Устройство для измерения глубины деформированного слоя обрабатываемой детали

Устройство для измерения глубины деформированного слоя обрабатываемой детали

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е «»918021

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И AST0PCKOÌÓ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз . Советскик

Соцнаяистичесинк

Респубянк (6I ) Дополнительное к авт. санд-ву(5I)N. Кл. (22)Заявлено 04.04.80 (21} 2908224/25-08

Kl с присоедннениемзаявки МВ 23 Ю 15/00

3ЪкударстаашыИ квинтет

CCCP ае делая кзабреткннк н аткрытнк (23} ПриоритетОпубликовано 07.04. 82 бюллетень РВ13

Дата опубликования описания 07.04.82 (53) УДК 621.7..08(O88.8) В.Л.Заковоротный, Г.Г.Палагнюк, А.А.Ерофеев, А.Н.Ткаченко и Г.А.Козик (72) Авторы изобретения

=В

Ростовский-на-Дону институт сел ьскохоз "1йвенного машиностроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ ДЕфОРИИРОВАННОГО

СЛОЯ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛИ

1 Ф .

Изобретение относится к области автоматического управления процессом

:резания по величине износа режущего инструмента и изиенению качественных показателей обрабатываемых деталей непосредственно в ходе обработки.

Известно устройство для измерения износа режущего инструмента, содержащее преобразователь виброакусти" ческой эмиссии, установленный на режущем инструменте, выходной сигнал

1Е которого .поступает íà предварительный усилитель, выход которого связан с входом полосовых фильтров, разделяющих сигнал на две частотные состав-

3S ляющие; низкочастотную и высокочастотную. После фильтров .сигналы детектируются и интегрируются, а затем поступают на блок, определяющий их соотношение. Полученный сигнал пропорционален износу инструмента и B дальнейшем либо просто регистрируется, либо используется, для упра®ле- ния И . у

Недостатком иэ,устного устройства является то, что оно не позволяет наряду с измерением износа режущего инструмента определять глубину деформируемого слоя детали, информация о которой необходима для расширения возможностей диагностики и повыше; ния точности измерения, влияющего на процесс автоматического регулирования обработки.

Целью изобретения являются расширение возможностей диагностики,, повышение точности и эффективности измерения.

Цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным прербразователем регистрации силы отжима, иасатабными усилителями, сумматором, электронным коммутатором, нуль-органом, генератором тактовых импульсов, счетчиком с двумя входами и двумя выходаии, преобразователем регистрации оборотов детали, преоб,разователем код-напряжение, блоком

43

so

1

На чертеже приведена функциональ-, ная схема устройства.

Устройство для измерения глубины деформированного сгноя содержит преобразователь 1 виброакустической эмиссии, установленный на резцедержавке или суппорте в направлении действия отжимающей составляющей силы резания P (т.е. в радиаль- . ном направлении) и подключенный к входу предварительного усилите-, ля 2 с переменным коэффициентом усиления. К выходу предваритель3 91802 умножения с двумя входами, многовхо-. довым регистратором, полосовым уси" лителем«преобразсвателем, интеграто. ром с блоком обратной связи по скорости интегрирования, вторым сумматором, масштабным усилителем, системой автоматического самообучения и схемой сравнения, причем число полосовых фильтров, детекторов и интеграторов увеличено до и кана- 1О

thqs, выходы которых соответственно . подключены к входам масштабных ,усилителей, выходы которых соединены с входами сумматора, последователь,но подключенного к регулирующему is элементу предварительного усилителя, и к входам электронного коммутатора, выход которого соединен с нуль-органом, выход которого подключен к последовательно соединенным генератору з, тактовых импульсов и счетчику, один из выходов которого соединен с электронным коммутатором, а другой с последовательно соединенными преобразователем код-напряжение, блоком умножения и многовходовым регистратором, при этом выход блока, умножения соединен с входом блока автоматического самообучения и схемы сравнения, а выход блока автоматического самообучения - к входу схемы сравнения, выход которой подсоединен к многовхо" довому регистратору, а второй вход счетчика соединен с преобразователем регистрации оборотов детали, 35 а второй вход блока умножения под« ключен к выходу преобразователя регистрации силы отжима через последовательно соединенные полосовой усилитель-преобразователь, интегратор и второй сумматор, параллельно которым к входу второго сумматора и к выходу преобразователя регистрации силы отжима присоединен масштабный усилитель.

1 4 ного усилителя 2 подключено пь идентичных каналов, настроенных. йа и -дискретное множество частот, каждый иэ которых содержит узкополосный Фильтр 3, детектор 4 с встроенным интегратором, масштабный усилитель 5. Сумматор 6 подключен к выходам масштабных усилителей

5 каждого канала и управляет коэффициентом усиления предварительного усилителя 2. В свою очередь выход детектора 4 с встроенным интеграто-, ром в каждом канале подключен к входам электронного коммутатора 7, при этом выход последнего, замыкаясь через нуль-орган 8, генератор 9 тактовых импульсов и счетчик 10, управляющий электронным коммутатором 7, образуют первое кольцо, а сбросовый вход счетчика 10 соединен с выходом преобразователя 11 регистрации оборотов детали, выход же счетчика IO в двоично-десятичном коде через пре" образователь 12 код-напряжение и блока 13 умножения соединен с многовходовым регистратором 14. Второй вход. блока 13 умножения соединен с преобразователем 15 регистрации силы отжима через соединенные в кольцо полосовой усилитель-преобразователь

16, интегратор lj с обратной связью

18 по скорости интегрирования, сумматор 19 и масштабный усилитель 20, при этом вход усилителя-преобразователя 16 соединен с выходом преобразователя 15, а выход сумматора 19с вторым входом блока 13 умножения.

Выходное напряжение блока 13, рав- ное произведению напряжения, пропорционального ширине спектра, регистрируемого и каналами на дискретном множестве частот, и выходного напряжения сумматора 19, пропорционального действию составляющей силы резания, и есть выходной полезный сигнал устройства, пропорциональный глубине деформированного слоя, который регистрируется регистратором 14.

Система 1 автоматического само" обучения подключается к выходу блока

13 умножения только в процессе самообучения при контрольной обработке деталей, а его,выходное напряжение с встроенного электромеханического блока памяти в дальнейшем является опорным для схемы сравнения 22, на второй вход которой подается текущее зна4ение произведения с блока 13

5 f18 умножения. Выход же схемы 22 сравнения также подключен к последующему входу многовходового регистратора

14, и его выходное напряжение является выходным полезным сигналом, 5 пропорциональным разности допустимой глубины деформированного слоя и текущему его значению.

Теоритическое обоснование принципа построения функциональной схе- 0 мы заключается в следующем.

В настоящее время выбор и под" держание оптимальных режимов обработки производят, исходя из критерия оптимальных затрат. При этом лими" 15 тирующим фактором являются такие, взаимосвязанные контролируемые параметры, как величина износа, скорость его развития, качество формообразования поверхности и шерохова" 20 тость. Однако эксплуатационные характеристики и срок службы выпускаемых на станочном оборудовании изделий зависят от глубины деформированного слоя, которая характеризуЕтся 25 наличием микротрещин, величиной и характером распространения касательных остаточных напряжений и тому подобным.

В связи с этим возникает необходимость контролировать глубину деформированного слоя, а затем на основании полученной информации представляется возможным выбирать и управлять технологическими режимами, поддерживая глубину деформированного слоя, определять допустимую минимальную величину припуска и количество вспомогательных операций для полного его снятия.

Как показали исследования, сте-. пень и глубина деформированного слоя зависят от условий и протекания процесса резания, режимов обработки и определяются величиной износа, величиной статической и динамической составляющих сил резания, скоростью их изменения. Последние несут свое отображение в спектре виброакустической эмиссии, излучаемой непосредственно зоной резания и главным образом в направлении действия отжимающей составляющей силы резания Q . С ростом величины износа по задней грани в тонком поверхностном слое /деталей меняется величина и характер рас55 пределения касательных напряжений. ,.При этом с увеличением износа от 0,2 до 0,45 мм при постоянных определен021 6 ных условиях обработки сжимающие напряжения переходят в растягивающие.

В свою очередь увеличение износа приводит к возрастанию статической и динамической составляющих силы ре,зания. Последние определяют нестационарность процесса резания.С увеличением изменения составляющих сил резания расширяется спектр виброакустической эмиссии: чем шире спектр и больше скорость нарастания силы, тем меньше глубина деформированного слоя (она пропорциональна произведению ширины спектра на действующее значение статической и динамической составляющих силы резания).

Устройство работает следующим образом.

Спектр виброакустической эмиссии, регистрируемый преобразователем 1, преобразовывается в электрический сигнал и подается на вход предварительного усилителя 2 с регулируемым коэффициентом усиления. После предварительного усиления выделяется дискретное множество частот фильтром 3 в каждом из и каналов,,лежащих за пределами собственных частот упругой системы, на которых акустическое сопротивление минимально между точкой ,приложения составляющем силы резания по задней грани и точкой измерения виброакустической эмиссии.

Избранные по каналам высокочастотные составляющие сигнала детектируются детектором 4 с встроенным интегра тором, интегрируются и подаются на входы электронного коммутатора 7.

:В свою очередь выходное напряжение каждого из и каналов через соответствующие масштабные усилители 5 подается на сумматор 6, выходное напряжение которого заводится в обратйую связь предварительного усилителя 2 для нормирования энергетических уровней дискретного множества частот, выделенных и каналами.

Таким образом, на входы электрон ного коммутатора 7 подаются сигналы избранных чЬстот составляющих пропорционального спектра. Наличие выходного напряжения и каналов на вхо.де коммутатора 7,и соответствует ширине спектра, регистрируемого преобразователем 1 в направлении действия отжимающей составляющей силы резания Р>

Регистрация наивысшей частотной составляющей на дискретном множест918021 8

\

Таким образом, выходной сигнал на выходе блока умножения 13 является выходным полезным сигналом, пропорциональным глубине деформирован20 ного слоя, который и подается на вход многовходового регистратора 14.

Настройка устройства на заданную допустимую глубину. деформированного слоя осуществляется автоматически в процессе его самообучения при контрольной обработке деталей с помощью системы автоматической настройки 21 с встроенным электромеханическим блоком памяти. Выходной сигнал с встроенного электромеханического блока памяти системы 21 подается на выход схемы 22 сравнения и является опорным сигналом для последующих измерений и анализа. На второй вход схемы сравнения подается сигнал с выхода блока 13 умножения соответствующий текущему значению глубины деформированного слоя. Разностный же сигнал с выхода схемы 22 сравнения подается на последующий вход многовходового регистратора 14 и отображает оставшийся ресурс времени обработки деталей на заданных технологических режимах с учетом развивающихся износа режущего инст,румента, нестационарностей процесса резания и различных явлений, протекающих в зоне резания, приводящих к увеличению глубины деформирован50 ного слоя.

При развитии глубины. деформирован. ного слоя заданной допустимой величины, зафиксированной в процессе самообучения устройства при контрольной обработке деталей, срабатывает реле-регулятор регистратора 14, ко" торый воздействует на систему управления станка-автомата и автомати чески прекращает процесс резания. оборотов, позволяет обновлять гкжаза- sî

SS ве с целью определения ширины спектра осуществляется с помощью электронного коммутатора 7, управляемого соединенной в кольцо цепью, состоящей из самого электронного коммутатора 7, нуль-органа 8, генератора 9 импульсов и счетчика 10. При этом к входу нуль-органа 8 через электронный коммутатор 7 поочередно подключаются выходы идентичных каналов от первого (регистрируецего низаую частотную составляющую) до n"ro (регистрирующего наивысшую частотную составляющуюу. В этом случае, как только ко входу нуль-органа 8 подключится канал с выходным сигналом, равным заданному опорному, подключенному к второму входу нуль-органа 8, или равныи нулю, последний отключает генератор 9 импульсов и счетчик 10 в десятичном коде фиксирует номер со-. ответствующего канала, а на его вы-. ходе в двоично-десятичном коде че" рез преобразователь 12 код-напряжение, появляется аналоговое напряжение, пропорциональное ширине спектра.

Цепь, соединяющая сбросовый вход счетчика 10 с блоком 11 регистрации ния счетчика по истечении заданного числа оборотов детали и связать развитие (изменение) глубины деформиро. ванного слоя с путем, пройденным инструментом относительно детали по всему периметру.

Выходное аналоговое напряжение. преобразователя 12 код-напряжение, пропорциональное текущему значению ширины спектра, подается на первый вход блока .13 умножения. На второй

его вход подается аналоговое напряжение, пропорциональное действующему значению отжимающей составляющей силы резания Р1г, которое формируется блоками 15, 16, 17, 18, 19 и 20 . следующим образом.

Статическая и динамическая составляющие силы резания регистрируются преобразователем 15 в направлении действия отжимающей составляющей Ру

При этом постоянная составляющая через масатабный усилитель 20 подается на первый вход сумматора 19, а переменная (циклическая) составляю" щая выделяется усилителем-преобразователем 16 с полосой пропускания, равной полосе пропускания системы

С11КД. Переменная составляющая силы резания после выделения и усиления преобразовывается в постоянный сигнал блоком 16, подается на вход интегратора 17, время интегрирования которого переменное, определяется и управляется величиной входного сигнала с помощью блока 18 регулировки временем интегрирования. Затем после интегрирования сигнал подается на второй .вход сумматора 19, выходной сигнал которого пропорционален сум« марному действующему значению силы и подается на второй вход блока 13 умножения.

9180

Формула изобретения

Применение в устройстве дополнительных элементов выгодно отличает его от известных устройств. Относительно большое усложнение уст" ройства за счет введения новых элв- S ментов позволяет значительно расширить возможности диагностики,, поскольку наряду с изменением износа, представляется возможным получить качественно новую информацию непос" Ю редственно в ходу обработки о таком параметре, как глубина деформированного (дефектного) слоя обрабатываемых деталей. Получение информации о развитии глубины деформи- . рованного слоя непосредственно в ходе обработки дает возможность выбирать и поддерживать оптимальные технологические режимы обработки деталей с учетом оптимальных эффективных затрат на их дальнейшую доводку, так как глубина деформиро" ванного слоя определяет количество вспомогательных операций для ее сня. тия. 25

Использование устройства на финишных операциях, после которых . обрабатываемые детали становятся готовыми изделиями, позволит значительно повысить эксплуатационную надежность готовых изделий, так как глубина дефектного слоя определяет их экплуатационные характеристики в целом.

Устройство просто в изготовле- з нии, настройке и надежно в эксплуа" тации. 8 нем в качестве входного е сигнала вместо спектра виброакустической эмиссии можно использовать спектр переменной составляющей тер- 4в мо-ЭДС.

1 45

Устройство для измерения глубины деформированного слоя обрабатываемой детали, содержащее последовательно соединенные преобразователь виброакустической эмиссии, установленный на режущем инструменте, гредварительный усилитель с регулирующим элементом, блок полосовых фильтров, детектор и интегратор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расшире- ния возможностей диагностики, повышения точности и эффективности измере21 10 ния, устройство снабжено дополнительным преобразователем регистрации силы отжима, масштабными усилителями, сумматором,. электронным коммутатором, нуль-органом, генератором тактовых импульсов, счетчиком с двумя входами и двумя выходами, преобразователем регистрации оборотов детали, преобразователем код-напряжение, блоком умножения с двумя входами, многовходовым регистратором, полосовым усили телем-преобразователем, интегратором с блоком обратной связи по скорости интегрирования, вторым сумматором, масштабным усилителем, системой автоматического самообучения, схемой сравнения, причем число полосовых фильтров, детекторов и интеграторов увеличено до и каналов, выходы кото,рых соответственно подключены к вхоБцам масштабных усилителей, выходы которых соединены с входами сумматора, лоследовательно подключенного к pery-! лирующему элементу предварительного усилителя и к входам электронного коммутатора, выход которого соединен с нуль-органом, выход которого подключен к последовательно соединенным генератору тактовых импульсов и счетчи" ку, один из выходов которого соединен с электронным коммутатором, а второй с последовательно соединенными преобразователем код-напряжение, блоком умножения и многовходовым регистратором, при этом выход блока умножения соединен с входом блока автоматического самообучения и схемой сравнения, а выход блока автоматического самообучения подсоединен к входу схемы сравнения, выход которой - к многовходовому регистратору, а второй вход счетчика соединен с преобразователем регистрации оборотов детали, а второй вход блока умножения подключен к выходу преобразова- . теля регистрации силы отжима через последовательно соединенные усилительпреобразователь, интегратор и второй сумматор, параллельно которым к входу второго сумматора и выходу преобразователя регистрации силы отжима присоединен масштабный усилитель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Реферативный сборник. "Конструирование и технология машинострое-. ния", 1968, и 3.

9 18021

Составитель В.Жиганов

Редактор Н.Багирова Техред д дц КорректорИ.Шарощи

Заказ 1980/16 Тираж 748 Подписное

:ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4