CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1970
Том 173
ФРЕЗЕРНЫЙ ДИНАМОМЕТР ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ
Г. Л. КУФАРЕВ, В. В. ОВЧАРЕНКО, В. А. ГОВОРУХИН
(Представлена объединенным научным семинаром кафедр станков и резания металлов и технологии машиностроения)
Целью работы, в которой используется описываемый ниже динамометр, является изучение мгновенных окружной силы и силы подачи при торцовом фрезеровании однозубой фрезой. Необходимо было исследовать непостоянство окружной силы в период резания при непрерывно меняющейся толщине среза. Сила подачи при торцовом фрезеровании однозубой фрезой изменяется не только за счет переменной толщины среза, но и вследствие того, что вектор силы, действующей на зуб, непрерывно поворачивается вместе с фрезой. Поэтому при регистрации сил необходимо было использовать в динамометре малоинерционные и в то же время очень чувствительные датчики.
Наиболее совершенные конструкции фрезерных динамометров, разработанные в Томском политехническом институте [3] и ЭНИМСе[1], имеют ряд недостатков. Во-первых, используемые в них индуктивные датчики обладают определенной инерционностью [5]; во-вторых, элементы, передающие усилия датчикам, имеют значительные массы, также повышающие инерционность приборов; в-третьих, постоянство диаметра фрезы в динамометре ЭНИМСа [1] ограничивает область проведения экспериментов.
Учитывая вышеперечисленные недостатки существующих динамометров, на кафедре станков и резания металлов ТПИ был изготовлен упругоэлектрический динамометр для измерения окружной силы при фрезеровании (рис. 1).
Динамометр представляет одно целое тело, верхняя часть которого с помощью четырех болтов крепится к шпинделю станка 9. Центрирование обеспечивается имеющейся в корпусе динамометра 8 цилиндрической выточкой. Крутящий момент фрезе передается посредством двух, привернутых к шпинделю сухарей, входящих в соответствующий паз динамометра. Резание осуществляется одним резцом, закрепленным в специальной сменной державке. Имеющиеся в корпусе динамометра четыре конических отверстия для крепления державки позволяют изменять в опытах радиус фрезы.
Упругим элементом является перемычка резцовой державки. Наклеенные на ней тензодатчики имеют характеристику: база — 10 мм, сопротивление Я = 190 ом, коэффициент тензочувствительности равен 2. Датчики включены по дифференциальной электрической схеме (рис. 2). Сигнал от датчиков при помощи 4-ех канального усилителя УТ4-1 подается на шлейфовый осциллограф МПО-2 и щиток с приборами М-24
(микроамперметры) для визуального контроля. В процессе работы (при нагружении динамометра) меняется сопротивление датчиков. При этом нарушается равновесие в электрической схеме и приборы регистрируют ток разбаланса. Чем больше окружное усилие на фрезе, тем больше ток разбаланса.
Маиал для
фрезеровании
Тензодатчики для измерения окружной силы при фрезеровании расположены вместе с динамометром на вращающемся шпинделе станка С вращающихся датчиков э.д.с. передается на неподвижно закрепленные измерительные приборы при помощи токосъемника со скользящими контактами.
На рис. 1 показан общий вид токосъемника. Э.д.с. от тензодатчиков передается по изолированным проводам, проходящим внутри шпинделя станка и вращающегося полого валика, посаженного на подшипниках в неподвижном корпусе токосъемника. Валик приводится во вращение от шпинделя станка специальным поводком 10. На валике закреплены шесть колец (два рабочих и четыре запасных), изолированных друг от друга, к которым и припаяны концы проводов, идущих от датчиков. К поверхности каждого кольца подведено по две щетки, от которых э.д.с. передается к измерительным приборам. Щетки, изолированные друг от друга, и кольца токосъемника изготовлены из сплава серебро-константан.
Сила подачи при торцовом фрезеровании замерялась при помощи динамометрического стола (рис. 1), выполненного жестким, малоинерционным и в то же время чувствительным.
Принципиально эта конструкция представляет собой стальную раму 5, верхняя часть которой с закрепленной на ней деталью под действием
Стол станка
Рис. 1. Схема приспособления
Рокр кГ
гво 180
1чЗ № 100 80 60 къ го
о
у
У У
г/ /
/ /
/ Г
/ / *
1/
/ ТарцроИка динатпотетра 3 тар = 10 ^а о - нагрузка х - разгрузка
г Ом /
/1
/
10 20 30 ЬО 50 60 70 80 90 р\а
кГ
550
500 Ш
3 50 Ж 250 200 150 100 50
О
/ /
Г /
/
/
с /
«г
/
/ ТарирзИка стола Зтар = 90 ма V =68 о - нагрузка х - разгрузка ^
/ /
/
/
5 ¡0 /5 ?0 25 30 35 кО 45 50
уия
Рис. 3 Тарировочные графики для окружной силы и силы подачи
Сл
силы подачи перемещается относительно нижней части за счет упругой деформации стоек, так как основание динамометрического стола при помощи болтов прочно соединяется со столом фрезерного станка.
В данной упругой пространственной системе тензочувствительными элементами являются две боковые стойки 13. На внешней поверхности каждого элемента наклеены датчики 14 (база 25 мм, сопротивление 190 ом, коэффициент тензочувствительности — 2). Нагрузка в направлении силы подачи заставляет изгибаться стойки. При этом датчики, наклеенные на одной стойке, будут растягиваться, а на второй стойке — сжиматься. Сила подачи регистрируется шестнадцатью датчиками, соединенными попарно-параллельно. Необходимость включения столь большого числа датчиков мотивировалась повышенной жесткостью упругой системы динамометрического стола в направлении подачи.
Соединение датчиков в мостовые схемы произведено с таким расчетом, чтобы, с одной стороны, использовать все возможности их дифференциального включения и тем самым максимально повысить чувствительность, а с другой — обеспечить автоматическое устранение (компенсацию) влияния составляющих силы резания на силу подачи.
Для фиксирования величины силы подачи в диагональ мостовой схемы включается либо микроамперметр, либо вибратор осциллографа МПО-2.
При испытаниях аппаратуры для измерения окружного усилия и силы подачи при фрезеровании прежде всего была проведена соответствующая ее тарировка. Для обеспечения усилия на столе станка (рис. 1) жестко закреплялась стойка 2 с винтом 1, осуществляющим давление через контрольный упруго-механический динамометр ДС-1, рыбку и пластину 4, соответственно закрепляемую или в резцовой державке динамометра, или на динамометрическом столе. Предварительно шпиндель и, следовательно, динамометр фиксировались от поворота при помощи специальной оправки.
При тарировке динамометра получена линейная зависимость между величиной окружной силы и показаниями микроамперметра. Специально проведенные исследования доказали, что воздействие на динамометр (через фрезу) силы до 500 кг в осевом и радиальном направлениях оказывает влияние на показания приборов, регистрирующих окружное усилие до 2%.
При тарировке динамометрического стола была получена также линейная зависимость между величиной силы подачи и показаниями микроамперметра или осциллографа. Тарировочные графики представлены на рис. 3.
Достоинствами описанного динамометра являются: высокая чувствительность, малая инерционность, возможность изменения радиуса фрезы, простота изготовления, отсутствие внутренних потерь и универсальность, позволяющая использовать его при работе на вертикально-и горизонтально-фрезерном станках. При цилиндрическом фрезеровании необходимо лишь сменить резцовую державку. Использование сменных резцовых державок с перемычками различной толщины (в зависимости от величины измеряемой окружной силы) позволяет регистрировать усилия с высокой точностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Я. Рассохин. Окружная сила при торцовом фрезеровании твердосплавными фрезами. ЦБТИ, 1952.
2. А, М. Т у р и ч и н. Электрические измерения. ГЭИ, 1961.
3. Резание металлов и инструмент, под ред. А. М. Розенберга. Машиностроение. М,, 1964.
4. А. М. Р о з е н б е р г. Динамика фрезерования. Изд. «Советская наука». М., 1945.
5. М. Ф. Полетика. Приборы для измерения сил резания и крутящих моментов. Машгиз, М., 1963.
