RU2470757C2

RU2470757C2 - Cutting tool cooler

Info

Publication number: RU2470757C2
Application number: RU2011107672/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов; Виталий Семенович Титов; Максим Владимирович Бобырь; Артем Всеволодович Анциферов
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-12-27
Also published as: RU2011107672A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to high-speed cutting at NC machine tools, particularly, to their coolers. Proposed device comprises front and rear heads, tool holder with cutter. Besides, it incorporates controlled current generator equipped with operating amplifier, potentiometer, resistor, and computer. Computer first output is connected to front head. Computer second output is connected to rear head. Computer third output is connected to controlled current generator. Computer fourth output is connected to NC machine tool actuators. Note here that tool holder incorporates plate with thermal element.

EFFECT: higher efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, в частности к системам охлаждения резцов с целью компенсации температурных погрешностей, возникающих в зоне резания.The invention relates to the field of high-speed processing of parts on CNC equipment, in particular to cooling systems for cutters in order to compensate for temperature errors that occur in the cutting zone.

Известен резец с внутренним охлаждением, содержащий державку, в которой выполнена наклонная полость [Патент РФ №2024361, кл. B23B 27/10 (аналог)]. Недостатком данной конструкции является высокая техническая сложность, а также небольшая долговечность, так как вследствие потери эластичности уплотнительного кольца высока вероятность утечки охлаждающей жидкости.Known cutter with internal cooling, containing a holder in which an inclined cavity is made [RF Patent No. 2024361, class. B23B 27/10 (analog)]. The disadvantage of this design is the high technical complexity, as well as low durability, since due to the loss of elasticity of the sealing ring there is a high probability of coolant leakage.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство высокоточной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ [Патент РФ №2280540, кл. B23B 25/06, 2006 (прототип)]. Недостатком данного устройства является высокая техническая сложность, связанная с необходимостью охлаждения резца за счет механизма подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а также сложность конструкции устройства.Closest to the invention in technical essence is a device for precision machining of parts on CNC equipment [RF Patent No. 2280540, class. B23B 25/06, 2006 (prototype)]. The disadvantage of this device is the high technical complexity associated with the need to cool the cutter due to the supply of cutting fluid, as well as the complexity of the design of the device.

Технической задачей изобретения является увеличение скорости обработки деталей за счет более эффективного охлаждения режущей части резца.An object of the invention is to increase the speed of processing parts due to more efficient cooling of the cutting part of the cutter.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее деталь, переднюю и заднюю бабки, резец, исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ введены державка резца, содержащая специальную пластину, выполненную в виде термоэлемента с подсоединенным к нему генератором постоянного тока.The problem is solved in that a tool holder containing a special plate made in the form of a thermocouple with a DC generator connected to it is introduced into a known device containing a part, front and rear headstock, cutter, actuators of CNC equipment.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведена схема устройства охлаждения резца, на Фиг.2 приведена структура специальной пластины, установленной в державке резца.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a diagram of a device for cooling the cutter, Fig.2 shows the structure of a special plate installed in the holder of the cutter.

Устройство охлаждения режущего инструмента содержит деталь 1, переднюю бабку 2, заднюю бабку 3, резец, состоящий из режущей части 4, специальной пластины с термоэлементом 5 и державки 6, резцедержатель 7, исполнительные механизмы оборудования с ЧПУ 8, управляемый генератор тока 12, содержащий операционный усилитель 9, потенциометр 10 и резистор 14, компьютер 11 и токопровод 13.The cooling device of the cutting tool contains a part 1, a front headstock 2, a tailstock 3, a cutter consisting of a cutting part 4, a special plate with a thermocouple 5 and a holder 6, a tool holder 7, actuators of CNC equipment 8, a controlled current generator 12, containing an operating amplifier 9, potentiometer 10 and resistor 14, computer 11 and conductor 13.

Связи в устройстве охлаждения режущего инструмента расположены следующим образом: первый выход компьютера 11 соединен с передней бабкой 2, второй выход компьютера 11 соединен с задней бабкой 3, третий выход компьютера 11 соединен с потенциометром 10, четвертый выход компьютера 11 соединен с исполнительными механизмами оборудования с ЧПУ 8, которые перемещают резцедержатель 7 с закрепленным в нем резцом, состоящим из державки 6, специальной пластины 5 и режущей части 4. Вход специальной пластины 5 при помощи токопроводов 13 соединен с выходом операционного усилителя 9, выход специальной пластины 5 соединен с резистором 14 и вторым входом (инвертирующим) операционного усилителя 9, первый вход (неинвертирующий) операционного усилителя 9 соединен с потенциометром 10. Операционный усилитель 9, потенциометр 10 и резистор 14 формируют управляемый генератор тока 12. Деталь 1 закреплена в передней бабке 2 и задней бабке 3.The connections in the cooling device of the cutting tool are located as follows: the first output of the computer 11 is connected to the front headstock 2, the second output of the computer 11 is connected to the tailstock 3, the third output of the computer 11 is connected to the potentiometer 10, the fourth output of the computer 11 is connected to the actuators of the CNC equipment 8, which move the tool holder 7 with a cutter fixed in it, consisting of a holder 6, a special plate 5 and a cutting part 4. The input of the special plate 5 is connected to the output of the opera by conductors 13 of the amplifier 9, the output of the special plate 5 is connected to the resistor 14 and the second input (inverting) of the operational amplifier 9, the first input (non-inverting) of the operational amplifier 9 is connected to the potentiometer 10. The operational amplifier 9, potentiometer 10 and resistor 14 form a controlled current generator 12. Part 1 is fixed in the front headstock 2 and tailstock 3.

Устройство охлаждения режущего инструмента работает следующим образом. При вращении детали 1, установленной в передней бабке 2 и задней бабке 3, и прохождении по ее поверхности резца в зоне резания происходит нагрев режущей части резца и поверхности детали, который приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности. Для устранения перегрева резца предлагается устройство охлаждения режущей части резца, основанное на применении термоэлектрического эффекта Пельтье. Подача постоянного тока на специальную пластину, выполненную в виде термоэлемента, осуществляется с помощью генератора постоянного тока 12, состоящего из резистора 14, ОУ 9, потенциометра 10. Сила тока задается по закону Ома I=U/R. Например, с третьего выхода компьютера 11 генерируется сигнал +5 В. Потенциометр установлен в положение 50%, то есть делит напряжение +5 В пополам и оно становится равно 2,5 В. Так как ОУ 9 включен по схеме повторителя напряжения, за счет обратной связи в точке соединения резистора 14 со вторым входом ОУ 9 будет напряжение, равное 2,5 В. Следовательно, ток, подаваемый на специальную пластину 5, выполненную в виде термоэлемента, будет равняться I=U/R=2,5/10=250 мА. Величина тока может регулироваться с помощью изменения значения сопротивления на потенциометре 10 (Фиг.1).The cooling device of the cutting tool operates as follows. When the part 1 installed in the front headstock 2 and the tailstock 3 is rotated and the cutter passes over its surface in the cutting zone, the cutting part of the cutter and the surface of the part are heated, which leads to a deterioration in the quality of the processed surface. To eliminate overheating of the cutter, a device for cooling the cutting part of the cutter is proposed, based on the application of the thermoelectric Peltier effect. The DC current is supplied to a special plate made in the form of a thermocouple using a DC generator 12, consisting of a resistor 14, OA 9, potentiometer 10. The current strength is set according to Ohm's law I = U / R. For example, a +5 V signal is generated from the third output of computer 11. The potentiometer is set to 50%, that is, it divides the +5 V voltage in half and it becomes 2.5 V. Since OA 9 is turned on according to the voltage follower circuit, due to the inverse the connection at the connection point of the resistor 14 with the second input of the OS 9 will be a voltage of 2.5 V. Therefore, the current supplied to a special plate 5, made in the form of a thermocouple, will be I = U / R = 2.5 / 10 = 250 ma The magnitude of the current can be adjusted by changing the resistance value on the potentiometer 10 (Figure 1).

При подаче тока на специальную пластину, выполненную в виде термоэлемента, состоящего из двух полупроводников n- и p-типа, происходит с одной стороны нагрев спая (зона Н, фиг.2), а с другой стороны его охлаждение (зона С, фиг.2). При этом температура спая (зона С, фиг.2) снижается вследствие того, что под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента (p) в другую (n), переходят в новое состояние с более высокой энергией. Энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего спай в зоне С охлаждается.When current is applied to a special plate made in the form of a thermocouple consisting of two n- and p-type semiconductors, the junction is heated on one side (zone H, Fig. 2), and on the other hand, it is cooled (zone C, Fig. 2). In this case, the junction temperature (zone C, Fig. 2) decreases due to the fact that, under the influence of an electric field, electrons moving from one branch of the thermocouple (p) to another (n) pass into a new state with a higher energy. The electron energy is increased due to the kinetic energy taken from the atoms of the thermoelement branches in the places of their conjugation, as a result of which the junction in zone C is cooled.

В результате при обработке поверхности детали и подаче постоянного тока на специальную пластину, выполненную в виде термоэлемента, будет охлаждаться режущая часть инструмента, что приведет к снижению температурных деформаций в зоне резания и за счет этого позволит увеличить скорость резания.As a result, when machining the surface of the part and applying direct current to a special plate made in the form of a thermocouple, the cutting part of the tool will be cooled, which will lead to a decrease in temperature deformations in the cutting zone and thereby increase the cutting speed.

Таким образом, предлагаемое устройство охлаждения режущего инструмента позволяет более эффективно компенсировать температурные погрешности, возникающие в зоне резания и, как следствие, повысить скорость при обработке деталей.Thus, the proposed cooling device of the cutting tool allows you to more effectively compensate for temperature errors that occur in the cutting zone and, as a result, increase the speed when processing parts.

Claims

A device for processing parts on CNC equipment, containing front and rear headstock, a tool holder with a cutter and actuators of CNC equipment, characterized in that it is equipped with a controlled current generator containing an operational amplifier, potentiometer, resistor and computer, with the first output of the computer connected to the front headstock, the second computer output connected to the tailstock, the third computer output connected to a controlled current generator, the fourth computer output connected to the actuators and CNC equipment, and the holder of the cutting part of the cutter contains a plate with a thermocouple.