RU214009U1

RU214009U1 - DYNAMOMETRIC ARRIVAL

Info

Publication number: RU214009U1
Application number: RU2022117858U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Фролов; Жанна Сергеевна Тихонова; Дмитрий Вадимович Крайнев; Данила Сергеевич Субботин; Ирина Константиновна Демченко
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-10-07

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для определения составляющих сил резания при точении. Динамометрическая оправка содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости и тензодатчики. Тензодатчик тангенциальной силы резания размещен в нижней части корпуса, тензодатчик радиальной силы резания размещен на передней части корпуса, тензодатчик осевой силы резания размещен на левом торце корпуса. Обеспечивается повышение точности измерения тангенциальной, радиальной и осевой составляющей силы резания. 3 ил.

The utility model relates to mechanical engineering and can be used to determine the components of cutting forces during turning. SUBSTANCE: dynamometric mandrel contains a body with a cylindrical shank, holes for supplying lubricant-cooling fluid and strain gauges. The tangential cutting force strain gauge is located in the lower part of the housing, the radial cutting force strain gauge is located on the front part of the housing, the axial cutting force strain gauge is located on the left end of the housing. EFFECT: increased accuracy of measuring the tangential, radial and axial components of the cutting force. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области определения параметров процесса резания при точении и может быть использована в машиностроительном производстве, в высших учебных заведениях, научных центрах для определения составляющих силы резания при точении.The utility model relates to the field of determining the parameters of the cutting process during turning and can be used in engineering production, in higher educational institutions, research centers to determine the components of the cutting force during turning.

Известна оправка (Патент US №2017252884, МПК: B23B 29/04, B23Q 17/09, H04B 1/034, опубл. 07.09.2017 г.), состоящая из держателя инструмента, на котором крепятся режущая пластина и тензодатчик, соединяющийся кабелями через специальные отверстия в корпусе, содержащем уплотняющее соединение между крышкой и батарей, держатель пластины, фиксирующая планка, печатная плата, на которой установлены блоки радиопередач и предварительной обработки сигналов.A mandrel is known (Patent US No. 2017252884, IPC: B23B 29/04, B23Q 17/09, H04B 1/034, publ. 09/07/2017), consisting of a tool holder on which a cutting plate and a load cell are attached, connected by cables through special openings in the housing containing a sealing connection between the cover and the battery, a plate holder, a fixing bar, a printed circuit board on which the radio transmission and signal pre-processing units are installed.

Недостатком данной конструкции является большое количество составных узлов и отсутствие их жесткой фиксации, что снижает надежность устройства при эксплуатации. Сторонние колебания, возникающие в процессе резания при контакте резца с обрабатываемой поверхностью, учитываются при измерении силы резания, а так как датчик размещен непосредственно на режущей части резца, невозможно получить достоверные данные. А также наличие проводов в зоне резания значительно снижает надежность эксплуатации устройства.The disadvantage of this design is the large number of components and the lack of rigid fixation, which reduces the reliability of the device during operation. Third-party vibrations that occur during the cutting process when the cutter contacts the surface to be machined are taken into account when measuring the cutting force, and since the sensor is located directly on the cutting part of the cutter, it is impossible to obtain reliable data. And also the presence of wires in the cutting zone significantly reduces the reliability of the device.

Известно устройство «Однокомпонентный динамометр для измерения сил резания при точении резцами» (Патент РФ №131157, МПК: G01L 5/16, опубл. 10.08.2013 г.), состоящее из: датчиков, крестообразной части упругого элемента, которая расположена внутри прямоугольной рамки, на которой смонтирован резцедержатель и неподвижная плита для закрепления на станке.A device "Single-component dynamometer for measuring cutting forces when turning with cutters" is known (RF Patent No. 131157, IPC: G01L 5/16, publ. 08/10/2013), consisting of: sensors, a cruciform part of an elastic element, which is located inside a rectangular frame , on which a tool holder and a fixed plate are mounted for fixing to the machine.

Недостатками данного устройства являются его низкая надежность по сравнению с цельными конструкция и увеличение погрешностей за счет использования составных частей. Также данное устройство фиксирует силы резания при точении лишь в одной плоскости, что исключает возможность определения перемещений технологической системы в плоскостях «X», «Y» в целях определения прогиба заготовки.The disadvantages of this device are its low reliability compared to a one-piece design and an increase in errors due to the use of component parts. Also, this device fixes the cutting forces during turning in only one plane, which excludes the possibility of determining the displacements of the technological system in the "X", "Y" planes in order to determine the deflection of the workpiece.

Известен многокомпонентный (или трехкомпонентный) динамометр, разработанный швейцарской компанией, «Kistler Type 9129AA» (KISTLER. Официальный сайт./ Compact Multi-Component Dynamometer up to 10 kN. URL: https://www.kistler.com/en/product/type-9129aa/, дата обращения 24.06.2022 г.). Система состоит из четырех тензодатчиков, которые установлены между крышкой пластины и двумя боковыми опорными пластинами. Динамометр крепится к ровным и чистым поверхностям болтами или устанавливается на магнитные пластины.Known multi-component (or three-component) dynamometer, developed by a Swiss company, "Kistler Type 9129AA" (KISTLER. Official website. / Compact Multi-Component Dynamometer up to 10 kN. URL: https://www.kistler.com/en/product/ type-9129aa/, accessed June 24, 2022). The system consists of four load cells that are installed between the plate cover and two side support plates. The dynamometer is attached to even and clean surfaces with bolts or mounted on magnetic plates.

Недостатками вышеописанного динамометра являются предрасположенность к внутренним искажениям, а также к дополнительной нагрузке на отдельные измерительные элементы и усиление перекрестных помех в случае установки на неровные монтажные поверхности.Disadvantages of the dynamometer described above are the predisposition to internal distortions, as well as to additional stress on individual measuring elements and increased crosstalk when mounted on uneven mounting surfaces.

Наиболее близкой является оправка (Патент US №4899594, МПК: B23Q17/09, опубл. 13.02.1990 г.), состоящая из корпуса с цилиндрическим хвостовиком. В корпусе выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и проводников, для питания и передачи данных тензодатчикам. Тензодатчики размещены внутри корпуса оправки в одной плоскости.The closest is the mandrel (Patent US No. 4899594, IPC: B23Q17/09, publ. 13.02.1990), consisting of a body with a cylindrical shank. Holes are made in the body for supplying cutting fluid (coolant) and conductors, for power supply and data transmission to strain gauges. The strain gauges are placed inside the mandrel body in the same plane.

Главным недостатком конструкции является расположение датчиков, при котором регистрируется результирующее значение силы резания, что не позволяет определить и, при необходимости, скорректировать величину каждой составляющей силы резания, поскольку каждая составляющая силы резания имеет свое направление приложения силы.The main disadvantage of the design is the location of the sensors, in which the resulting value of the cutting force is recorded, which does not allow determining and, if necessary, correcting the value of each component of the cutting force, since each component of the cutting force has its own direction of force application.

Технический результат - повышение точности измерения тангенциальной, радиальной и осевой составляющей силы резания.The technical result is an increase in the accuracy of measuring the tangential, radial and axial components of the cutting force.

Технический результат достигается тем, что динамометрическая оправка, содержит корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчики, причем тензодатчик тангенциальной силы резания размещен в нижней части корпуса, тензодатчик радиальной силы резания размещен на передней части корпуса, тензодатчик осевой силы резания размещен на левом торце корпуса.The technical result is achieved by the fact that the dynamometric mandrel contains a body with a cylindrical shank, holes for supplying a cutting fluid, holes for conductors, strain gauges, moreover, a tangential cutting force strain gauge is located in the lower part of the housing, a radial cutting force strain gauge is located on the front of the housing, a strain gauge axial cutting force is located on the left end of the body.

Тангенциальная составляющая силы резания действует по направлению главного движения и направлена вниз (по оси «Z»), действие данной силы оказывает существенную нагрузку на резец (например, изгиб державки от действия данной силы резания). Следовательно, размещение тензодатчика тангенциальной силы резания в нижней части корпуса, а именно в зоне установки резца, непосредственно над державкой, позволяет наиболее точно измерить величину тангенциальной составляющей силы резания.The tangential component of the cutting force acts in the direction of the main movement and is directed downwards (along the “Z” axis), the action of this force exerts a significant load on the cutter (for example, bending of the holder from the action of this cutting force). Therefore, the placement of the tangential cutting force strain gauge in the lower part of the body, namely in the cutter installation area, directly above the holder, makes it possible to most accurately measure the value of the tangential component of the cutting force.

Радиальная составляющая силы резания направлена перпендикулярно оси вращения (по оси «Y») обрабатываемой заготовки. Она оказывает влияние на вибрации, возникающие в процессе резания, отжимает резец от заготовки, а также может вызвать ее продольный изгиб. Использование тензодатчика радиальной силы резания позволяет более точно измерить значение силы, за счет размещения на переднем торце корпуса, непосредственно в направлении действия радиальной силы резания.The radial component of the cutting force is directed perpendicular to the axis of rotation (along the "Y" axis) of the workpiece being machined. It affects the vibrations that occur during the cutting process, presses the cutter from the workpiece, and can also cause its longitudinal bending. The use of a radial cutting force load cell allows you to more accurately measure the value of the force by placing it on the front end of the housing, directly in the direction of the radial cutting force.

Осевая составляющая силы резания действует параллельно оси вращения заготовки (по оси «X») и противоположна направлению подачи. Оказывает влияние на износ деталей механизма подачи станка. Установка тензодатчика на левом торце корпуса, дает возможность получить более точные значения, поскольку измерение проводится по направлению действия осевой силы резания.The axial component of the cutting force acts parallel to the axis of rotation of the workpiece (along the "X" axis) and opposite to the feed direction. It affects the wear of machine feed mechanism parts. Mounting the strain gauge on the left end of the housing makes it possible to obtain more accurate values, since the measurement is carried out in the direction of the axial cutting force.

Позиции расположения тензодатчиков определены исходя из максимальной деформации, возникающей при действии составляющих силы резания, что позволяет достичь более корректной работы тензодатчиков, что повышает точности измерения составляющих силы резания. А также дает возможность достичь минимальную температурную погрешность, повысить точность измерения составляющих сил резания, благодаря возможности работы всех датчиков одновременно и при постоянных условиях, непосредственно в процессе резания. Данные о изменении значений составляющих сил резания получают в течение всего технологического цикла, что позволит контролировать процесс обработки и своевременно вносить корректировки. Таким образом, позволит обеспечить заданные характеристики обрабатываемой поверхности и заданный период стойкости инструмента.The positions of the strain gauges are determined based on the maximum deformation that occurs under the action of the components of the cutting force, which makes it possible to achieve more correct operation of the strain gauges, which increases the accuracy of measuring the components of the cutting force. It also makes it possible to achieve the minimum temperature error, increase the accuracy of measuring the components of cutting forces, due to the possibility of all sensors operating simultaneously and under constant conditions, directly in the cutting process. Data on changes in the values of the components of the cutting forces are obtained throughout the entire technological cycle, which will allow you to control the processing process and make timely adjustments. Thus, it will allow to provide the specified characteristics of the machined surface and the specified period of tool life.

На фиг. 1. - представлен общий вид динамометрической оправки.In FIG. 1. - a general view of the torque mandrel is presented.

На фиг. 2. - вид динамометрической оправки слева.In FIG. 2. - view of the torque mandrel on the left.

На фиг. 3. - вид динамометрической оправки снизу.In FIG. 3. - view of the torque mandrel from below.

Динамометрическая оправка, содержащая корпус 1 с цилиндрическим хвостовиком 2, посредством которого динамометрическая оправка закрепляется в револьверной голове станка.A torque mandrel containing a body 1 with a cylindrical shank 2, through which the torque mandrel is fixed in the turret head of the machine.

В корпусе 1 выполнены отверстия для подвода смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) 3, отверстия для выхода проводников 4 и гнезда 5, с возможностью размещения в них тензодатчика тангенциальной силы резания 6, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Z», тензодатчика радиальной силы резания 7, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Y», тензодатчика осевой силы резания 8, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «X».Holes for supplying cutting fluid (coolant) 3, holes for the exit of conductors 4 and sockets 5 are made in the body 1, with the possibility of placing a strain gauge of the tangential cutting force 6 in them, to measure the component of the cutting force directed along the “Z” axis, the strain gauge radial cutting force 7, to measure the component of the cutting force directed along the "Y" axis; load cell axial cutting force 8, to measure the component of the cutting force directed along the "X" axis.

Гнездо 5 тензодатчика тангенциальной силы резания 6, выполнено в нижней части корпуса 1, в зоне установки резца (над державкой резца). Гнездо 5 тензодатчика радиальной силы резания 7 выполнено на передней части корпуса 1 (сторона выхода режущей части резца), слева от места установки резца. Гнездо 5 тензодатчика осевой силы резания 8 выполнено на левом торце корпуса 1 (ближе к переднему углу).The socket 5 of the load cell of the tangential cutting force 6 is made in the lower part of the body 1, in the area of the cutter installation (above the cutter holder). The socket 5 of the load cell of the radial cutting force 7 is made on the front part of the housing 1 (the exit side of the cutting part of the cutter), to the left of the installation site of the cutter. The socket 5 of the load cell of the axial cutting force 8 is made on the left end of the housing 1 (closer to the front corner).

Каждый тензодатчик соединен с блоком обработки данных посредством проводников 9.Each strain gauge is connected to the data processing unit through conductors 9.

Динамометрическая оправка работает следующим образом.The torque mandrel works as follows.

Предварительно рабочий инструмент, закрепляется в корпусе 1 оправки посредством прижимных пластин, фиксируемых винтами. Гнездо 5 каждого тензодатчика изолируются от агрессивной рабочей среды, например, крышкой.The pre-working tool is fixed in the body 1 of the mandrel by means of clamping plates fixed with screws. Nest 5 of each load cell is isolated from the aggressive working environment, for example, by a cover.

В процессе обработки заготовки СОЖ подается в зону резания через отверстия для подвода СОЖ 3, а на резец действуют три составляющие силы резания. В свою очередь тензодатчик тангенциальной силы резания 6, расположенный в зоне установки резца, фиксирует изменение действующего на резец усилия, направленного по оси «Z», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 9 передает данные на блок обработки данных.In the process of processing the workpiece, coolant is supplied to the cutting zone through the holes for supplying coolant 3, and three components of the cutting force act on the cutter. In turn, the tangential cutting force strain gauge 6, located in the cutter installation area, captures the change in the force acting on the cutter directed along the Z axis, and, converting it into an electrical signal, transmits data through the conductor 9 to the data processing unit.

Тензодатчик радиальной силы резания 7, расположенный на переднем торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «Y», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 9 передает данные на блок обработки данных.The load cell of the radial cutting force 7, located on the front end of the housing 1, captures the change in the current force directed along the "Y" axis, and, converting it into an electrical signal, transmits data through the conductor 9 to the data processing unit.

Тензодатчик осевой силы резания 8, расположенный на левом торце корпуса 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «X», и, преобразуя его в электрический сигнал, по проводнику 9 передает данные на блок обработки данных.The axial cutting force load cell 8, located on the left end of the housing 1, captures the change in the acting force directed along the "X" axis, and, converting it into an electrical signal, transmits data through the conductor 9 to the data processing unit.

Сигналы, полученные от всех тензодатчиков, собираются на приемном устройстве, с которого выводится, например, на экран.The signals received from all strain gauges are collected at the receiving device, from which it is displayed, for example, on the screen.

Проводник 9 выполняет дополнительную функцию электрического питания тензодатчиков.Conductor 9 performs an additional function of electrical power supply of strain gauges.

Таким образом, использование динамометрической оправки, содержащей корпус с цилиндрическим хвостовиком, отверстия для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, отверстия проводников, тензодатчик тангенциальной силы резания, размещенный в нижней части корпуса, тензодатчик радиальной силы резания, размещенный на передней части корпуса, тензодатчик осевой силы резания, размещенный на левом торце корпуса, позволяет повысить точность измерения тангенциальной, радиальной и осевой составляющей силы резания.Thus, the use of a torque mandrel containing a body with a cylindrical shank, holes for supplying a cutting fluid, holes for conductors, a tangential cutting force load cell located in the lower part of the body, a radial cutting force load cell located on the front of the body, an axial cutting force load cell , located on the left end of the body, allows you to increase the accuracy of measuring the tangential, radial and axial components of the cutting force.

Claims

A torque mandrel containing a body with a cylindrical shank, holes for supplying a lubricant-coolant, holes for conductors, strain gauges, characterized in that the tangential cutting force strain gauge is located in the lower part of the housing, the radial cutting force strain gauge is located on the front of the housing, the axial cutting force strain gauge located on the left side of the case.