Способ определения износа режущего инструмента

Способ определения износа режущего инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению и позволяет определять текущий и критический износ режущего инструмента, а также прогнозировать его долговечность за счёт фиксации общего числа циклических нагрузок. Цель изобретения'- повышение точности и информативности. Сигнал вибрбакустической эмиссии, излучаемый зоной резания, регистрируют преобразователем 1 колебаний. После его преобразования навыходе фильтра 6 низких частот получают постоянную составляющую сигнала, а на выходе широкополосного усилителя 11 - усиленный сигнал виброакустической эмиссии. Эти два сигнала сравнивают в схеме 7 сравнения. При обработке неизношенным инструментом определяют пороговый уровень путем усиления значения постоянной составляющей сигнала до величины, превышающей его пиковые текущие значения. При дальнейшей обработке по мере развития износа инструмента ввиду возрастания нестацйонарности процесса резания пиковые з'начения сигнала начинают превышать пороговый уровень. Количество этих превышений на определенном временном интервале подсчитывают счетчиком 8 импульсов, сравнивают с заданным в цифровом компараторе 9 числом превышений и по результатам сравнения судят о степени износа. С помощью счетчика 13 циклических нагрузок для данного инструмента от начала его работы подсчитывают общее количество циклических нагрузок. 2 ил.Изобретение относится к машиностроению, в частности станкостроению, предназначено для определения степени изно&а и суммарной величины циклических нагрузок режущего инструмента в процессе резания и может быть использовано для диагностики процесса резания на металлорежущих станках.'Известен способ, осуществляемый с помощью устройства для определения износа режущего инструмента, по которому передобработкой с помощью датчиков касание; определяют положение вершины режущего инструмента в координатах станка. По завершению одного или нескольких циклов обработки производят повторное определение положения вершины режущего инструмента, а затем дополнительными перемещениями суппорта корректируют смешение вершины режущего инструмента, возникшее за счет износа инструмента, и по сумма|рной величине коррекций судят о степени износа режущего инструмента.^«пА4S». 1^ СЛ 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 и 3/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4415684/28 (22) 26.04,88 (46) 23.02.92, Бюл. М 7 (71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (72) Б.С.Андреев, А.Г.Поздняков С.И.Попов (53) 620.178 (088.8) (56) Уэллер Е., Шрайер Г. Определение износа инструмента по уровню звука при токарной обработке. Труды американского общества инженеров-механиков. 1969, th 3, с.5. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

{57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет определять текущий и критический износ режущего инструмента, а также прогнозировать его долговечность за счет фиксации общего числа циклических нагрузок. Цель изобретения — повышение точности и информативности, Сигнал виброакустической эмиссии, излучаемый зоной резания, регистрируют преобразователем 1 колебаний. После его преобразования на

Изобретение относится к машиностроению, в частности станкостроению, предназначено для определения степени износа и суммарной величины циклических нагрузок режущего инструмента в процессе резания и может. быть использовано для диагности-. ки процесса резания на металлорежущих станках.. Известен способ, осуществляемый с помощью устройства для определения износа . режущего инструмента, по которому перед

ЫЛ l 714458 А1 выходе фильтра 6 низких частот получают постоянную составляющую сигнала, а на выходе широкополосного усилителя 11— усиленный сигнал виброакустической эмиссии. Эти два сигнала сравнивают в схеме 7 сравнения. При обработке неизношенвым инструментом определяют пороговый уровень путем усиления значения постоянной составляющей сигнала до величины, превышающей его пиковые текущие значения.

При дальнейшей обработке по мере развития износа инструмента ввиду возрастания нестационарности процесса резания пиковые значения сигнала начинают превышать пороговый уровень. Количество этих правы-. шений на определенном временном интервале подсчитывают счетчиком 8 импульсов, сравнивают с заданным в цифровом компзраторе 9 числом превышений и по результатам сравнения судят о степени износа; С помощью счетчика 13 циклических нагрузок для данного инструмента от начала его работы подсчитывают общее количество циклических нагрузок. 2 ил. обработкой с помощью датчиков касания определяют положение вершины режущего инструмента в координатах станка. По завершению одного или . нескольких циклов обработки производят повторное определение положения вершины режущего инструмента, а затем дополнительными перемещениями суппорта корректируют смешение вершины режущего инструмента, возникшее за счет износа инструмента, и по суммарной величине коррекций судят о степени износа режущего инструмента.

171445В

Наиболее близким к предлагаемому по 35

Недостатками способа являются невозможность проведения активного контроля в процессе резания, а также низкое быстродействие и нетехнологичность.

Известен способ определения износа режущего инструмента, заключающийся в том, что информативный параметр, связанный с износом режущего инструмента, например усилие резания, мощность привода подачи, сигнал виброакустической эмиссии и т.п„фиксируют и запоминают при обработке изношенным инструментом, а при последующей .обработке неизношенным инструментом сравнивают текущее эначеwe информативного параметра с ранее запомненным и по достижении равенства между ними дают команду на смену инструмента.

К недостаткам данного способа относится необходимость участия оператора на этапе обучения для определения момента достижения режущим инструментом предельного износа и ввода в память соответствующего значения информативного параметра. Кроме того, при обработке на станках с ЧПУ небольших, партий деталей, когда режимы резания выбираются такими, что период стойкости режущего инструмента соизмерим с временем обработки всей партии, контроль износа режущего инструмента по данному способу теряет смысл изза совпадения периода стойкости инструмента с длительностью периода облучения, технической сущности является способ определения износа режущего инструмента, заключающийся в том, что уровень выделенной и усредненной высокочастотной составляющей сигнала сравнивают с уровнем выделенной и усредненной низкочастотной составляющей, и в случае. если соотношение этих уровней превышает установленную пороговую величину, характеризующую предельный износ, выдается сигнал.

Недостатком известного способа является сложность обработки информационного сигнала, связанная с наличием двух измерительных каналов, служащих для выделения и обработки как высокочастотной, так и низкочастотной составляющих сигнала. Кроме того. известный способ не позволяет определять количество циклических нагрузок, действующих на режущий инструмент в процессе резания. Наличие такой информации позволяет. зная предельно допустимое число циклических нагрузок для режущего инструмента. определенное

30 предварительно, выявить состояние режущего инструмента.

В известном способе также существует зависимость информационного сигнала, кроме величины износа режущего инструмента, и от вариаций технологических параметров процесса резания (твердость обрабатываемого материала, припуск заготовки и т,д.). Это может привести к получению ошибочного результата, так как вариации технологических параметров имеют случайный характер могут достигать значительных величин, влияющих на оценку величины предельного износа. В известном способе существует необходимость для каждого конкретного сочетания обрабатываемого и инструментального материалов предварительно производить этап облучения, заключающийся в определении величины.порога, соответствующего предельному износу режущего инструмента. Указанные недостатки снижают эффективность использования способа определения износа режущего инструмента.

Целью изобретения является повышение точности и информативности определения износа режущего инструмента.

Согласно способу определения износа режущего инструмента, заключающемуся в том, что в процессе резания регистрируют сигнал виброакустической эмиссии, определяют текущее значение постоянной составляющей сигнала виброакустической эмиссии путем его детектирования и фильтрации, определяют степень износа режущего инструмента в начале процесса резания сравнивают пиковое текущее мгновенное значение сигнала виброакустической эмиссии, генерируемого неизношенным инструментом, с текущим значением его постоянной составляющей, определяют пороговый уровень путем усиления значения постоянной составляющей до величины, превышающей пиковое текущее значение сигнала виброакустической эмиссии, затем в процессе резания сравнивают пиковые текущие значения сигнала виброакустической эмиссии с пороговым уровнем, регистрируют количество превышений текущим значением сигнала виброакустической эмиссии порогового уровня, по которому определяют количество циклических нагрузок на режущий инструмент, а степень износа режущего инструмента определяют путем сравнения количеств превышений за равные промежутки времени.

Принцип действия и особенность обработки сигнала способа обеспечивают выбор независимого (инвариантного к режимам обработки) информационного признака, а

1714458

20

30

40

БО именно отношение пиковых значений сигнала к его постоянной составляющей, что позволяет, помимо оценки степени износа инструмента, учитывать циклические нагрузки на него и производить диагностику состояния инструментов без процесса облучения.

В основу способа положены следующие особенности процесса резания..

Распределение амплитуд сигнала виброакустической эмиссии носит случайный характер в процессе обработки и зависит от многих факторов: условий трения по пере-. дней и задней поверхностям резца, характера стружкообразования, режимов обработки и т.д.

Установлено. что при обработке неизношенным резцом дисперсия амплитудных значений виброакустической эмиссии минимальна и увеличивается по мере развития износа, особенно в области его предельных значений. В основе этого явления лежат следующие физико-механические свойства: .с развитием износа происходит увеличение зоны пластической деформации обрабатываемого материала, увеличение интенсивности процессов образования и срыва нароста, повышение температуры в зоне резания и вероятности схватывания инстру. мента с деталью, увеличение интенсивности протекания процессов разрушения режущей кромки инструмента, образование и развитие микротрещин в материале режущего инструмента в результате увеличения тепловой и силовой нагруженности инструмента.

Указанные явления носят циклический характер. Например, продолжительность образования и существования нароста колеблется в значительных пределах, в минимальное время существования отдельного нароста может составлять 0,1 — 0,2 с.

Составляющие силы резания могут изменяться на 30 — 50% от начала образования нароста до его срыва, Срыв нароста происходит с большей скоростью, и в этот момент система СПИД получает импульс возмущения в виде мгновенного изменения . и перераспределения сил резания, реакцией на что являются затухающие колебания системы СПИД, которые накла дываются на общий сигнал виброакустйче. скай эмиссии, генерируемый зоной реза-:ния. Начальная амплитуда колебаний в этом случае. пропорциональна относительному изменению сил резания за счет образования нароста, а скорость затухания колебаний зависит от демпфирующих свойств системы СПИД и характера нагружения.ее силами резания.

Срыв нароста может происходить как по. передней, так и по задней поверхности режущего инструмента, в последнем случае импульс возмущения, получаемый системой

5 СПИД, может иметь большую величину, чем при сходе нароста rio передней поверхности, так как в этом случае между задней поверхностью инструмента и деталью оказывается тело нароста, имеющего большую, чем у обрабатываемого материала плотность и твердость. Аналогичные процессы (в смысле резкого изменения мгновенных составляющих сил резания) происходят и при схватывании инструмента и детали, скалывании, отрыве и уносе частиц режущего материала, увеличении зоны пластической деформации.

Все эти явления, интенсивность которых увеличивается с развитием износа, приводят к увеличению нестационарности процесса резания и проявляются прежде всего в увеличении дисперсии мгновенных амплитудных значений сигнала виброакустической эмиссии; В то же время все эти явления отражают характер циклических нагрузок на инструмент.

Таким образом, регистрируя в единицу времени моменты превышения текущими пиковыми значениями сигнала виброакустичекой эмиссии текущих значений. его постоянной составляющей, можно судить о степени нестационарности процесса резания и, следовательно, о степени износа инструмента, а по общему количеству превышений пиковых значений сигнала виброакустической эмиссии в течение всего периода обработки резанием — об общем числе циклических нагрузок на инструмент, сравнивая его с допустимым для данного материала режущего инструмента числом циклических нагрузок.

Текущая постоянная составляющая сигнала виброакустической эмиссии, относительно которой производят сравнение пиковых значений, играет роль саморегулирующего в зависимости от режимов обработки порога. Тем самым обеспечивается возможность контроля в широком диапазоне изменения условий резания и, следовательно, значений сигнала виброакустической эмиссии.

Необходимое начальное соотношение между текущим пиковым значением сигнала виброакустической эмиссии и его текущей постоянной составляющей достигается тем, что изменяют усиление в одном канале обработки информации по отношению к другому так, что при обработке неизношенным инструментом текущее значение постоянl

1714458 ной составляющей сигнала превышает его пиковое Текущее. значение.

На фигЛ показана структурная схема, реализующая предлагаемый способ; нв фиг.2 - временные диаграммы.. 5

Способ осуществляется с помощью устройства, выполненного по структурной схеме (фиг.1), состоящей иэ последовательно соединенных преобразователя 1 «олебаний, предварительного усилителя.2, полосо- 10 вого фильтра 3, промежуточного усилителя

4, детектора 5, фильтра 6 низких частот (ФНЧ), схемы 7 сравнения, счетчике. 8 импульсов и цифрового компвраторв 9, К управляющему входу счетчике З.ймпулъеоа 15 подключен. формирователь Ю временных интервалов; Между выходом полосового фильтра 3 и вторым входом схемы: Т сравнения подключен широкополоснмй усилитель

11. К выходу схемы 7 сравнвиия подключен индикатор 12 и счетчик 13 циклических нагрузок.

Нв времеиной дивгрвммв (фиг.2) показаны сигнал 14 нв выхода-ФЙЧ 6 при обработке неизношенным инструментом; сигнал 25

15 на выходе широкополосного усилителя

11 при обработке неиэнааанным инструментом; сигнал 16 на ввиеда ®НЧ 6 при обработке изношенным инструментом; сиг-. нал 17 на выходе широкоенаеногеусилите- 30 ля 11 при обработке иэйеааинапМ инструментом; сигнал 18 нв вмхеда формироввтеля 10 временных интервалов; сигнал 19 нв выходе счетчика 13 циклйчаеких нагрузок; сигнал 20 на выходе счетчике 8 импульсов. 35

Способ осуществляется: следующим образом, Сигнал вибровкустической эмиссии, генерируемый зоной резания, рагистриэуют преобразователем 1 колебвний, уэаиввют предварительным усилителем 2 и подают на вход полосового фильтра 3, е помощыв которого отстраивают сигнал от ниэкочвстотн ых помех, вызванных работающим станком. Сигнал c: выхода полосовего фильтра 3 усиливают промежуточны е усилителем 4, двтектиоуют детектором Б и подают нв вход фильтра 6 нйэких частот, нв выходе которого получают постоянную составляю- 5О щую. Параллельно с этим сигнал с выхода полосового фильтра 3 усиливают широкополосным усилителем 1-1(фиг.2 15).

Далее эти двв сигнале (с выхода усилителя 11 и выходе ФНЧ.6) сравнивают в схеме 7 сравнения, При этом при обработке nepsoA детали партии изменяют коэффициент усиления одного иэ каналов до тех пор, пока значение постоянной составляющей сигнала (фиг.2 14) не станет больше его пиковых значений (фиг.2 15), По мере увеличения износа инструмента пиковые значения сигнала увеличиваются и на каком-то этапе начинают превышать постоянную составляющую с ФНЧ 6 (фиг.2

16 и 17), чго приводит к срабатыванию схемы 7 сравнения. С ростом износа растет число таких превышений, которые подсчитываются счетчиком 8 импульсов (фиг.2 20), сравниваются с заданным в цифровом компараторе 9. Подсчет импульсов ведется на, определенном временном интервале, который фОрмируют формирователем 10 временных интервалов (фиг.2 18). Кроме того, с помощью счетчика 13 циклических нагрузок производят подсчет общего числа циклических нагрузок на инструмент от начала его работы (фиг. 2 19), При изменении режимов резания изменяется величина пиковых значений сигнала с выхода усилителя 11, но это компенсируется изменением значения постоянной составляющей с выхода ФНЧ 6 и на результатах сравнения этих сигналов не сказывается (выход схемы 7 сравнения). Таким образом, способ позволяет отстроиться от вариаций толщины срезаемого слоя и режимов обработки.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность диагностики состояния режущего инструмента за счет отстройки От вариаций толщины срезаемого слоя и режимов обработки, т.е. более полно используется ресурс инструмента, снизить его расход и сократить вспомогательное время на замену инструмента, в также на настройку устройства, контролирующего износ. Изобретение позволяет оценить количество циклических нагрузок на режущий инструмент, что дает возможность прогнозировать его стойкость, и обеспечивает повышение надежности работы металлорежущего оборудования, в том числе станков с ЧПУ.

Формула изобретения

Способ определения износа режущего инструмента, заключающийся в том, что s процессе резания регистрируют сигнал виброакустичвской эмиссии, определяют текущее значение постоянной составляющей сигнала виброакустической эмиссий путем

его детектирования и фильтрации, определяют степень износа режущего инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и точности, s начале процесса резания сравнивают пиковое текущее мгновенное значение сигнала виброакустической эмиссии, генерируемого

1714450 неизношенным инструментом, с текущим значением его постоянной составляющей, определяют пороговый уровень путем усиления значения постоянной составляющей до величины, превышающей пиковое текущее мгновенное значение сигнала виброакустической эмиссии, затем в процессе резания сравнивают пиковые текущие мгновенные значения сигнала виброакустиче ской эмиссии с пороговым уровнем, регистрируют количество превышений текущим значением сигнала виброакустической эмиссии порогового уровня, по которому on5 ределяют количество циклических нагрузок на режущий инструмент, а степень износа режущего инструмента определяют путем сравнения количества превышений за равные промежутки времени.