RU227755U1

RU227755U1 - CUT-OFF CUTTER

Info

Publication number: RU227755U1
Application number: RU2023136011U
Authority: RU
Inventors: Данила Сергеевич Субботин; Владислав Сергеевич Субботин; Евгений Михайлович Фролов; Дмитрий Вадимович Крайнев; Ольга Александровна Макарова; Ксения Романовна Федорова; Илья Владимирович Литвинов
Filing date: 2023-12-29
Publication date: 2024-08-01

Abstract

Полезная модель относится к области металлообработки и может быть использована в машиностроительном производстве для определения составляющих силы резания при точении. Отрезной резец содержит державку со сменной режущей пластиной, закрепленной посредством винта, причем в державке выполнены отверстие и гнезда, в которых соответственно установлены тензодатчики радиальной силы резания, осевой силы резания и тангенциальной силы резания. При этом все тензодатчики подключены посредством проводника к размещенным в державке автономному источнику питания и приемо-передающему радиоузлу. Использование полезной модели позволяет повысить точность измерения сил резания при обработке и тем самым повысить срок службы резца. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to the field of metalworking and can be used in mechanical engineering to determine the components of the cutting force during turning. A parting cutter comprises a holder with a replaceable cutting plate secured by means of a screw, wherein an opening and sockets are made in the holder, in which strain gauges of the radial cutting force, axial cutting force and tangential cutting force are respectively installed. In this case, all strain gauges are connected by means of a conductor to an autonomous power source and a radio transmitting and receiving unit located in the holder. The use of the utility model makes it possible to increase the accuracy of measuring cutting forces during processing and thereby increase the service life of the cutter. 1 c.p. fils, 6 figs.

Description

Полезная модель относится к области определения параметров для повышения стойкости резцов при точении и может быть использована в машиностроительном производстве, в высших учебных заведениях, научных центрах для определения составляющих силы резания при точении.The utility model relates to the field of determining parameters for increasing the durability of cutters during turning and can be used in mechanical engineering, in higher educational institutions, and research centers to determine the components of cutting force during turning.

Известен резец с механическим креплением режущей пластины (Патент РФ №2656905, МПК: В23В27/16, опубл. 07.06.2018 г.), состоящий из державки с посадочным гнездом, опорной пластины, режущей пластины, клин-прихват, винт для закрепления клин-прихвата и базирующие поверхности, прилегающие к посадочному гнезду и расположенные параллельно главной и вспомогательной задним поверхностям режущей пластины с возможностью плотного контакта с ними.A cutter with a mechanical fastening of the cutting plate is known (Patent of the Russian Federation No. 2656905, IPC: B23B27/16, published on June 7, 2018), consisting of a holder with a seat, a support plate, a cutting plate, a wedge clamp, a screw for fixing the wedge clamp and basing surfaces adjacent to the seat and located parallel to the main and auxiliary rear surfaces of the cutting plate with the possibility of tight contact with them.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности определения трех составляющих сил резания. Недостаточный контроль в процессе обработки заготовки может привести к перегреву режущего инструмента и вследствие чего к ускоренному износу режущей пластины, из-за этого ухудшается качество обработки, а также появляется риск выхода из строя оборудования, посредством которого выполняется обработка.The disadvantage of this design is the lack of ability to determine the three components of cutting forces. Insufficient control during the processing of the workpiece can lead to overheating of the cutting tool and, as a result, to accelerated wear of the cutting plate, which deteriorates the quality of processing, and there is a risk of failure of the equipment by which the processing is performed.

Известен резец с механическим креплением режущей пластины (Патент РФ №2197359, МПК: B23B 27/04), выполненный в виде резец с механическим креплением режущей пластины, содержащий корпус, в V-образном гнезде которого установлена режущая пластина с V-образным выступом, закрепленная с помощью прихвата и прижимного винта, причем боковые стенки гнезда корпуса и грани выступа режущей пластины в продольном направлении выполнены под углом, равным углу при вершине резца.A cutter with a mechanical fastening of the cutting plate is known (Patent of the Russian Federation No. 2197359, IPC: B23B 27/04), made in the form of a cutter with a mechanical fastening of the cutting plate, comprising a body, in the V-shaped socket of which a cutting plate with a V-shaped protrusion is installed, secured with the help of a clamp and a clamping screw, wherein the side walls of the body socket and the edges of the protrusion of the cutting plate in the longitudinal direction are made at an angle equal to the angle at the top of the cutter.

Главным недостатком устройства является частые поломки и необходимость в частой смене режущей пластины, поскольку в процессе резания происходит налипание материала заготовки на режущие кромки пластины, а также при неправильно назначенных режимах резания (их назначают на основе расчетов) происходит перегрев или пластина ломается. Невозможно выполнить полный контроль процесса резания, что приводит к неудовлетворительным результатам и отражается на качестве производимой продукции. The main disadvantage of the device is frequent breakdowns and the need for frequent replacement of the cutting plate, since during the cutting process the workpiece material sticks to the cutting edges of the plate, and also when the cutting modes are incorrectly assigned (they are assigned based on calculations), overheating occurs or the plate breaks. It is impossible to fully control the cutting process, which leads to unsatisfactory results and affects the quality of the manufactured products.

Наиболее близким является устройство контроля износа и прогнозирования остаточной стойкости режущего инструмента для системы чпу станка (патент РФ №2417140, МПК: B23B 25/06, B23Q 17/09, опубл. 27.04.2011 г.), которое содержит тензодатчики для измерения составляющих сил резания, установленные на резце.The closest is a device for monitoring wear and predicting the residual durability of a cutting tool for a CNC machine system (RU Patent No. 2417140, IPC: B23B 25/06, B23Q 17/09, published on 27.04.2011), which contains strain gauges for measuring the components of cutting forces, installed on the cutter.

Недостатком данного устройства является то, что тензодатчики устанавливаются на режущий инструмент снаружи, вследствие чего возникает необходимость в особом креплении для режущего инструмента, поскольку провода тензодатчиков будут проходить по державке снаружи, а также необходима изоляция проводов тензодатчиков от рабочей зоны резания. Крепление тензодатчиков на наружной поверхности резца способствует появлению большой погрешности и ошибки в получаемых от датчиков данных, поскольку они будут улавливать не только составляющие сил резания, а также и вибрации от самого станка и ударных нагрузок в процессе резания. The disadvantage of this device is that the strain gauges are installed on the cutting tool from the outside, which requires a special fastening for the cutting tool, since the strain gauge wires will pass along the holder from the outside, and it is also necessary to isolate the strain gauge wires from the cutting work area. Fastening the strain gauges on the outer surface of the cutter contributes to the appearance of a large error and mistake in the data received from the sensors, since they will capture not only the components of the cutting forces, but also vibrations from the machine itself and impact loads during the cutting process.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента. The technical result is an increase in the durability of the cutting tool.

Технический результат достигается тем, что отрезной резец, содержит державку со сменной режущей пластиной, закрепленной посредством винта, и расположенные на державке тензодатчик тангенциальной силы резания, тензодатчик осевой силы резания и тензодатчик радиальной силы резания, подключенные через проводник к автономному источнику питания и приемо-передающему узлу, причем державка выполнена с расположенным в ее нижней части гнездом, в котором установлен тензодатчик тангенциальной силы резания, и с расположенными на ее левом торце гнездом и отверстием, в которых установлены соответственно тензодатчик осевой силы резания и тензодатчик радиальной силы резания, при этом упомянутые источник питания и узел установлены в державке. The technical result is achieved in that the cutting tool comprises a holder with a replaceable cutting plate secured by means of a screw, and a tangential cutting force strain gauge, an axial cutting force strain gauge and a radial cutting force strain gauge located on the holder, connected via a conductor to an autonomous power source and a transmitting and receiving unit, wherein the holder is made with a socket located in its lower part, in which the tangential cutting force strain gauge is installed, and with a socket and an opening located on its left end, in which the axial cutting force strain gauge and the radial cutting force strain gauge are installed, respectively, wherein the said power source and unit are installed in the holder.

Отрезной резец характеризуется тем, что приемо-передающий узел выполнен в виде радиоузла.The cutting cutter is characterized by the fact that the receiving and transmitting unit is made in the form of a radio unit.

Установка тензодатчиков в державке резца позволяет измерять осевую, радиальную и тангенциальную силы резания непосредственно в процессе обработки заготовки. Изменения в значениях сил, действующих на режущий инструмент в процессе резания, может свидетельствовать о неоднородность в обрабатываемом материале (брак в самой заготовке), неправильно назначенных режимах резания (обычно назначаются на основе расчетов и не меняются в течение всего технологического цикла, либо изменяют при визуальной оценке полученного брака), перегрев обрабатываемой заготовки или режущей пластины инструмента и, как следствие, налипание материала на режущие кромки обрабатываемого инструмента или его преждевременное затупление, все это приводит к повышенному износу режущего инструмента. Оперативное выявление изменений значений сил резания, действующих на режущий инструмент, позволит своевременно не только выявить повышение или любое другое изменение нагрузки в процессе резания, но и позволит своевременно внести корректировки в режимы резания до появления брака в партии готового изделия и предотвратит преждевременный износ режущего инструмента, что позволяет увеличить стойкость и время безотказной работы самого режущего инструмента. Используя данные об изменении в составляющих сил резания, полученных от тензодатчиков, появляется возможность для более точной и необходимой оптимизации режимов резания (зачастую неправильно назначенные режимы резания ведут к браку в партии готовых изделий, но этот брак нельзя выявить пока обработка не закончится), возникающей непосредственно в самом процессе резания, путем своевременной автоматической или механической (например, ручной) регулировки параметров резания. Постоянный контроль, посредством тензодатчиков, за изменениями значений составляющих сил резания позволит предотвратить перегрев в зоне резания, налипание обрабатываемого материала на режущие кромки, злом режущей кромки режущей пластины, благодаря возможности своевременно определить отклонения в процессе резания и внести корректировки в режимы резания. В свою очередь это напрямую влияет на повышение стойкости режущего инструмента, вследствие чего увеличивается время безотказной службы инструмента, уменьшается количество пластин, требующих замены в виду чего, повышается эффективность производства. Применение тензодатчиков для определения трех составляющих сил резания позволяет создать комплексную систему для оптимизации процесса резания и повышения стойкости режущего инструмента.Installing strain gauges in the tool holder allows measuring axial, radial and tangential cutting forces directly during the workpiece processing. Changes in the values of forces acting on the cutting tool during cutting may indicate non-uniformity in the material being processed (defects in the workpiece itself), incorrectly assigned cutting modes (usually assigned based on calculations and do not change during the entire technological cycle, or are changed during a visual assessment of the resulting defect), overheating of the workpiece or cutting plate of the tool and, as a result, sticking of the material to the cutting edges of the tool being processed or its premature blunting, all this leads to increased wear of the cutting tool. Prompt detection of changes in the values of cutting forces acting on the cutting tool will allow not only to promptly detect an increase or any other change in the load during the cutting process, but will also allow timely adjustments to the cutting modes before defects appear in a batch of finished products and prevent premature wear of the cutting tool, which increases the durability and trouble-free operation time of the cutting tool itself. Using data on changes in the components of cutting forces obtained from strain gauges, it becomes possible to more accurately and necessaryly optimize cutting modes (often incorrectly assigned cutting modes lead to defects in a batch of finished products, but this defect cannot be detected until the processing is completed) that occur directly in the cutting process itself, by timely automatic or mechanical (e.g. manual) adjustment of the cutting parameters. Continuous monitoring, by means of strain gauges, of changes in the values of the components of cutting forces will prevent overheating in the cutting zone, sticking of the workpiece to the cutting edges, evil of the cutting edge of the cutting plate, due to the ability to timely determine deviations in the cutting process and make adjustments to the cutting modes. In turn, this directly affects the increase in the durability of the cutting tool, as a result of which the trouble-free service life of the tool increases, the number of plates requiring replacement decreases, as a result of which production efficiency increases. The use of strain gauges to determine the three components of cutting forces allows you to create a comprehensive system for optimizing the cutting process and increasing the durability of the cutting tool.

Позиции расположения тензодатчиков определены исходя из максимальной деформации, возникающей при действии составляющих силы резания, что позволяет достичь более корректной работы тензодатчиков, что повышает точности измерения составляющих силы резания. А также дает возможность достичь минимальную температурную погрешность, повысить точность измерения составляющих сил резания, благодаря возможности работы всех датчиков одновременно и при постоянных условиях, непосредственно в процессе резания. The positions of the strain gauges are determined based on the maximum deformation that occurs when the cutting force components act, which allows for more correct operation of the strain gauges, which increases the accuracy of measuring the cutting force components. It also makes it possible to achieve a minimum temperature error, increase the accuracy of measuring the cutting force components, due to the ability to operate all the sensors simultaneously and under constant conditions, directly during the cutting process.

Тангенциальная составляющая силы резания действует по направлению главного движения и направлена вниз (по оси «Z»), действие данной силы оказывает существенную нагрузку на резец (например, изгиб державки под действием данной силы резания). Следовательно, размещение тензодатчика тангенциальной силы резания в нижней части державки, ближе к голове резца, в зоне наибольшей нагрузки по оси «Z», позволяет наиболее точно измерить величину тангенциальной составляющей силы резания.The tangential component of the cutting force acts in the direction of the main movement and is directed downwards (along the "Z" axis), the action of this force exerts a significant load on the cutter (for example, bending of the holder under the action of this cutting force). Therefore, placing the tangential cutting force strain gauge in the lower part of the holder, closer to the cutter head, in the zone of the greatest load along the "Z" axis, allows the most accurate measurement of the tangential component of the cutting force.

Радиальная составляющая силы резания направлена перпендикулярно оси вращения (по оси «Y») обрабатываемой заготовки. Она оказывает влияние на вибрации, возникающие в процессе резания, отжимает резец от заготовки, а также может вызвать продольный изгиб державки. Использование тензодатчика радиальной силы резания позволяет более точно измерить значение силы, за счет размещения в отверстии, в направлении действия радиальной силы резания.The radial component of the cutting force is directed perpendicular to the axis of rotation (along the "Y" axis) of the workpiece. It affects the vibrations that occur during the cutting process, presses the cutter away from the workpiece, and can also cause longitudinal bending of the holder. Using a radial cutting force strain gauge allows for more accurate measurement of the force value, due to its placement in the hole, in the direction of the radial cutting force.

Осевая составляющая силы резания действует параллельно оси вращения заготовки (по оси «X») и противоположна направлению подачи. Оказывает влияние на износ деталей механизма подачи станка. Установка тензодатчика на левом торце державки, дает возможность получить более точные значения, поскольку измерение проводится по направлению действия осевой силы резания.The axial component of the cutting force acts parallel to the axis of rotation of the workpiece (along the "X" axis) and opposite to the feed direction. It affects the wear of the machine feed mechanism parts. Installing a strain gauge on the left end of the holder makes it possible to obtain more accurate values, since the measurement is carried out in the direction of the axial cutting force.

Данные об изменении значений составляющих сил резания получают в течение всего технологического цикла, что позволит контролировать процесс обработки и своевременно вносить корректировки. Таким образом, позволит обеспечить заданные характеристики обрабатываемой поверхности и заданный период стойкости инструмента.Data on changes in the values of the cutting force components are obtained throughout the entire technological cycle, which will allow monitoring the processing process and making timely adjustments. Thus, it will ensure the specified characteristics of the processed surface and the specified period of tool durability.

Применение тензодатчиков, оснащенных автономными источниками питания и приемо-передающими радиоузлами с антеннами, обеспечивает автономную работу устройства: избавляет от необходимости подключения к внешним устройствам, что повышает безопасность использования отрезного резца в агрессивной среде рабочей зоны станка (отсутствие проводника, подключенного к внешнему источнику питания в зоне резания, исключение необходимости нахождения человека в непосредственной близости с устройством - полученные данные передаются в автоматическом режиме на блоки сбора информации). Кроме этого, за счет возможности передачи данных в автоматическом режиме исключает человеческий фактор, что повышает точность измерения.The use of strain gauges equipped with autonomous power sources and radio transceivers with antennas ensures autonomous operation of the device: eliminates the need to connect to external devices, which increases the safety of using a cutting tool in an aggressive environment of the machine's working area (the absence of a conductor connected to an external power source in the cutting area, eliminating the need for a person to be in close proximity to the device - the received data is transmitted automatically to the data collection units). In addition, due to the ability to transmit data automatically, it eliminates the human factor, which increases the accuracy of measurement.

На фиг. 1 - представлен общий вид отрезного резца. Fig. 1 shows a general view of a parting cutter.

На фиг. 2 - представлен вид отрезного резца слева.Fig. 2 shows a view of the parting cutter from the left.

На фиг. 3 - представлен вид отрезного резца снизу.Fig. 3 shows a view of the cutting tool from below.

На фиг. 4 - представлено сечение по тангенциальному и осевому тензодатчикам.Fig. 4 shows a section through the tangential and axial strain gauges.

На фиг. 5 - представлено сечение по радиальному тензодатчику.Fig. 5 shows a section through a radial strain gauge.

На фиг. 6 - представлено сечение по тангенциальному датчику справа.Fig. 6 shows a section along the tangential sensor on the right.

Отрезной резец содержит державку 1 со сменной режущей пластиной 2. Сменная режущая пластина 2 закреплена в режущей части резца рычагом 3, посредством винта 4.The cut-off cutter contains a holder 1 with a replaceable cutting plate 2. The replaceable cutting plate 2 is secured in the cutting part of the cutter by a lever 3, by means of a screw 4.

В державке 1 выполнены отверстие (углубление на 16 мм) 5 и гнезда (углубление на 5 мм) 6. В отверстии 5 установлен тензодатчик радиальной силы резания 7, для измерения составляющей силы резания. В гнездах 6 установлены тензодатчик осевой силы резания 8 и тензодатчик тангенциальной силы резания 9.In the holder 1, a hole (16 mm deepening) 5 and sockets (5 mm deepening) 6 are made. In the hole 5, a radial cutting force strain gauge 7 is installed for measuring the cutting force component. In the sockets 6, an axial cutting force strain gauge 8 and a tangential cutting force strain gauge 9 are installed.

Гнездо 6 тензодатчика тангенциальной силы резания 9, для измерения составляющей силы резания, направленной по оси «Z», выполнено в нижней части (снизу) державки 1, ближе к головке резца. Отверстие 5 тензодатчика радиальной силы резания 7 выполнено на левом торце державки 1 и углублено до места наибольшей нагрузки по оси «Y». Гнездо 6 тензодатчика осевой силы резания 8 выполнено на левом торце державки 1, перед отверстием тензодатчика радиальной силы резания, в месте наибольшей нагрузки по оси «X». The socket 6 of the tangential cutting force strain gauge 9, for measuring the cutting force component directed along the "Z" axis, is made in the lower part (bottom) of the holder 1, closer to the cutter head. The opening 5 of the radial cutting force strain gauge 7 is made on the left end of the holder 1 and is deepened to the place of the greatest load along the "Y" axis. The socket 6 of the axial cutting force strain gauge 8 is made on the left end of the holder 1, in front of the opening of the radial cutting force strain gauge, at the place of the greatest load along the "X" axis.

Для измерения трех составляющих сил резания все тензодатчики 7, 8 и 9 подключены через проводник 10 к автономному источнику питания 11 и приемо-передающему радиоузлу 12 с антеннами 13, размещенными в державке 1.To measure the three components of cutting forces, all strain gauges 7, 8 and 9 are connected via conductor 10 to an autonomous power source 11 and a radio transmitting and receiving unit 12 with antennas 13 located in holder 1.

Пример работы устройства. Example of the device operation.

Отрезной резец устанавливают в резцедержателе станка.The cutting tool is installed in the tool holder of the machine.

В процессе резания на резец действуют три составляющие силы резания. В свою очередь тензодатчик тангенциальной силы резания 9 фиксирует изменение действующего на резец усилия, направленного по оси «Z» и, преобразуя его в электрический сигнал, передает данные через проводник 10 на приемо-передающий радиоузел 12. Приемо-передающий радиоузел 12 передает полученный сигнал на приемное устройство посредством антенны 13. During the cutting process, three cutting force components act on the cutter. In turn, the tangential cutting force strain gauge 9 records the change in the force acting on the cutter, directed along the "Z" axis and, converting it into an electrical signal, transmits the data via the conductor 10 to the receiving and transmitting radio unit 12. The receiving and transmitting radio unit 12 transmits the received signal to the receiving device via the antenna 13.

Тензодатчик радиальной силы резания 7, расположенный в отверстии на левой части державки 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «Y» и, преобразуя его в электрический сигнал, передает данные на приемо-передающий радиоузел 12. Приемо-передающий радиоузел 12 передает полученный сигнал на приемное устройство посредством антенны 13. The radial cutting force strain gauge 7, located in the hole on the left side of the holder 1, records the change in the acting force directed along the “Y” axis and, converting it into an electrical signal, transmits the data to the receiving and transmitting radio unit 12. The receiving and transmitting radio unit 12 transmits the received signal to the receiving device via the antenna 13.

Тензодатчик осевой силы резания 8, расположенный на левом торце державки 1, фиксирует изменение действующего усилия, направленного по оси «X» и, преобразуя его в электрический сигнал, передает данные на приемо-передающий радиоузел 12. Приемо-передающий радиоузел 12 передает полученный сигнал на приемное устройство посредством антенны 13. The axial cutting force strain gauge 8, located on the left end of the holder 1, records the change in the acting force directed along the "X" axis and, converting it into an electrical signal, transmits the data to the receiving and transmitting radio unit 12. The receiving and transmitting radio unit 12 transmits the received signal to the receiving device via the antenna 13.

Благодаря источнику питания 11, приемо-передающий радио-модуль 12 и тензодатчики 7, 8 и 9 получают энергию для процесса преобразования показаний с тензодатчиков и передают их с помощью антенны 13 на блок управления и сбора информации. Полученные со всех тензодатчиков показания обрабатываются оператором и, в случае отклонения показаний от нормы, оператор оперативно и своевременно вносит изменения в режимы резания для предотвращения поломки режущего инструмента, увеличивая, таким образом, период стойкости и время безотказной работы резца.Thanks to the power source 11, the receiving and transmitting radio module 12 and strain gauges 7, 8 and 9 receive energy for the process of converting the readings from the strain gauges and transmit them via the antenna 13 to the control and data collection unit. The readings received from all strain gauges are processed by the operator and, in the event of readings deviating from the norm, the operator promptly and promptly makes changes to the cutting modes to prevent breakage of the cutting tool, thus increasing the service life and the time of trouble-free operation of the cutter.

Таким образом, использование отрезного резца, содержащего державку со сменной режущей пластиной, закрепленной посредством винта, тензодатчик радиальной силы резания, тензодатчик осевой силы резания, тензодатчик тангенциальной силы резания, проводник, автономный источник питания и приемо-передающему радиоузлу, позволяет повысить стойкости режущего инструмента. Thus, the use of a cutting tool containing a holder with a replaceable cutting plate secured by a screw, a radial cutting force strain gauge, an axial cutting force strain gauge, a tangential cutting force strain gauge, a conductor, an autonomous power source and a radio transceiver unit makes it possible to increase the durability of the cutting tool.

Claims

1. A parting tool comprising a holder with a replaceable cutting plate secured by means of a screw, and a tangential cutting force strain gauge, an axial cutting force strain gauge and a radial cutting force strain gauge located on the holder, connected via a conductor to an autonomous power source and a transmitting and receiving unit, characterized in that the holder is made with a socket located in its lower part, in which the tangential cutting force strain gauge is installed, and with a socket and an opening located on its left end, in which the axial cutting force strain gauge and the radial cutting force strain gauge are installed, respectively, wherein the said power source and unit are installed in the holder.

2. A cutting tool according to item 1, characterized in that the receiving and transmitting unit is made in the form of a radio unit.