Устройство для диагностики нагрузочного режима инструмента Советский патент 1987 года по МПК B23B49/00 

Изобретение относится к устройствам контроля нагрузки инструмента в станкостроении, в частности в расточных и сверлильньк станках, и может быть использовано для диагностики нагрузочного режима инструмента (сверло, резец, фреза).

Цель изобретения - повышение надежности устройства для диагностики нагрузочного режима инструмента.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства применительно-к процессу - обработки .металлов резанием; на фиг. 2 - зависимости: износ S инструмента от времени S(t); соотношение m между уровнями высокочастотного и низкочастотного диапазонов спектра звука в зоне обработки детали от износа инструмента m(S) и построенная по ним зависимость m(t).

Деталь 1 обрабатывается резцом 2, закрепленным в резцедержателе 3. На держателе 4 установлен датчик 5 звукового сигнала,.к которому подключен преобразователь-усилитель 6, фильтр низкой частоты и полосовой фильтр 8 высокой частоты, блоки 9 и 10 вьще- ления огибающей спектральной характеристики диапазона (уровень диапазона) , выходы которых подключены к блоку i1 вычисления соотношения уровней; первый дифференцирующий элемент 12j выход которого через пороговый элемент 13 подключен на первый вход элемента И 14, второй вход которого через второй дифференцирующий элемент 15 и элемент НЕ 16 к первому дифференцирующему элементу 12.

Устройство работает следующим образом.

Звуковые, колебания в зоне обработки, содержащие информацию о режиме обработки, воспринимаются датчиком 5 и преобразуются в электрический сигнал проме куточньгм преобразователем-усилителем 6. Далее электрический сигнал разделяется фильтром 7 низкой частоты и полосовым фильтром 8 высокой частоты на два диапазона: низкочастотный от О до 4 кГц и полосовой высокочастотный от 4 до 8 кГц. В блоках 9 и 10 формируется огибающая спектральных характеристик час- .тотных диапазонов(уровень частотного диапазона), являющаяся основной характеристикой энергии частотного диапазона. В блоке 11 производится вычисление отношения m уровней высокочастотного и.низкочастотного диапазонов и на выходе блока формируется непрерывная зависимость m(t).

1 В устройстве применен инвариантный к основным факт орам процесса обработки (режим обработки, разброс параметров инструмента и т.д.) критерий диагностики нагрузочного режима. При работе инструмента без перегрузки уровень высокочастотной составляющей спектра звука незначителен. Резкое усиление высокочастотного диапазона звука в зоне резания происходит при износе инструмента или при его

перегрузке. И в том и другом случае причиной усиления высокочастотного диапазона является усиление контактной площади между инструментом и деталью и вследствие этого увеличение

трения, усиливающего высокочастот

ный спектр звука. Зависимости износа S инструмента от времени S(t) и соответствующего зависимости соотношения m высокочастотной и низкочастотных составляющих звука от износа m(S) имеют монотонный вид, приведенный на фиг. 2. Проекция линейного участка зависимости S(t) на нелинейную монотонную зависимость m(S) дает

аналогичную нелинейную монотонную зависимость m(t) - зависимость соотношения между ВЧ и НЧ составляющими спектра звука в зоне обработки. Характерной особенностью зависимостей

mCS) и m(t) является точка а перегиба, за котЪрой наступает недопустимая перегрузка инструмента. Точка перегиба нелинейной монотонной зависимости m(t) 1спользуется в предлагаемом устройстве в качестве инвариантного Критерия для диагностики нагрузочного режима инструмента.

В точке перегиба . По этому

признаку в устройстве начинается диагностика нагрузочного инструмента. После двойного дифференцирования непрерывного сигнала m(t) с выхо/),а блока 11.(фиг. 1) элементами 12 и 15 на выходе второго дифференцирующего элемента 15 формируется сигнал, пропорциональный второй производной in(t) . В точке q перегиба зависимости

d m

m(t), на входе элемента НЕ 16

исчезает сигнал, а на его выходе

и на втором вх.оде элемента И 14 появляе.тся логическая 1.

313

Для оценки динамики процесса обработки в устройстве контролируется скорость увеличения соотношения между ВЧ и НЧ составляющими. С этой целью на выходе первого дифференцирующего элемента 12 формируется сигнал, пропорциональньй производной dm/dt. Сигнал, соответствующий положительным значениям производной dm/dt -0, подается на пороговый элемент 13, уставка т которого выбирается по минимально допустимой скорости увеличения m в точке перегиба. Если dm/ , то на выходе порогового элемента 13 и на первом входе элемента И 14 появляется логическая 1.

Таким образом, для диагностики нагрузочного режима инструмента используются первая и. вторая производные отношения ВЧ и НЧ составляющих спектра звука в зоне обработки, причем граница между режимами работы инструмента без перегрузки и с перегрузками определяется по совпадению условий

d га „ dm

(1)

При выполнении условий (1) на выходе элемента- 14 появляется логичес/

654

кая 1, что свидетельствует о. перегрузке инструмента. Формула изобретения

Устройство для диагностики нагрузочного режима инструмента, содержащее датчик звука, установленный в зоне обработки детали, к которому через преобразователь-усилитель подключены

фильтры низкой частоты, а к выходу каждого фильтра подключен блок выделения уровня диапазона, выходы блоков подключены к блоку вычисления отношения уровней высокочастотного и низкочастотного диапазонов спектра звука, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первый и второй дифференцирующие элементы, пороговьй элемент, элементы И и НЕ, причем к выходу блока вычисления подключен первый дифференцирующий элемент, выход которого подключен через пороговьй элемент на первый вход элемента И, на второй вход которого через элемент НЕ подключен выход второго дифференцирующего элемента, вход которого подключен к выходу первого дифференцирующего элемента.

И-зобретейие относится к устройствам контроля нагрузки инструмента в станкостроении, в частности в расточных, сверлильных, токарных станках. Цель, изобретения - повьшение надежности устройств диагностики. Устройство содержит датчик звука, усилитель-преобразователь, фильтры низкой и высокой частоты. К выходу каждого фильтра подключен блок выделения уровня диапазона, выходы блоков подключены к блоку вычисления отношения уровней высокочастотного и низкочастотного диапазонов спектра звука. К выходу блока вычисления подключен первый дифференцирующий элемент, выход которого подключен через пороговый элемент к первому входу элемента И, к второму входу которого через элемент НЕ подключен выход второго дифференцирующего элемента. 2 ил. с 3

7 . 1

S(U3HOC)

Зона nepeepysffu