Способ определения износа режущего инструмента Советский патент 1992 года по МПК G01N3/58 

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 значение информативного параметра с ранее запомненны м 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.

Наиболее близким к предлагаемому по 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, определённое

предварительно, выявить состояние режущего инструмента.

В известном способе также существует зависимость информационного сигнала,

кроме величины износа режущего инструмента, и от вариаций т1ехнологических параметров процесса резания (твердость обрабатываемого материала, припуск заготовки и т.д.}. Это может привести к получению ошибочного результата, так как варцации технологических параметров имеют случайный характер могут достигать значительных величин, влияющих на оценку величины предельного износа. В известном

5 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.

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

Согласно способу определения износа режущего инструмента, заключающемуся в

0 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 пороговь(й уровень путем усиления значения постоянной составляющей до величины, превышающей пиковое текущее значение

5 сигнала аиброакустической 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

5 сравнения количеств превышений за равные промежутки времени.

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

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 процессаоблучения.

Щ оснйву 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 передней и задней поверхностям резца, характера стружкробразования, режимов обработки и т.д.

Установлено, что при обработке неизношеиным 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 обрабатываемогр материала, увеличение интенсивности процессов образования и срыва нароста, повышение температуры в зоне резания и вероятности схватывания инструмента 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, а 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 накладываются на общий сигнал виброакустйческой 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 СПИД, может иметь большую величину, чем при сходе нароста 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 срставляющих 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 постоян, . . 717144 ной составляющей сигнала превышает его пиковое текущее.значение. На фиг. 1 показана структурная cxeMSt реали ующэя предлагаемый способ; на фиг.2 - временные диаграммы.5 Способ осуществляется с помоц;ц 1О устройства, выполненного по структурной схеме (фиг. 1), состоящей из последовательно соединенных преобразов)а1теля t колебаний, предварительного усилителя 2;полосо-10 вого фш1ьтра 3, промежуточного усилителя 4, детектора 5/фильтра $ нйзккх частот (ФНЧ), схемы 7 сравнения, счетчика 8 VIMпульсов и цифрового компаратора &. равлйющему входу счетчика 8 импуяъеоаIS подклк чен формирователь 10 временных интервалов. Между выходом полосового фильтра 3 и вторым входом схемы Тсравне ния подключен широкополосный усилитель 11. К выходу схемы 7 сравнения подключен20 индикатор 12 и счетчик 13 циклических нагрузок. На временной диа грамме (фиг.2) показаны сигнал 14 на выходе ФЙЙ б при обработке неизношенным инструкгемтом; сигнал25 15 на выходе широкогюлостэго усилителя il при обработке неизношенным имструментом; сигнал 1в йа выходе ФНЧ б ) обработке изношенным ин9Т| у «еитом; сигнал 17 на выходе широколо/юснога усилите-30 ля 11 при обработке изншиеиныМ инструмеитом: сигнал 18 на выходе фо| «ирователя. 10 временных интервалов; сигнал 19 на выходе счетчика 13 циклических наг{ зок; сигнал 20 на выходе счетчика 8 импульсов.35 . . СпособосуществляетсяСлелО ющимобразом. Сигнал виброакустической аммссии, генерируемый зоной резания, региетри ют40 преобразователем 1 колебаний, усиливают предварительным усилителем 2 и подают на вход полосового фильтра 3, с пШ401и ю которого отстраивают сигнал от низкочастотных помех, аызва ных работающим45 станком. Сигнал с выхода полосового фильтра 3 усиливают лромежуточньпм усилителем 4, детекти{}уют детектосюм 5 и подают на вход фильтра 6 низких частот, на выходе которого получают постоянную составляю-50 щую. Параллельно с этим сигнал с выхода пОлосоаого фильтра З илиааютшйрокополосным усилителем 11 (фиг.2 f5). Далее ати два стнала (с выхода усили-55 теля 11 и выхода ФНН 6) сравнивают в схеме 7 сравнения. При этом при обработке первой детали партии изменяют козффициент усиления одного из каналов до тех пор, пока значение постоянной состав/ . . , , : 88 ляющей сигнала (фиг.2 14) не станет больше его пиковых значений (фиг.2 15). По мере увеличения износа инструмента пиковые значения сигнала увеличиваются и на как(}м-то этапе начинают превышать постоянную составляющую с ФНЧ б (фиг.2 16 и 17), что 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 комттараторе 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 сйставляющей с выхода ФНЧ 6 и на резул1},татах сравнения зтих сигналов не сказывается (выход схемы 7 сравнения). Taким 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, а 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 в процессе резания регистрируют сигнал виброакустической змиссии, определяют текущеё значение постоянной составляющей сигнала виброакустической змиссии путем его детектирования и фильтрации, определяЮт степень износа режущего йнструмента, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения информативности и точности, в начале процесса резания сравнивак т пиковое текущее мгновенное значение сигнала виброакустической змиссии, генерируемого

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 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 количества превышений за равные промежутки времени.

п

15

/б /7

-И//

Фиг.1

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 виб- рбакустической 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

18