Динамометрическая фреза

Динамометрическая фреза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ДИНАМОМЕТРИЧЕСКАЯ ФРЕЗА, включающая корпус с установленным на нем динамометрическим зубом, содержащим вставку с режущей пластиной, закрепленную в силопередающем элементе, выполненном в виде пирамиды, который связан тремя взаимоперпендикулярными стержнями с консольными балками, жестко связанными с основанием динамометрического зуба стойками с наклеенными на них тензодатчиками, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, один из двух стержней, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, расположен радиально, причем связанная с ним консольная балка расположена от оси фрезы дальше, чем с:шопередаюи1ИЙ элемент . 2. Фреза по п. 1,отлича юшаяс я тем, что, с целью расширения возможностей исследования, на корпусе с неравномерным угловым шагом выполнены посадочные места с установленными на них динамометрическими;, ; и жесткими зубьями, каждый из которых ko содержит вставку с режущей пластиной, закрепленной в силопередающем элементе, вы- i полненном в виде пирамиды, вершины которой 1 жестко связаны с основанием зуба.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН

52 21 A (I 9) (11) 4(51) В 23 С 5 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA н автюсмом cBIQETFJlhCTHV динамометрического зуба стойками с наклеенными на них тензодатчиками, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерений, один иэ двух стержней, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, расйоложен радиально, причем связанная с ним консольная балка расположена от оси фрезы дальше, чем снлопередаюц(ий элемент. (21) 3546403/25 — 08 (22) 25.01.83 (46) 30.04.85. Бюл. Р 16 (72) В. И. Петров, С. В. Дженжеруха и М. А. Никитин (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена

Красного Знамени механический институт (53) 531.781(088.8) (56) 1. Динамика процесса резания. ЭНИМС, Машгиз, 1953, с. 26--29.

2. Авторское свидетельство СССР

1(861993, кл. G 01 1 .5/16, 1980. (54) (57) 1. ДИНАМОМЕТРИЧЕССКАЯ ФРЕЗА, включающая корпус с установленным на нем динамометрическим зубом, содержащим вставку с режущей пластиной, закрепленную в силопередающем элементе, выполненном в виде пирамиды, который связан тремя взаимоперпендикулярными стержнями с консольными балками, жестко связанными с основанием

2. Фреза по и. 1, о т л и ч а,ю щ а яс я тем, что, с целью расширения возможностей исследования, на корпусе с неравномерным угловым шагом выполнены посадочные места с установленными на них динамометрическими и жесткими зубьями, каждый из которых содержит вставку с режущей пластиной, закрепленной в силопередающем элементе, выполненном в виде пирамиды, вершины которой жестко связаны с основанием зуба.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

,15272l 2 метр для измерения трех составляющих усилий резания при точении, содержащий корпус, в котором выфрезерованы три упругих элемента — консольные балки. Силопередающий элемент, в вершине которого размещен вкла. дыш с режущей пластинкой, имеет форму треугольной пирамиды с углом 90 между гранями, Вершины при основании пирамиды заканчиваются шейками, переходящими затем в лапки. Каждая иэ этих лапок жестко связана с одной из консольных балок. На боковые грани консольных балок наклеены тензодатчики воспринимающие изгибные деформации последних под действием составляющих сил резания.

Известное устройство является высокочастотным динамометром для определения трех составляющих усилий резания при точении.

Трсхкомпонентный динамометр имеет высокую точность и достоверность получаемой информа цин. Это достигается тем, что механическая система динамометра имеет высокую собственную частоту колебаний, что дает возможность исследовать быстро протекающие процессы при резании. Кроме того, тепло, образующееся при резании, практически не передается через тонкие шейки, соединяющие силопередающий элемент с вкладышем, с консольными. балками, на которые наклеены тензодатчики.

Шайки играют роль двухосных шарниров, которые приводят к значительному уменьшению взаимного влияния по координатам (21.

Однако, указанный динамометр не может быть использован ни в качестве динамометрической фрезы, ни в качестве ее основного элемента — динамометрического зуба. Взаимное расположение консольных балок не позволяет их ориентировать по трем ортогональным направлениям {тангенциальном, радиальном и осевом). Расстояние консольных балок. от оси фрезы будет больше радиуса фрезы, а следовательно, вращение такой фрезы невозможно— консольная балка будет упираться в обрабатываемую деталь. Устройство имеет большие габариты. Особенно это важно, когда речь идет об исследовании взаимного влияния при одновременной работе нескольких зубьев фрез.

Цель изобретения — повышение точности измерений составляющих сил резания при различных видах фрезерования, а также расширение возможностей исследования.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к обработке металлов резанием и может быть использовано для непосредственного определения осевой, радиальной и тангенциальной составляющих сил реза- 5 ния, действующих на фрезу в процессе обработки.

При проектировании режущего инструмента, вспомогательной оснастки и фрезерных станков используют законы изменения сил резания во времени. Для получения полной информации об этих законах необходимо знать осевую, радиальную и тангенциальную составляющие силы резания. Известные конструкции динамометрических фрез не позволяют получить точные значения этих сил.

Известна динамометрическая фреза-датчик для измерения окружной составляющей силы резания при торцовом фрезеровании. Данная динамометрическая фреза-датчик имеет корпус, в 20 котором выполнены овальные отверстия, образующие четыре спицы — упругие элементы.

Эти упругие элементы соединяют корпус фрезы — датчика с,наружным венцом, на котором расположены зубья. Якори двух индукци- 25 онных катушек присоединены к наружному венцу с зубьями динамометрической фрезыдатчика, а сердечники — к осно анию корпуса фрезы так, что при приложении крутящего. момента к наружному венцу вследствие изгн. ба упругих элементов — спиц зазор между якорем и сердечником одной катушки увеличивается, а между якорем и сердечником другой катушки — уменьшается. Изменение зазора между якорем N сердечником меняет 35 индуктивное сопротивление катушек. Посредством этого и происходит измерение крутящего момента от действия окружной силы (tl.

Однако данная динамометрическая фреза предназначена только для измерения крутящего40 момента, т. е. для определения окружной составляющей силы резания и только при торцовом фрезеровании. Она низкочастотная. Зубчатый венец, на котором закреплены зубья, обладает значительной массой. Поэтому иссле- 4 дование явления удара может быть проведено с большой погрешностью. Наблюдаемый осевой прогиб спиц (большое взаимное влияние по координатам) приводит к погрешностям в измерениях. Кроме того, известная конструкция динамометрической фрезы-датчика не является универсальным измерительным прибором, так как не дает воэможности исследовать дисковое и концевое фрезерование. Отладка и тарировка его связана с большими труд- 55 ностями и является сложной операцией.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемой является трехкомпонентиый динамоУказанная цель достигается тем, что в динамометрической фрезе, включающей корпус с установленным на нем динамометрическим зубом, содержащим вставку с режущей пластинкой, закрепленную в силопередающем элементе, выполненном в виде пирамиды, который связан тремя взаимно перпендикулярными стержнями с консольными балками, жестко связан3 11527 ными с основанием динамометрического зуба стойками с наклеенными на них тензодатчика-, ми, один из двух стержней, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, расположен радиально, причем связанная с ннм консольная балка расположена от оси фрезы дальше, чем силопередающий элемент.

На корпусе с неравномерным угловым шагом выполнены посадочные места с установ. леннымн на них динамометрическимн и жесткими зубьями, каждый иэ которых содержит вставку с режущей пластинкой, закрепленной в силопередающем элементе, выполненном

s, виде пирамиды, вершины которой жестко связаны с основанием зуба.

На фиг, 1 изображена динамометрическая фреза; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.l; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 1; на фиг. S разрез Г-Г на фиг. 4; на фнг. 6 — разрез

Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7 — дннамометрический зуб; на фиг. 8 — жесткий зуб.

Динамометрическая фреэа содержит корпус

1, на котором с неравномерным угловым шагом (f щ„,, установлены динамометрические 25 зубья 2. Каждый динамометрический зуб 2 содержит вставку 3 с режущей пластинкой

4, эакрепленнуто в силопередающем элементе

5, выполненном в виде пирамиды. Силопередаюшей элемент 5 связан тремя взаимно перпендикулярными стержнями 6 — 8 с консольными балками 9 — ll, которые жестко связаны стойками 12 — 14 с основанием 15 динамометрнческого зуба 2. На стойки 12 — 14, связывающие консольные балки 9 — 11 с основанием

15 динамометрического зуба 2, наклеены теиэодатчики T. Динамометрические зубья установлены в корпусе 1 фрезы таким образом, что один из двух стержней, лежащих в плоскости перпендикулярной оси фрезы, а

4О именно стержень 8, расположен радиально, причем связанная с ним консольная балка 11 . находится от оси фрезы дальше, чем силопередаюший элемент 5.

На корпусе l дииамомегрической фрезы с неравномерным угловым шагом ср„ц„установ. 15 лены жесткие зубья 16, которые выполнены одинаковыми и сьемными. Жесткий эуб состоит из основания, с которым непосредственно своими вершинами жестко связан силопередающий элемент 5, выполненный в виде пирамиды. На силопередающем элементе 5 установлена вставка 3 с режущей пластинкой 4.

Динамометрнческие зубья 2 и жесткие зубья t6 устанавливаются на корпусе 1 дина- 55 мометрической фреэы в специальные посадочные места 17, имеющие два отверстия 18, и1 крепятся, например, при помощи винтов 19.

21 4

Корпус 1 динамометрической фрезы устанавливается, например на оправку 20 и крепится к ней посредством гайки 21. Оправка

20 в шнннделе станка закрепляется при 80МОщи штревеля 22. Вращение от шпинделя станка на оправку 20 и с нее на корпус 1 динамометрической фрезы передается через поводковое кольцо 23. В оправке 20, штревеле 22 н гайке 21 выполнено сквозное отверстие

24 для проводов, соединяющих тензодатчнкц

Т, наклеенные на стойки 12 — 14 с токосъемни-: ком, установленным на верхней части штревеля

22. Схема работы динамометрической фреэы представлена на фиг. 2 н 6.

1.

3а счет того, что динамометрические зубья

2 динамометрической фрезы являются трехкомпонентными и так KBK онн установлены в корпусе 1 фрезы таким образом, что один нз двух стержней, лежащих в плоскости перпендикулярной оси фрезы, а именно стержень

8, расположен радиально, причем связанная . с ним консольная балка 11 расположена от оси фрезы дальше, чем силопередающий элемент 5, получают три составляющие силы резания: радиальную, тантенциальную и осевую.

Главная особенность фрезы заключается в том, что такое расположение силопередающего элемента 5, а именно режущей кромки зуба, позволяет существенно снизить взаимное кимематическое влияние радиальной и осевой составляющих на главную тангенциальную составляющую сил резания, так как только при таком расположении трех взаимно перпендикулярных стержней 6 — 8, соединяющих силопередающий элемент 5 с консольными балками 9 — 11, вектор окружной силы будет проходить непосредственно через поперечное сечение стержня 8, т. е. стержень 8 будет работать только на сжатие, В том случае, если динамометрический зуб 2 развернуть в корпусе 1 фрезы на 180, получить положительо ный эффект невозможно, TBK как основание стержня, воспринимающего тангенциальную составляющую., будет отстоять от осн фреэы дальше, чем режущие кромки, т. е. он будет выходить за рабочий диаметр фрезы. Поэтому при вращении фрезы консольная балка, соединенная с этим стержнем, упирается в обрабатываемую деталь. Этого можно избежать, если поднять стержень над обрабатываемой деталью, оставив режущую пластинку на том же уровне. В этом случае стержень нагружен не только тангенциальной силой, но и изгибающим моментом от действия этой силы на плече, равном расстоянию от вершины режущей кромки до стержня. Это приводит к большим погрешностям измерений за счет большого кинематического влияния в определеПрн фрезеровании центр массы силопередающего элемента S с закрепленной в нем вставкой 3 с режущей пластинкой 4 может совершать перемещения по дугам радиусов

r (i = l 2, 3) в направлении координатных осей. Радиусы r, (i = 1, 2, 3) являются рас- ° стояниями между центром масс и динамическими осями вращения, проходящими через стержни 6 — 8, Стойки 12 — 14 динамометрических зубьев 2 воспринимают основную часть той составляющей силы резаиня, которая; действует вдоль ее оси. Оставшаяся часть, в десятки раз меньшая, воспринимается консольными балками 9 — ll. Таким образом, изгибная жесткость балки значительно меньше продольной жесткости стойки, работающей на растяжение (сжатие).

Стержни 6 — 8 связывающие силопередающий

1 элемент 5 динамометрического зуба 2 с консольными балками 9 — 11 имеют низкую теплопроводность из-эа малой площади своего поперечного сечения. Возникающее при фрезеровании тепло, вызываяяцее нагрев вставки 3 с режущей пластинкой 4, а затем и силопередающего элемента 5 динамометрического зуба

2, практически не поступает в консольные балки 9 — 11, а следовательно, и в стойки

12 — 14 с наклеенными на них тензодатчиками

Т. Этим полностью исключается погрешность измерений, вызванная нагревом тензодатчиков.

Предлагаемая фреза, по сравнению с известными, является более точной, дающей полную и достоверную информацию о составляющих сил, действующих в процессе фреэерования. С помощью этой фрезы можно вести работы с более глубоким и точным исследованием различных видов фрезерования, что позволяет совершенствовать конструкцию как режущего, так и вспомогательного инструментов, модернизировать шпиндельные узлы станков, цриспособлвний и оснастки, а также определять рациональные режимы резания и параметры

1эаточки режущего клина фреэ.

4 1152721 нии осевой и радиальной составляющих силы резания. В предлагаемой динамометрической фрезе эа счет указанного расположения динамометрических зубьев указанный недостаток исключается полностью. 5

При фрезеровании под действием таигенциальной Р1, -pagnanbHoA Р и осевой Р> тввляющйх силы резания силопередающий элемент 5 с закрепленной в нем вставкой 3 с режущей пластинкой 4 перемещается. Вместе 10 с ними перемещаются стержни 6 — 8. При этом балки 9 — 11 изгибаются, а стойки 1214 с наклеенными на ннх тенэодатчиками растягиваются (сжимаются). Электрические сигналы, возниканнцне в цепи при деформации 15 тензодатчиков Т, определяют величину составляющих силы резания Р, Р и Р..

3а счет того, что на корпусе 1 динамометрической фрезы установлено несколько динамометрических зубьев 2, которые од- уо . повременно участвуют в резании, появляется возможность исследовать динамику процесса. фрезерования, т. е. рассмотреть влияние резания одного зуба,на другие, Установка динамометричвских зубьев 2 25 и жестких зубьев 16 на корпусе 1 фрезы с с неравномерным угловым шагом позволяет исследовать процесс обработки с различными угловыми шагами расположения режущих кромок фреэ, Как показывают экспериментальные исследования неравномерное расположение зубьев на фрезе повышает выброустойчивость инструмента. Это, в свою очередь, приводит . к .росту производительности труда.

Установка на корпусе фрезы жестких зубьев

16 позволяет устранить балансировку динамометрического устройства и значительно сократить время, необходимое на подготовку к работе фрезы.

Для уменьшения вредного побочного эффек40 та изгибной и крутильный деформации стоек

12 — 14 от внецентренного приложения измеряемой компоненты силы, а также от воздействия двух других составляющих, силопередающий элемент 5 выполнен в виде пирами45 ды, соединенной с консольнымнбалками 9 — 11 посредством стержней 6 — 8. Такое соединение выполняет роль двухосных шарниров, которые полностью передают на стойку воспринимае мую составляющую силы резания и только частично изгибающий и крутящий моменты от двух других составляющих

1152721! 15272!

)152721

/-(1152721

1152721

Составитель В. Иванов

Техред М.Гергель Корректор.Л.Пилипенко

Редактор И. Касарда

Заказ 2391/10

Тираж j 086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4