Актуальные проблемы в машиностроении том 4 №4

Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 4. 2017

Technological Equipment, Machining

Attachments and Instruments

____________________________________________________________________

Теория

Для измерения сил резания могут применяться как пьезо-, так и тензо- датчики [5]. К

преимуществам тензодатчиков можно отнести возможность полноценных статических изме-

рений, стабильность при изменениях температуры и линейность. Для измерения быстроиз-

меняющихся сил рациональнее применять пьезоэлектрические датчики, так как они облада-

ют высокой жесткостью, очень малой деформацией при нагружении, высокой резонансной

частотой, широким диапазоном измерений, компактностью, большим количеством циклов

нагружения, способностью выдерживать значительные перегрузки, высокой повторяемостью

и возможностью измерения малых изменений сил при значительной статической составля-

ющей.

Пьезоэлектрические датчики имеют некоторый дрейф показаний при измерении ста-

тических нагрузок. Однако измерения больших по модулю сил на значительных временных

промежутках для пьезодатчика не вызывает проблем, так как дрейф составляет незначитель-

ную долю от полезного сигнала. В отличие от пьезодатчиков тензодатчики при статических

измерениях дрейфа не имеют.

При различных процессах механической обработки возникают переменные силы, раз-

личные по характеру изменения. Так, например, при точении силы резания имеют практиче-

ски установившееся значение с незначительными низкочастотными колебаниями. При фре-

зеровании имеет место некоторая постоянная составляющая сил резания со значительными

изменениями сил резания, причём с высокой циклической частотой, превышающей частоту

вращения инструмента в число раз, соответствующее числу его режущих зубьев. При стро-

гании или прерывистом точении силы имеют соответственно прерывистый характер.

Учитывая особенности обоих типов датчиков для использования в динамометре для

измерения сил резания, более подходящими являются пьезоэлектрические датчики.

Прямое измерение заряда формирующегося на пьезодатчике затруднительно. Потому

в цепи обработки сигнала применяются усилители заряда [6, 7] (рис. 1). Такие усилители

преобразуют отрицательный заряд с пьезоэлектрического датчика в положительное напря-

жение пропорциональное заряду и, со-

ответственно, силе, формирующей этот

заряд.

Режим работы интегрирующего

усилителя определяется задающим

чувствительность конденсатором C

сопротивлением R

, задающим посто-

янную времени. Увеличение значения

ёмкости C

расширяет диапазон изме-

рений, увеличивает постоянную вре-

мени и снижает чувствительность. По-

стоянная времени τ= R

∙ C

определяет

нижнюю частоту среза усилителя.

Для корректной обработки сиг-

нала, получаемого с пьезодатчика,

необходимо соответствующим образом выбрать значения R

и C

. Для прерывистых сигналов,

где постоянная составляющая отсутствует, постоянную времени можно уменьшить так, что-

бы дрейф сигнала отсутствовал, и усилитель не уходил в насыщение. При измерении сил ре-

зания с постоянной составляющей обязательно необходимо увеличивать постоянную време-

ни, повышая значение R

. Большие значения постоянной времени приводят к дрейфу и

насыщению усилителя. Необходимо выбирать R

таким образом, чтобы обеспечить на всем

периоде измерения работу усилителя без насыщения. Для начала измерений и установки ну-

Рис. 1.

Принципиальная схема усилителя заряда