Actual Problems in Machine Building 2017 Vol. 4 No. 4

Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 4. 2017 Technological Equipment, Machining Attachments and Instruments ____________________________________________________________________ 90 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 r и сопротивлением R t , задающим посто- янную времени. Увеличение значения ёмкости C r расширяет диапазон изме- рений, увеличивает постоянную вре- мени и снижает чувствительность. По- стоянная времени τ= R t ∙ C r определяет нижнюю частоту среза усилителя. Для корректной обработки сиг- нала, получаемого с пьезодатчика, необходимо соответствующим образом выбрать значения R t и C r . 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 t . Большие значения постоянной времени приводят к дрейфу и насыщению усилителя. Необходимо выбирать R t таким образом, чтобы обеспечить на всем периоде измерения работу усилителя без насыщения. Для начала измерений и установки ну- Рис. 1. Принципиальная схема усилителя заряда