Устройство для ротационного точения
Полезная модель направлена на повышение точности обработанной поверхности детали путем управления обработкой по двум параметрам - скорости и силе резания. Поставленная задача достигается тем, что в устройство для ротационного точения, содержащее резец установленный в шпинделе, дополнительно введены электродвигатель для вращения шпинделя посредством плоскоременной передачи и пульт управления, соединенный с фотоэлектрическим датчиком. 1 н.п. ф-лы, 6 илл.
Полезная модель относится к обработке неметаллических упруго-вязких материалов резанием, и может быть использована на станках токарной и шлифовальной группы.
Известен способ управления обработкой резанием, при котором определяются оптимальные условия обработки (патент RU 
2243860 опубликовано: 10.01.2005, бюллетень 2).
Сущность изобретения заключается в съемке в инфракрасном диапазоне тепловизионного изображения геометрических характеристик сходящей стружки с целью определения степени их соответствия оптимальным значениям. В случае отклонения контролируемых величин от оптимальных значений изменяется соответствующий параметр режима резания.
Недостатком устройства, описанного в данном способе, является сложность конструкции.
Известен способ и устройство управления точностью обработки деталей, при котором от силометрического датчика поступает значение силы резания, а затем компьютер сравнивает его со значением силы резания, рассчитанного по известной зависимости, при их несовпадении изменяются соответствующие параметры режима резания (патент RU 2379169 опубликовано: 20.01.2010, бюллетень 1).
Устройство для управления точностью обработки деталей содержит деталь, резец, резцедержатель, силометрический датчик, исполнительный механизм, операционный усилитель, резистор, контроллер, компьютер и аналогово-цифровой преобразователь.
Недостатком конструкции устройства, описанного в известном способе, является низкое качество обработанной поверхности деталей, связанное с управлением обработкой только по одному параметру - силе резания.
Задачей полезной модели является повышение точности обработанной поверхности детали путем управления обработкой по двум параметрам - скорости и силе резания.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для ротационного точения, содержащее резец установленный в шпинделе, дополнительно введены электродвигатель для вращения шпинделя посредством плоскоременной передачи и пульт управления, соединенный с фотоэлектрическим датчиком.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема установки устройства, на фиг.2 - общий вид, на фиг.3 - вид сбоку, на фиг.4 - диск поз.8, на фиг.5 - пульт управления поз.11, на фиг.6 - схема принципиальная, на фиг.7 - зависимость шероховатости поверхности от скорости резания, на фиг.8 - зависимость шероховатости поверхности от силы резания.
Ротационный чашечный резец 1 устанавливают в шпинделе 2 устройства. Шпиндель 2 вращается электродвигателем 3 постоянного тока посредством плоскоременной передачи. На валу электродвигателя 3 установлен шкив 4. Шкив 4 соединен со шкивом 5 плоским ремнем 6. Шкив 5 установлен на валу 7 шпинделя 2. На валу 7 закреплен диск 8 с прорезью, представленный на фиг.4. Шпиндель 2 и электродвигатель 3 установлены на основание 9.
Для управления точностью обработки установлены фотоэлектрический датчик 10, аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, цифро-аналоговый преобразователь, пульт управления 11, которые изображены на фиг.2. На пульте управления 11, представленном на фиг.5, расположен дисплей 12 и панель 13 с кнопками.
На дисплей 12 выводят параметры режима резания: число оборотов шпинделя 2, скорость резания, мощность, потребляемую электродвигателем 3, силу резания. С помощью кнопок «Питание», «Память», «Сброс», «Свет», «Ввод» расположенных на панели 13 включают пульт управления, запоминают полученные результаты, сбрасывают полученные результаты, включают подсветку дисплея, вводят диаметр ротационного чашечного резца соответственно.
Устройство для ротационного точения устанавливают на суппорт станка, как показано на фиг.1. Заготовка приводится во вращение шпинделем станка, при этом она имеет скорость V з. Ротационный чашечный резец 1 вращается шпинделем 2 устройства для ротационного точения. Его подводят к заготовке. Ротационный чашечный резец 1 имеет скорость Vи, которая является скоростью резания Vp.Обработку осуществляют путем перемещения ротационного чашечного резца 1 вдоль заготовки.
Принципиальная схема расчета параметров режима резания представлена на фиг.6. Управление точностью обработки осуществляют следующим образом.
Известны графические зависимости шероховатости поверхности, являющейся показателем точности обработки, от скорости и силы резания. Графическая зависимость шероховатости поверхности от скорости резания представлена на фиг.7. Графическая зависимость шероховатости поверхности от силы резания представлена на фиг.8. Анализируя графические зависимости можно сделать выводы:
1) чем выше скорость резания, тем шероховатость поверхности ниже,
2) чем ниже сила резания, тем шероховатость поверхности ниже.
Из вышесказанного следует, что, управляя скоростью и силой резания можно добиться оптимального режима резания, при котором шероховатость поверхности будет наиболее низкой, т.е. точность обработки наиболее высокой. Определение скорости резания Vp осуществляется с помощью фотоэлектрического датчика 10. Фотоэлектрический датчик 10 сканирует поверхность диска 8 с прорезью, что позволяет определить число оборотов n шпинделя 2, и при помощи аналогово-цифрового преобразователя передает его значение на микропроцессор. Перед началом обработки вводится предварительно измеренный диаметр Dи ротационного чашечного резца 1 указываемый в метрах. Микропроцессор производит расчет скорости резания по формуле:
где Vp - скорость резания,
=3,14,
Dи - диаметр ротационного чашечного резца 1,
n - число оборотов шпинделя 2.
Так как электродвигатель 3 может регулироваться бесступенчато, подбирая необходимое число оборотов шпинделя 2 можно управлять скоростью резания. Сила резания определяется следующим образом. С электродвигателя 3 снимаются показания значений силы тока I и напряжения U. Мощность Nд электродвигателя 3 определяется по формуле:
где Nд - мощность электродвигателя 3,
I - сила тока,
U - напряжение.
Очевидно, что мощность, потребляемая электродвигателем 3, расходуется на процесс резания:
где Np - мощность резания,
- коэффициент полезного действия,
N д - мощность, потребляемая электродвигателем 3.
С другой стороны мощность резания определяется по формуле:
где Np - мощность резания,
Pz - сила резания,
V p - скорость резания.
Приравняв формулы (3) и (4) получим:
отсюда
По зависимости (6) рассчитывается сила резания Pz. Микропроцессор по значениям силы тока I, напряжения U и скорости резания Vp рассчитывает силу резания Pz. Из формулы (6) видно, что сила резания Pz может управляться за счет регулирования силы тока I и напряжения U. После расчета силы резания Pz, скорости резания Vp, числа оборотов n шпинделя 2 устройства и мощности затрачиваемой на процесс резания электродвигателем 3 с помощью цифро-аналогового преобразователя их значения выводятся на дисплей. Оператор на основании значений, выведенных на дисплей, устанавливает оптимальный режим резания.
Устройство повышает точность обработки поверхности детали за счет обеспечения управления скоростью и силой резания, а также выбора оптимального режима резания в зависимости от требуемой шероховатости поверхности.
Устройство для ротационного точения, содержащее резец, установленный в шпинделе, аналого-цифровой преобразователь и пульт управления, отличающееся тем, что оно снабжено электродвигателем для вращения шпинделя посредством плоскоременной передачи, фотоэлектрическим датчиком и микропроцессором, выполненным с возможностью вычисления скорости резания по показаниям фотоэлектрического датчика и силы резания по значениям силы тока электродвигателя, его напряжения и скорости резания.
