Станки с ЧПУ

и их инструментальная оснастка

Диагностика процесса резания и износа инструмента (6 из 11).

Тензометрические подшипники применяются рядом станкостроительных фирм в качестве передней опоры шпинделя токарных, фрезерных и многоцелевых станков для измерения двух или трех составляющих силы резания. Такое измерительное устройство состоит из первичного преобразователя (датчика) и электронного модуля для обработки сигнала.

Принцип измерения сил состоит в следующем. При нагружении подшипника качения силой резания в шариках и кольцах возникают деформации, пропорциональные нагрузке. При вращении подшипника зоны деформации в наружном кольце пульсируют. Величина деформации может быть определена с помощью тензорезисторов, которые наклеиваются на поверхность специальной проточенной канавки наружного кольца подшипника (рисунок). В тензорезисторы подается постоянный ток от блока питания.

В позиции А шарик находится против тензорезистора и тензорезистор попадает в зону деформации; в позиции В он попадает между двумя зонами деформаций. Изменение электрического сопротивления тензорезисторных датчиков электрически преобразуется в изменение напряжений.

Для измерения составляющих силы резания Р_у и P_x при токарной обработке (или осевой силы при сверлении) устанавливаются в комплекте два радиально-упорных подшипника, на наружные кольца каждого из которых наклеиваются по четыре тензорези-сторных датчика, составляющих измерительный мост. Конструкция опоры шпинделя с тензометрическими подшипниками показана на рисунке.

При измерении, например, составляющей Py, ее воздействие в направлении, указанном на рисунке ниже, приводит к приросту величины деформаций переднего и заднего подшипников, а вместе с этим – к изменению электрических сопротивлений тензорезисторных датчиков. В результате изменяется напряжение в измерительных точках мостов.

При использовании двух тензометрических подшипников осуществляется также измерение составляющей P_x. При этом обеспечивается исключение взаимного влияния составляющих друг на друга.

Для определения значения сил по электрическим сигналам система должна быть протарирована. При этом нагружение тензометрических подшипников должно производится при их вращении на специальном приспособлении динамической тарировки.

Существенным недостатком тензометрических подшипников является сложность их монтажа в шпиндельном узле станка, связанная с высокими требования к точности их базирования. Незначительные деформации наружного кольца при монтаже вызывают появление вредного сигнала датчиков и нарушают точность измерения силы резания.

Достоинством метода является близкое к зоне резания расположение тензометрических подшипников и непосредственная передача сил резания на измерительные элементы.

Описанный метод измерений применяют при различных видах обработки для определения текущего и предельного износов, а также момента поломки инструмента. В качестве датчика используют тензометрические втулки, встраиваемые в узлы станков.

Втулки различных конструктивных вариантов устанавливаются обычно в опорах механизмов продольной и поперечной подач.

На рисунке ниже показан вариант установки тензометрических втулок в опоре ходового винта поперечной подачи токарного станка. Для регистрации силы F_y в узел опоры с предварительным натягом с помощью фланца 4 и гайки 3 устанавливаются две втулки 1 и 2. За счет мостового включения тензорезисторов обеих втулок в электрический контур, удается повысить чувствительность измерительной системы.

При действии силы F_y в направлении, отмеченном стрелкой, втулка 2 испытывает сжимающее усилие, а втулка 1 растягивающее. Вместе с втулками деформируются соответствующие тензорезисторы, изменяется их электрическое сопротивление. При противоположном направлении действия силы втулка 2 сжимается, а втулка 1 растягивается.

Такая же конструкция опор используется для измерения тягового усилия продольной подачи. На рисунке ниже представлен чертеж тензометрической втулки, на поверхность которой наклеены тензорезисторы.

Тензометрнческая проставка устанавливается между кареткой суппорта и корпусом револьверной головки токарного станка с ЧПУ (рисунок).

В компенсаторной проставке 3 профрезерованы ступенчатые пазы. В пазах закрепляются упругие пластины 1 с наконечниками 2.

На пластинах размещаются тензорезисторы 4. В результате получаются консольно расположенные упругие чувствительные элементы, которые воспринимают деформации проставки под действием сил резания.

Динамометрическая головка применяется для измерения окружной силы P₂, возникающей при фрезеровании. Силу R_yz на каждом зубе фрезы раскладывают на составляющие в двух системах прямоугольных координат: по координатам станка – направлениям трех возможных подач и по координатам х, у, z, связанным с положением зуба фрезы (рисунок).

Приращения составляюпнос сил P_H и P_v определяются с помощью измерительных средств, встраиваемых в узлы станка.

Для измерения окружной силы P_z и создаваемого ею крутящего момента в МГТУ "Станкин" разработано устройство, показанное на рисунке.

Устройство состоит из корпуса 1, устанавливаемого в шпинделе фрезерного станка. В корпусе на двух конических упорных подшипниках 2 помещается оправка 6. Натяг подшипников через разделительное кольцо 3 осуществляется разрезными гайками 7. Кольцо 4 предназначено для монтажа проводов 5, связывающих тензорезисторные датчики с токосъемником. Хвостовик 8 фрезы вставляется в оправку б и закрепляется гайкой 12 через кольцо 11. Подшипники 2 в корпусе 7 фиксируются фланцем 10 с уплотни тельным кольцом 9. Оправка 6 имеет крестообразные выступы 14, каждый из которых поджимается двумя шпильками 75, ввинченными в корпус 7 и законтренными гайками 16. Тангенциальная составляющая силы резания P_z и создаваемый ею момент M_kr воспринимаются в процессе резания выступами 14, на поверхностях которых наклеены тензорезисторы 13, спаянные в полумостовую измерительную схему.

Быстрый переход в разделы

• Особенности технологии обработки на станках с ЧПУ
• Режущий инструмент
• Вспомогательный инструмент
• Системы инструментальной оснастки
• Инструментальные наладки станков с ЧПУ
• Диагностика инструмента как элемента технологической системы
• Комплексное инструментальное обеспечение станков с ЧПУ
• Автоматизированное проэктирование инструментальной оснастки