В револьверной головке

Пьезоэлектрический датчик удлинения, показанный на рис. 6.42, позволяет определить силы резания путем измерения деформаций деталей станка, воспринимающих эти силы. Место закрепления датчика выявляется экспериментальным путем. Оно является звеном силового замыкания в станке, существенно деформируемым от действия силы резания.

При установке датчика не требуется конструктивных доработок в узлах станка. Устройство привинчивается винтом 1, например, к корпусу шпиндельной бабки 2. Растяжение или сжатие на определенной длине измерения l за счет сил трения в поверхностях контакта 4создает в пьезоэлементе 3напряжения сдвига и электрический

заряд, пропорциональный силе.

036

Контроль состояния режущего инструмента реализуется путем получения измерительной информации от двух датчиков удлинения, один из которых должен измерять силу подачи инструмента, а другой — силу отжатия резца от заготовки.

С помощью датчиков удлинения помимо износа инструмента определяют его поломку и аварийные столкновения в станке.

Пьезоэлектрический распорный дюбельприменяется для тех же целей. Он вставляется в отверстие корпусной детали станка и деформируется вместе с деталью. Внутри дюбеля помещен пьезоэлемент.

Это простейшее конструктивное решение датчика позволяет в ряде случаев получить необходимую информацию об изменении сил резания вследствие износа инструмента. На рис. 6.43 показаны два варианта дюбеля и их монтажа в корпусной детали станка.

037

5. Колебания при резании

При резании возникают колебания различной частоты, амплитуды и интенсивности. Они оказывают влияние на процесс стружкообразования, качество обработанной детали и работоспособность режущего инструмента.

При определенных условиях резания и значениях амплитудно-частотных характеристик колебания благоприятны, так как облегчают пластическое деформирование обрабатываемого материала при стружкообразовании.

В других интервалах этих характеристик колебания могут привести к усталостному выкрашиванию режушей части инструмента, интенсивному изнашиванию, а иногда и к поломке.

Колебания используются для диагностирования состояния процесса резания и инструмента.

Диагностика основана на измерении при резании параметров колебании элементов упругой системы станка в широком частотном диапазоне.

Колебания условно разделяют на три диапазона частот:

низкочастотный, частота до I кГц;

среднечастотный от 1 кГц до 50—80 кГц;

высокочастотный — свыше 80—100 кГц.

Среднечастотные колебания обычно называют виброакустическими (ВА), а высокочастотные — акустической эмиссией (АЭ).

Источниками возбуждения низкочастотных колебаний упругой технологической системы являются различные периодические процессы:

— биение вращающихся тел (шпинделя, зубчатых колес и др.);

— прерывистость процесса резания, например при фрезеровании;

— периодичность образования элементов стружки и нароста.

Процессы, порождающие виброакустические волны, зависят от большого числа различных факторов: от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, макро и микрогеометрии инструмента, динамических характеристик упругой технологической системы, режимов резания и др.

Изменение хотя бы одного из перечисленных факторов приводит к изменению параметров виброакустического сигнала.

Датчики колебания — акселерометры

Колебания, возникающие при резании, регистрируются с помощью датчиков колебания — акселерометров, основанных на использовании пьезоэлектрического эффекта.

Датчик преобразует в электрический сигнал ускорение колебательных движений инструмента или той части станка, на которой установлен.

Он состоит из трех основных компонентов: корпуса, пьезоэлемента и так называемой ≪сейсмической массы≫ — груза (рис. 6.47).

038

В корпусе датчика 1 закрепляется пьезоэлектрический элемент 2. На пружинах 4 подвешен груз 3, имеющий массу m.

При закреплении корпуса на колеблющемся объекте, например на резцедержателе, и перемещении корпуса вместе с резцедержателем в колебательном движении груз 3 будет воздействовать через пружину 4 с силой инерции F на пьезоэлемент 2.

Пьезоэлемент будет деформироваться, согласно второму закону Ньютона, силой, равной произведению массы груза т на ее ускорение а: F = - та.

Знак минус показывает, что вектор силы направлен противоположно ускорению.

Величина электрического заряда на гранях пьезокристалла и величина электрического напряжения между противоположными гранями будет изменяться пропорционально ускорению колебательных движений, т. е. механические колебания будут отображаться колебаниями электрического тока. Регистрируется электрический сигнал с помощью измерительного комплекса 5.

Типовая конструкция пьезодатчика акустической эмиссии схематично показана на рис. 6.48.

038

Пьезоэлемент 1 из искусственной пьезокерамики, поляризованной по толщине, опирается на изолирующую его от корпуса 3пластмассовую шайбу 2.

К посеребренной поверхности керамики подпаян проводник 5, через который электрические заряды подаются на токосъемник 4, закрепленный на текстолитовой шайбе 6. Другая поверхность керамики соединяется с корпусом.

Широко распространенные пьезоэлементы на основе пьезокерамики ЦТС-19 показывают

высокую чувствительность и возможность регистрировать переменныедеформации малых величин.

Недостаткомих является высокая хрупкость.

В настоящее время находят применение пленочные пьезоэлектрические датчики на основе многослойной пьезоэлектрической полимерной пленки.

Эластичную пленку можно резать, гнуть, ее закрепляют на подложке и присоединяют к ней инерционную массу.

При изменении скорости движения в результате действия инерционных сил происходит деформация пленки. Благодаря пьезоэффекту возникает разность потенциаловна граничных слоях пленки, зависящая от ускорения.

Датчики различают по различным частотам колебаний, воспринимаемых ими.

Для получения информативного сигнала колебаний важно правильно определить место установки датчика.

Критерием правильности выбора места может быть наибольшая разница между уровнем сигнала в процессе резания и на холостом ходу станка.