствуют.Устройство пригодно для эксплуатации на различных металлорежущихстанках, при этом измерительное устройство (сердечники 1 и 2) целесообразно устанавливать на режущем инструменте у станков токарной группы ина шпинделе у станков фрезерной группы,Испытания показали, что устройство позволяет кроме определенияконтакта инструмента с деталью измерять и термо-ЭДС пары режущий инструмент - оЬрабатываемая деталь, Прииспользовании Ферритовых колецМ 2000 НМ, К 10060 х 15, при частотевозбуждения 20 кГц и числе витков измерительной обмотки 200 устройствопозволяет регистрировать изменениятермо-ЭДС не менее 0,05 мВ,Технический эффект от примененияустройства создается эа счет повышения эксплуатационных характеристик9716аппаратуры контроля состояния режущего инструмента,Формула изобретения1. Устройство для определения контакта инструмента с деталью, содержащее первый замкнутый ферромагнитный сердечник с обмоткой воэбужде вния, подключенной к генератору возбуждения, и второй замкнутый ферромагнитный сердечник с измерительнойобмоткой, размещенные соосно с элементом замкнутого токопроводящегокбнтура станок-обрабатываемая деталь-режущий инструмент, напримеррежущим инструментом, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, 20в него введен высокочастотный генератор, второй сердечник выполнен сосквозным отверстием на периферии,на стенках которого размещена обмотка перемагничивания, соединенная с 25высокочастотным генератором, а генератор возбуждения выполнен низкочастотным,2, Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью звповышения точности измерения термоЭДС в паре обрабатываемая деталь 18 10режущий инструмент, в него введены филвтры второй и шестой гармоникчастоты высокочасТотного генератора,фильтр комбинационной частоты низкочастотного и высокочастотного генераторов, подключенные параллельночерез широкополосный усилитель к иэ"мерительной обмотке, три усилительно-преобразовательные схемы, вычитающее устройство, первый вход которого подключен через первую, а второй через вторую усилительно-преобразовательные схемы к выходам фильтров соответственно второй и шестойгармоник, делительное устройство,подключенное одним входом к вычитающему устройству, а другим входом через третью усилительно-преобразовательную схему к фильтру комбинационной частоты,3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения чувствительности, в неговведен электропроводный экран, установленный между первым и вторымсердечником.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРИ 549269) кл. В 23 В 25/06, 1977,2, Авторское свидетельство СССРй 520227, кл. В 23 Я 17/00, 1976,971618 Составитель В.Алекда Техред Л, Пекарь ораль Редакто оррек П Патент, г, Ужгород ул, Проектная,Фили ираж ВНИИПИ .Госуд по делами 113035, Мос50 Подписнрственного комитета СССРобретений и открытийва, Я 35, Раушская наб., д.