RU2689835C1 - Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals - Google Patents
Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689835C1 RU2689835C1 RU2018139056A RU2018139056A RU2689835C1 RU 2689835 C1 RU2689835 C1 RU 2689835C1 RU 2018139056 A RU2018139056 A RU 2018139056A RU 2018139056 A RU2018139056 A RU 2018139056A RU 2689835 C1 RU2689835 C1 RU 2689835C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- electric current
- driver
- pulses
- output
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к области механической обработки деталей из металлов и сплавов резанием и, в частности, может быть использовано при токарной обработке трудно обрабатываемых материалов.The technical solution relates to the field of machining of parts from metals and alloys by cutting and, in particular, can be used in turning difficult-to-work materials.
Известно устройство, реализующее способ обработки металлов с подогревом в зоне резания электрическим током, и периодическим прерыванием его на протяжении процесса обработки (А.С. СССР №306912, МПК8 B23b 1/00,1971 г.). Оно включает в себя деталь, осуществляющая вращательное движение вокруг своей оси, зону резания, понижающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена через прерыватель к электрической сети, а вторичная обмотка через токоподводы подключена к детали и инструменту.A device is known that implements a method of treating metals with heating in the cutting zone by electric current, and periodically interrupting it during the processing process (A.S. USSR №306912, IPC 8
Недостатком данного устройства является отсутствие контроля состояния упругопластического деформирования материала в зоне резания. Использование переменного тока промышленной частоты, не позволяет создавать короткие импульсы, соизмеримые по длительности с процессами деформирования зоны резания.The disadvantage of this device is the lack of control of the state of elastoplastic deformation of the material in the cutting zone. The use of alternating current of industrial frequency, does not allow to create short pulses, commensurate in duration with the processes of deformation of the cutting zone.
Известно устройство, реализующее способ обработки резанием с пропусканием импульсов электрического тока через зону резания. (Вибрационное резание с электрическим подогревом. Степанов Ю.С., Зайцев А.И., Сб. труд. МНТК Современная электротехнология в машиностроении. Тула: ТулГУ, 2002 с. 425-431) Оно включает в себя источник механической энергии, зону резания, вибродатчик, блок задержки, источник электрической энергии и устройство управления.A device that implements a method of machining with the transmission of electric current pulses through a cutting zone is known. (Vibration cutting with electric heating. Stepanov Yu.S., Zaitsev AI, Collection of work. MNTK Modern Electrotechnology in Mechanical Engineering. Tula: TSU, 2002 p. 425-431) It includes a source of mechanical energy, a cutting zone , vibration sensor, delay unit, electric power source and control device.
Недостатком устройства является то, что по сигналу с вибродатчика определяются моменты начало и прекращение адиабатического сдвига цикла упругопластического деформирования зоны резания, используемые для формирования импульса электрического тока. Это соответствует критической фазе упругопластического деформирования материала в зоне резания - ее разрушению, и не отвечает оптимальным значениям дефектности ее структуры для ввода электрического тока.The disadvantage of the device is that the signal from the vibration sensor determines the moments of the beginning and termination of the adiabatic shift of the cycle of the elastoplastic deformation of the cutting zone used to generate an electric current pulse. This corresponds to the critical phase of the elastoplastic deformation of the material in the cutting zone - its destruction, and does not correspond to the optimal values of the defect structure of its structure for the introduction of electric current.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство, реализующее способ обработки металлов с подачей электрического тока в зону резания (Патент RU №2410206 МПК8 С2, В23В 1/00). Оно включает в себя переднюю бабку, на шпинделе которой установлен подвижный токоподвод и патрон с заготовкой, резец, зону резания, вибродатчик, установленный на резце и подключенный ко входу формирователя импульсов электрического тока, выходы которого соединены через токоподводы с заготовкой и резцом. Формирователь импульсов электрического тока выполнен из блока предварительного усиления сигналов с датчика, активного избирательного фильтра, формирователя синхроимпульсов, формирователя длительности импульсов, формирователя амплитуды импульсов тока.The closest in technical essence to the claimed is a device that implements a method of processing metals with the supply of electric current in the cutting zone (Patent RU No. 2410206 IPC 8 C2,
Недостатком данного устройства является использование резца, как чувствительного элемента для контроля фазы упругопластического деформирования материала и выделение первой гармоники его движения для синхронизации с ней импульсов электрического тока. Это приводит к снижению достоверности контроля и не позволяет выделить момент времени, соответствующий оптимальному значению дефектности зоны резания для ввода импульса электрического тока.The disadvantage of this device is the use of the cutter as a sensitive element for controlling the phase of the elastoplastic deformation of the material and the selection of the first harmonic of its movement to synchronize with it the pulses of electric current. This leads to a decrease in the reliability of the control and does not allow to allocate a point in time corresponding to the optimal value of the defectiveness of the cutting zone for the input of a pulse of electric current.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение достоверности контроля фазы упругопластического деформирования материала в устройстве подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов, за счет выделения момента совпадения положительных полуволн 1 и 5-й и отрицательной полуволны 3-й гармоник колебания основной составляющей силы резания для формирования импульса электрического тока.The task, which the proposed technical solution is aimed at, is to increase the reliability of control of the phase of elastoplastic deformation of the material in the device for supplying pulses of electric current to the cutting zone when turning metals, by highlighting the coincidence moment of the positive half-
Данная задача решается за счет того, что в заявленном техническом решении содержащем переднюю бабку, на шпинделе которой установлен подвижный токоподвод и патрон с заготовкой, резец, зона резания, датчик, подключенный ко входу формирователя импульсов электрического тока, выходы которого соединены через токоподводы с заготовкой и резцом; формирователь импульсов электрического тока состоит из блока предварительного усиления сигналов с датчика, активного избирательного фильтра, формирователя синхроимпульсов, формирователя длительности импульсов, формирователя амплитуды импульсов тока, причем формирователь синхроимпульсов выполнен на трех нуль органах, инверторе и трех-входовом логическом элементе «И», в качестве датчика используется датчик силы резания, установленный под резцом, а активный избирательный фильтр имеет три канала, настроенные на 1-ю, 3-ю и 5-ю гармоники изменения силы резания соответственно, их выходы соединены с соответствующими входами нуль органов формирователя синхроимпульсов, их выходы: первого и третьего непосредственно, а второго через инвертор соединены с соответствующими входами трех-входового логического элемента «И», его выход является выходом формирователя синхроимпульсов.This task is solved due to the fact that in the claimed technical solution containing a front headstock, on the spindle of which there is a movable current lead and a cartridge with a workpiece, a cutter, a cutting zone, a sensor connected to the input of the driver of electric current pulses, the outputs of which are connected through the current leads to the workpiece and chisel; electric current pulse former consists of a preamplifier of signals from the sensor, an active selective filter, a sync pulse shaper, a pulse width shaper, a current pulse amplitude shaper, and the sync pulse shaper is made on three zero organs, an inverter, and a three-input logic element "I", As a sensor, a cutting force sensor is used under the cutter, and the active selective filter has three channels tuned to the 1st, 3rd, and 5th harmonics of changes in cutting force, respectively, their outputs are connected to the corresponding inputs of the zero organs of the clock generator, their outputs are first and third directly, and the second through the inverter are connected to the corresponding inputs of the three AND input logic element, and its output is the output of the clock generator.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявляемого устройства подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов.FIG. 1 shows a schematic diagram of the inventive device for supplying pulses of electric current to the cutting zone when turning metals.
На фиг. 2 изображена временная диаграмма работы устройства.FIG. 2 shows a timing diagram of the operation of the device.
В устройстве подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов на шпинделе передней бабки 1 установлены подвижный токоподвод (щеточно-коллекторное устройство) 2 и патрон 3. В патроне закреплена обрабатываемая заготовка 4. Ее контакт с резцом 7 образует зону резания 5. Резец установлен на изоляторе 8, между ним и резцом расположен датчик силы 6, соединенный со входной клеммой DV формирователя импульсов электрического тока 10. Одна его выходная клемма Б через неподвижный токоподвод 9 подключена к резцу 7, а другая выходная клемма А соединена с подвижным токоподводом 2, образуя замкнутую электрическую цепь. В формирователе импульсов электрического тока 10 последовательно соединены блок предварительного усиления сигналов с датчика силы 11, выход которого соединен со входом активного избирательного фильтра 12, выходы которого, соответствующие 1, 3 и 5-й гармоникам изменения силы резания (1ƒcd, 3ƒcd, 5ƒcd,), соединены с соответствующими входами нуль органов (HO1, HO2, НО3) формирователя синхроимпульсов 13, их выходы: первого (HO1) и третьего (НО3) непосредственно, а второго (HO2) через инвертор НЕ соединены с соответствующими входами трех-входового логического элемента «И», его выход является выходом формирователя синхроимпульсов, который соединен со входом формирователя длительности импульсов 14, выход которого соединен со входом формирователя амплитуды импульсов тока 15.In the device for supplying pulses of electric current to the cutting zone when turning metals on the spindle of the
На временной диаграмме устройства подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов: U11 - выходное напряжение блока предварительного усиления сигналов с датчика силы; U121, U123, U125 - напряжения на выходе активного избирательного фильтра, соответствующие 1 и 3-й 5-й гармоникам входного сигнала; U13H1, U13H2, U13H3 - напряжения на выходе нуль-органов (HO1, HO2, НО3) U13 - напряжение на выходе трех-входового логического элемента «И» и формирователя синхроимпульсов; U14 - напряжение на выходе формирователя длительности импульсов; IA - амплитудное значение тока на выходе формирователя амплитуды импульсов тока; ƒcd - частота основной гармоники изменения силы резания (частота образования плоскостей сдвига); tAu - заданное значение длительности импульсов тока IA3 - заданное значение амплитуды импульсов тока.On the time diagram of the device for supplying pulses of electric current to the cutting zone when turning metals: U 11 is the output voltage of the block of preliminary amplification of signals from the force sensor; U 121 , U 123 , U 125 - voltage at the output of the active selective filter corresponding to the 1st and 3rd 5th harmonics of the input signal; U 13H1 , U 13H2 , U 13H3 - the voltage at the output of the zero-organs (HO1, HO2, NO3) U 13 - the voltage at the output of the three-input logic element "And" and the sync pulse generator; U 14 - the voltage at the output of the pulse shaper; I A - the amplitude value of the current at the output of the driver of the amplitude of the current pulses; ƒ cd is the frequency of the main harmonic of change in cutting force (the frequency of the formation of shear planes); t Au is the set value of the current pulse duration I A3 is the set value of the amplitude of the current pulse.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
В процессе обработки вращательное движение от передней бабки 1 передают через шпиндель и кулачковый патрон 3 на заготовку 4. Резец 7, воздействуя на заготовку 4, вызывает упругопластические деформации материала в зоне резания 5, носящие релаксационный характер. В результате на резец 7 действует сила резания, имеющая широкий спектр составляющих частот. Датчик силы 6, установленный под резцом 7, преобразует ее колебания в электрический сигнал, который подают на клемму DV формирователя импульсов электрического тока 10. С этой клеммы внутри формирователя импульсов электрического тока 10 сигнал поступает на вход блока предварительного усиления сигналов с датчика 11. На его выходе формируются напряжения U11. Пройдя через активный избирательный фильтр 12, в его выходном напряжении выделяются 1, 3 и 5-й гармонические составляющие U121, U123, U125, соответствующие заданной настройке на частоту изменения силы резания ƒcd - напряжение. В формирователе синхроимпульсов 13 путем выделения на нуль-органах (HO1, HO2, НО3) положительных полуволн 1-й, 3-й и 5-й гармонических составляющих U13H1, U13H2, U13H3, последующего логического умножения U13H1, U13H3 и инверсного значения U13H2 на трех-входовом логическом элементе «И» на выходе формирователя синхроимпульсов 13 формируют прямоугольные импульсы U13, привязанные к фазе колебаний силы резания. С выхода формирователя синхроимпульсов 13 сигнал поступает на вход формирователя длительности импульсов 14. На его выходе формируют импульсы U14, длительность которых настраивается на заданную величину. Они поступают на вход формирователя амплитуды импульсов тока 15, на его выходе формируют импульсы электрического тока заданной амплитуды IA3. Эти импульсы через выходные клеммы А и Б формирователя импульсов электрического тока 10 поступают в его внешнюю цепь. С одной клеммы (А) формирователя импульсов электрического тока 10, пройдя последовательно через подвижный токоподвод (щеточно-коллекторное устройство) 2, патрон 3 и заготовку 4, попадают в его державку или через зону резания и передняя поверхность резца 7, или непосредственно через заднюю поверхность резца 7. С державки резца 7, изолированной от корпуса станка, изолятором 8, импульсы через неподвижный токоподвод 9 попадают на клемму (Б) формирователя импульсов 10, замыкая, таким образом, контур электрического тока. Настройка устройства осуществляется путем задания частоты основной гармоники изменения силы резания на активном избирательном фильтре, длительности и амплитуды импульса на формирователях длительности и амплитуды импульсов соответственно.During processing, the rotational movement from the
Пример. Устройство подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов было апробировано на токарном станке модели 16К20Т1 с системой ЧПУ «Балтсистем», обрабатываемая деталь «Вал насоса», диаметр 40 мм, длина 250 мм, материал сталь 40Х. В существующей технологии использованы проходной резец Т15К6, главный угол в плане 45° передний угол 10° и следующие режимы резания: глубина 2 мм, подача 0,3 мм/об, скорость 2,5 м/с. Производилась обработка партий по пять валов с интенсификацией и без интенсификации. Заданы следующие параметры интенсификации: амплитуда импульсов тока 700 А, длительность 15 мкс, частота 2,5 кГц. В процессе обработки контролировалась потребляемая энергия, а до и после обработки партии заготовок с помощью электронного микроскопа измерялась ленточка износа инструмента. В результате проведенных измерений установлено:Example. The device for supplying pulses of electric current to the cutting zone when turning metals was tested on a 16K20T1 lathe with the Baltsistem CNC system, a pump shaft 40 mm in diameter, 250 mm in length, and 40X steel material. In the existing technology, the cutting cutter T15K6 is used, the main angle in terms of 45 ° is the rake angle of 10 ° and the following cutting modes:
- Снижение энергоемкости на рассмотренной операции (было 0,16 стало 0,14 квт*час) 15%.- Decrease in energy consumption at the considered operation (it was 0.16 to 0.14 kW * hour) 15%.
- уменьшение износ инструмента (измерялся по ленточке износа) на 14%.- reduction of tool wear (measured by wear tape) by 14%.
Таким образом, использование предлагаемого устройства подачи импульсов электрического тока в зону резания при точении металлов, благодаря синхронизации импульсов с фазой упругопластического деформирования обрабатываемого материала в зоне резания, соответствующей оптимальному значению ее дефектности позволяет уменьшить силы резания, температуру в зоне резания и энергоемкость процесса точения, повысив стойкость инструмента.Thus, the use of the proposed device for supplying pulses of electric current to the cutting zone during metal turning, by synchronizing the pulses with the elastoplastic deformation phase of the material being processed in the cutting zone corresponding to the optimum value of its defectiveness, reduces the cutting forces, the temperature in the cutting zone and the power consumption of the turning process, increasing tool life.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139056A RU2689835C1 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139056A RU2689835C1 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2689835C1 true RU2689835C1 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=67037510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018139056A RU2689835C1 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2689835C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2779438C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method and device for drilling a workpiece in an elastically stressed state. |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU306912A1 (en) * | ||||
SU1057190A1 (en) * | 1982-11-03 | 1983-11-30 | Usikov Anatolij N | Apparatus for cutting metals with heating in the zone of cutting by electric current |
US4535216A (en) * | 1983-10-14 | 1985-08-13 | Rockwell International Corporation | Metal-working tool using electrical heating |
US20020129682A1 (en) * | 1999-11-02 | 2002-09-19 | Roland Muller | Method for machining electrically conductive workpieces with a cutting tool |
RU2410206C2 (en) * | 2009-03-30 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) | Procedure for treatment of metals with supply of electric current into cutting area |
-
2018
- 2018-11-06 RU RU2018139056A patent/RU2689835C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU306912A1 (en) * | ||||
SU1057190A1 (en) * | 1982-11-03 | 1983-11-30 | Usikov Anatolij N | Apparatus for cutting metals with heating in the zone of cutting by electric current |
US4535216A (en) * | 1983-10-14 | 1985-08-13 | Rockwell International Corporation | Metal-working tool using electrical heating |
US20020129682A1 (en) * | 1999-11-02 | 2002-09-19 | Roland Muller | Method for machining electrically conductive workpieces with a cutting tool |
RU2410206C2 (en) * | 2009-03-30 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) | Procedure for treatment of metals with supply of electric current into cutting area |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2779438C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Method and device for drilling a workpiece in an elastically stressed state. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3655937A (en) | Arrangement of at least two non-storage pulse generators for electro-erosion machining | |
Han et al. | Basic study on pulse generator for micro-EDM | |
CN105458427B (en) | A kind of ultrasonic vibration auxiliary discharge abrasive machining device and method | |
RU2689835C1 (en) | Device for supplying pulses of electric current to cutting zone during turning of metals | |
CN103962642A (en) | Metal band saw ultrasound saw cutting machining method and device | |
CN104842029A (en) | Workpiece additional ultrasonic vibration device for ultrasonic electrical discharge machining | |
US3745321A (en) | Method of control over operating conditions of an apparatus for plasma-arc treatment of articles and an apparatus for plasma-arc treatment | |
US3087044A (en) | Electric power supply apparatus for electric discharge machining | |
RU2596934C2 (en) | Device to control over machining at electric charge cutout machine | |
Li et al. | Discharge current shape control method and experiment in wire EDM | |
RU2410206C2 (en) | Procedure for treatment of metals with supply of electric current into cutting area | |
CN105642531B (en) | Supersonic machining apparatus and Digit Control Machine Tool | |
RU2677565C1 (en) | Method of treatment of metals with passing electric current pulses through cutting zone | |
Zhang et al. | An independent discharge status detection method and its application in EAM milling | |
US4350863A (en) | High-frequency power feeder circuitry and supply for electrical discharge machining | |
US3280016A (en) | Electrochemical machining of metals | |
Hu et al. | Design and experimental study of a multi-mode controllable RC pulse generator for micro-EDM | |
JPS6254610B2 (en) | ||
RU2791112C1 (en) | Chip crushing device for cutting on lathe | |
JPS62120921A (en) | Continuously boring machine for superfine deep hole | |
RU2038928C1 (en) | Method of electrochemical dimensional machining | |
GB774091A (en) | Improvements in machining methods and apparatus making use of intermittent electric discharges | |
SU574297A1 (en) | Device for short-circuiting protection at electric erosion machining | |
JPH0230431A (en) | Power unit for discharge processing | |
SU1763092A1 (en) | Method of machining with heating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201107 |