Анализ состояния режущего инструмента во время обработки

Внедрение: 2020 г.

Пути повышения эффективности режущего инструмента показывают исследования напряжения-деформации и температуры. Рассмотренные в работе [1] методы исследования включают в себя регистрацию полей боковых деформаций режущего инструмента с помощью лазерной интерферометрии, разделение полей деформации, вызванных силами резания и нагревом, а также расчет напряженно-деформационных и температурных полей.

Принципиальная схема экспериментальной установки, используемой для тестирования предлагаемых авторами методов, показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки.

Горизонтальный линейно-поляризованный лазерный луч от источника (1) проходит через расширитель луча (2), поворотное зеркало (3), кубический луч-делитель (4) и четвертьволновую пластинку (5). Затем он становится поляризованным по кругу и сталкивается с интерферометром, который образован оптическим клином (6) и полированной боковой поверхностью (7) режущего инструмента (8). Оптический клин и инструмент жестко зафиксированы друг относительно друга держателем инструмента (9), который закреплен в многомерном динамометре (10). Свет, отраженный от поверхности клина, образует опорный луч. Измерительный луч формируется светом, прошедшим через клин и отраженным от инструмента. После отражения оба луча меняют свою поляризацию и рекомбинируют. Результирующий луч проходит обратно через четвертьволновую пластину, приобретает вертикальную линейную поляризацию и попадает на светоделитель, где отражается в направлении линзы камеры (11). Картины интерференционных полос, записанные высокоскоростной камерой (12), и сигнал динамометра, преобразованный АЦП E14‑440 (13) с усилителем (14), сохранялись на компьютере (15).

На рисунке 2 показана экспериментальная установка, размещённая на обычном токарном станке с регулируемым приводом шпинделя. Усилитель тензодатчика RDP621, подключенный к АЦП E14‑440, был помещен на основание, рядом с динамометром.

Рисунок 2. Экспериментальная установка на токарном станке.

На рисунке 3 представлены интерференционные картины, снятые камерой (а) до T₀ = 20 ºС, (b) в процессе резки и (c) сразу после прерывания резки.

Рисунок 3. Изображения интерференционных полос, записанные (а) до, (b) в процессе и (c) сразу после прерывания резки.

Разработанные экспериментальные методы применимы в реальных условиях резания и могут быть использованы для термического анализа и анализа напряженно-деформированного состояния инструмента, состоящего из реального режущего материала, в том числе в нестационарных условиях во время его работы из-за использования высокоскоростной цифровой камеры.

Источник:
I A Efimovich and I S Zolotukhin 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 966 012137

Разработчик: Ефимович И.А., Золотухин И.С. (Тюменский индустриальный университет, Институт промышленной технологии и инжиниринга, г. Тюмень)