Устройство для измерения динамических характеристик на токарных станках

Полезная модель относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности, к измерительному оборудованию, а именно к устройствам для измерения динамических характеристик на токарных станках. Устройство содержит опорное средство, которое выполнено в виде ролика 1, установленного с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, нагрузочное средство 2, средства съема информации, выполненные в виде, по - меньшей мере, двух бесконтактных датчиков 3 перемещения, расположенных в ортогональных плоскостях и средств 4 сбора и обработки информации и средства 5 визуализации обработанной информации. Ролик 1 установлен на неподвижной основе 6, а нагрузочное средство 2 выполнено в виде расклинивающего элемента с установочной и рабочей 7 частью форме «ласточкин хвост», функционально обеспечивающее динамическое воздействие на конструкции устройства при измерении. При включении токарного станка цилиндрическая оправка 13 начинает вращаться. Основание 6 перемещают таким образом, чтобы ролик 1 находился от поверхности оправки 13 на расстоянии соответствующем ширине установочной части нагрузочного средства 2, при этом должен быть обеспечен небольшой натяг. При повороте оправки 13 происходит проталкивание нагрузочного средства 2 между оправкой 13 и роликом 1, при этом выступы 14, проходя между оправкой 13 и роликом 1 создают силовое динамическое нагружение на оправку 13 и ролик 1 и, соответственно, на неподвижную основу 6. Силовое динамическое нагружение приводит к колебаниям упругой конструктивной системы токарного станка. Колебания системы фиксируются двумя бесконтактными датчиками 3, сигналы от которых поступают на средства 4 сбора и обработки информации, например, компьютер. Так как датчики 3 установлены под углом 90°, то на средствах 4 и 5 строится траектория перемещения оси шпинделя в плоскости перпендикулярной оси шпинделя. Кроме того при прохождении нагрузочного средства 2 между оправкой 13 и роликом 1 происходит упругая деформация тензометрического датчика 10, сигнал от которого после усиления в усилителе 12 поступает средства 4 и 5, где записывается кривая изменения силового динамического нагружения во времени. Полученные сигналы от тензометрического датчика 10 и бесконтактных датчиков 3 перемещения обрабатываются на средстве 4 и посредством заданной программы обрабатываются. В результате чего на средстве 5 визуализации строятся траектории оси шпинделя, по которым определяются основные параметры колебания упругой системы станка: частота, амплитуда и фаза и производится построение амплитудночастотной и фазочастотной характеристик.

Фиг.1

Полезная модель относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности, к измерительному оборудованию, а именно к устройствам для измерения динамических характеристик на токарных станках.

Наиболее близким по технической сущности из уровня техники является устройство, содержащее два датчика относительных колебаний. Один из датчиков закреплен на резцедержателе, а другой на упругой пластине, которая прижимается к поверхности заготовки. Сигналы от датчиков через усилитель подаются на компьютер (Н.А.Кочинев, «Автоматизированные динамические испытания станков», Методические рекомендации, М., ЭНИМС, 1990 г., стр.33).

К недостаткам известного технического решения следует отнести тот факт, что измерение динамических характеристик производится только на холостом ходу, то есть отсутствует динамическое возбуждение, возникающее от силы резания, что не соответствует реальной обработке, когда при снятии стружки возникает динамическая составляющая силы резания.

Технической задачей заявленной полезной модели является повышение достоверности и точности динамических характеристик за счет того, что предлагаемое устройство позволяет снимать динамические характеристики максимально приближенные к тем, которые возникают в процессе реального резания, посредством обеспечения силового динамического воздействия на измерительное оборудование в процессе его работы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, устройство для измерения динамических характеристик, организовано из последовательно расположенных опорного средства, выполненного в виде ролика, установленного на неподвижной основе с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, нагрузочного средства, консольно закрепленной цилиндрической оправки и средств сбора информации, при этом нагрузочное средство выполнено в виде расклинивающего элемента с установочной и рабочей частью, расположенного установочной частью с предварительным натягом между опорным средством и свободной от средств крепления торцевой зоной оправки, функционально обеспечивающее динамическое воздействие на упомянутую зону оправки при перемещении на технологически регламентированное расстояние посредством поворота последней, а средства съема информации выполнены в виде, по - меньшей мере, двух бесконтактных датчиков перемещения, расположенных в ортогональных плоскостях в зоне воздействия нагрузочного средства на оправку.

Целесообразно расклинивающий элемент выполнять в виде призмы, при этом его рабочую часть выполнять в форме «ласточкин хвост».

Оптимально расклинивающий элемент выполнять с тензометрическим датчиком в виде упругого элемента замкнутой формы.

Устройство для измерения динамических характеристик на токарных станках поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 изображена схема устройства измерения динамических характеристик на токарных станках;

- на фиг.2 изображено нагрузочное средство.

Устройство содержит опорное средство, которое выполнено в виде ролика 1, установленного с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, нагрузочное средство 2, средства съема информации, выполненные в виде, по - меньшей мере, двух бесконтактных датчиков 3 перемещения, расположенных в ортогональных плоскостях и средств 4 сбора и обработки информации и средства 5 визуализации обработанной информации. Ролик 1 установлен на основании 6, а нагрузочное средство 2 выполнено в виде расклинивающего элемента с установочной и рабочей 7 частью форме «ласточкин хвост», функционально обеспечивающее динамическое воздействие на конструкции устройства при измерении.

Нагрузочное средство 2 в данном случае выполнено в виде сборной посредством винтов 8 призмы. Винтами 9 фиксируется тензометрический датчик 10, который расположен внутри рабочей части нагрузочного средства 2 и выполнен в виде упругого элемента замкнутой формы с контактами 11. Устройство также снабжено усилителем 12 и консольно закрепленной в шпинделе станка (на чертеже не показан) цилиндрическая оправкой 13 (обрабатываемой деталью).

Устройство для измерения динамических характеристик на токарных станках работает следующим образом.

При включении токарного станка цилиндрическая оправка 13 начинает вращаться. Основание 6 перемещают таким образом, чтобы ролик 1 находился от поверхности оправки 13 на расстоянии соответствующем ширине установочной части нагрузочного средства 2, при этом должен быть обеспечен небольшой натяг. При повороте оправки 13 происходит проталкивание нагрузочного средства 2 между оправкой 13 и роликом 1, при этом выступы 14, проходя между оправкой 13 и роликом 1 создают силовое динамическое нагружение на оправку 13 и ролик 1 и, соответственно, на основание 6.

Силовое динамическое нагружение приводит к колебаниям упругой конструктивной системы токарного станка. Колебания системы фиксируются двумя бесконтактными датчиками 3, сигналы от которых поступают на средства 4 сбора и обработки информации, например, компьютер. Так как датчики 3 установлены под углом 90°, то на средствах 4 и 5 строится траектория перемещения оси шпинделя в плоскости перпендикулярной оси шпинделя. Кроме того при прохождении нагрузочного средства 2 между оправкой 13 и роликом 1 происходит упругая деформация тензометрического датчика 10, сигнал от которого после усиления в усилителе 12 поступает средства 4 и 5, где записывается кривая изменения силового динамического нагружения во времени.

Полученные сигналы от тензометрического датчика 10 и бесконтактных датчиков 3 перемещения обрабатываются на средстве 4 и посредством заданной программы обрабатываются.

В результате чего на средстве 5 визуализации строятся траектории оси шпинделя, по которым определяются основные параметры колебания упругой системы станка: частота, амплитуда и фаза и производится построение амплитудночастотной и фазочастотной характеристик.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для измерения динамических характеристик на токарных станках и может быть отнесен к области измерительной техники;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Устройство для измерения динамических характеристик, организованное из последовательно расположенных опорного средства, выполненного в виде ролика, установленного на основании с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, нагрузочного средства, консольно закрепленной цилиндрической оправки и средств сбора информации, при этом нагрузочное средство выполнено в виде расклинивающего элемента с установочной и рабочей частью, расположенного установочной частью с предварительным натягом между опорным средством и свободной от средств крепления торцевой зоной оправки, функционально обеспечивающее динамическое воздействие на упомянутую зону оправки при перемещении на технологически регламентированное расстояние посредством поворота последней, а средства съема информации выполнены в виде, по меньшей мере, двух бесконтактных датчиков перемещения, расположенных в ортогональных плоскостях в зоне воздействия нагрузочного средства на оправку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расклинивающий элемент выполнен в виде призмы, при этом его рабочая часть выполнена в форме «ласточкин хвост».

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что расклинивающий элемент выполнен с расположенным внутри своей рабочей части тензометрическим датчиком в виде упругого элемента замкнутой формы.