Устройство для определения износа инструмента Советский патент 1975 года по МПК B23B25/06 B23Q15/00 

УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ

(54) ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА

Изобретен 1е касается станкостроения, Известны устройства для определения износа инструмента в процессе резания по анализу спектра его вибраций, снабженные датчиком вибраций типа акселерометра,

установленного на режущем инструменте, усилительными, фильтрующими, детектирующими и пороговыми элементами. Однако точность из-тза влияния вариаций режимов резания (особенно скорости резания), а также из-за чувствительности к флуктуа-

ПИЯМ низкочастотной части спектра вибраций низкая.

Целью изобретения является, во-первых, увеличение точности работы устрой- ства путем анализа перераспределения резонансных частот у неизношенного и изношенного инструмента во вторых, увеличение диапазона вариаций режимов резания без потери точности измерения путем ста- билизации общего уровня напряжения на вы ходе предварительного усилителя, в-третьих, получение дискретного вида информаци об износе применения ее в цифровых

I системах программного управления стан

ками путем установки на выходе сумматора пороговых элементов. Это достигается тем, что сигнал об износе формируется в виде разности двух интегральных нормированных значений напряжений, снятых с полосовых фильтров, настроенных на резонансные частоты изгибных колебаний неизношенного и изношенного до критического значения инструмента. Для этого устройство имеет фильтр, который выделяет сигнал от датчика вибраций, лежащий в пределах двух собственных частот системы инструмент-зона резания, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, охваченным отрицательной обратной связью, нормирующей резонансную амплитуду на иыходе усилителя , два узкополосных фильтра настроенные на резонансные частоты вибраций соответственно неизношенного и нзнощенного до критического значения инструмента; пороговые элементы - триггеры Шмитта, настроенные на срабатывание от {)азличных уровней сигнала, несущего информацию об износе инструмента. Для определения износа применяется пьeзoэлeк рический датчик - акселератор колебаний инструмента. Чкспо пороговых элементов - триггеров, осушествл5поцшх дискретный выход информации об износе, принимается исходя из конкретных требований к точнос ти и широте диапазона работы устройства Предлагаемое устройство повышает точнос измерения и расширяет диапазон режимов резания, при которых происходит измерени износа. Дискретный выход информации поз воляет использовать устройство в различных системах контроля износа инструмента . На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого устройства) на фиг. 2 - статическая частотная характеристика узкополосных фильтров вместе с суммируюшим устройст вом. Устройство для определения износа инструмента 1 (см.фиг.l) имеет датчик пьезоэлектрический акселерометр 2, уста новленный на режущем инструменте 1 или его державке. Выход датчика соединен с предварительным усилителем 3 специальным экранированным кабелем. Выход пред варительного усилителя 3 соединен с активным фильтром 4, выполненным так, чт си; 1ал на его выходе не затухает в пре- долах двух резонансных частотК foj) Причем частота / (см.фиг.2 ) соответствует одной из резонансных частот изгниаых колебаний неизношенного инструмента, а частоте Q -частоте инструмента, изношенного до критического состояния. За указанными пределами сигнал на выходе фильтра сильно затухает. Выход фильтра 4 через суммирующее устройство соединен с усилителем 5, имеющим регулируемый коэффициент усиления. В суммирующем устройстве складываются сигналы фильтра 4 и блока 6, осушес- вляющего параметрическую отрицательную обратную связь для поддержания постоянного уровня сигнала на выходе усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен со вх дами двух узкополосных фильтров 7 и 8. Выход фильтра 7, настроенного на часто yfoi соединен с детектирующим блоком 9 и со сглаживающим фильтром 1О. Выход фильтра 10 соединен с сумматором 11. Аналогично выход фильтра 8, настроенного на частоту , соединен с дет ктором 12, фильтром 13 и сумматором 1 Bi.ixoa сумматора 11 соединен с блоком лороговых элементов i4 типа триггеров Шмитта, настроенных на с рабатываШ1е при различных уровнях сигнала. Выходы пороговых элементов несут информацию,. б износе режущего инструмента и мо- j ут быть соединены с различными прибоами регистрирования и систем ими упавления процессом резания. Предаагаемое устройство работает следующим образом. Датчик 2 виб1заций воспринитиает шум инструмента 1 при резании, преобразованный оператором системы СПИД. Интенсивность щума инструмента и вре составляющие спектра напряжений на выходе датчика зависят от скорости резания. Сигнал датчика усиливается в предварительном усилителе 3. Активным фильтром 4 из него выделяется наиболее информативный участок . .спектра, имеющий две собственные резо- i нансные частоты (, соответственно неизнощенного и изношенного инструмента (.кгц). Выделенный участок спектра затемнормируется с помощью усилителя 5 с регулируемым коэффициентом усиления и блоком параметрической обратной связи 6, осуществляющим изменение коэффициента усиления усилителя 5. Стабилизация максимального уровня сигнала на выходе усилителя 5 позволяет избавиться от вдаяния нестабильности амплитуды вибраций при вариациях режимов резани5. Причем применение автоматического регулирования уровня сиг нала не изменяет соотнощения между отдельными амплитудами спектра. Получением нормированного по уровню сигнала заканчивается предварительная обработка информации, цель которой - расширить диапазон вариаций режимов резания, при которых возможно изме)ение степени износа инструмента без уменьщения точности. Нормированный сигнал с выхода усилителя 5 подается на два параллельно включенных активных узкополосных фильтра 7 и 8, настроенных на резонансные частоты JQ J у. Затем сигналы по двум параллельным каналам детектируются в блоках 9 и 1 , сглаживаются фильтрами 10 и 13 и поступают I для вычитания н а сумматор 11. На фиг. 2 дана статическая частотная характеристика преобразования напряжений в двух параллельных каналах. Пунктирными линиями показань характеристики f,cooTBeTCTBeHHo 7 8, J.O и 8.. , 12, 13. Если инструмент на изношен, спектр сигнала на выходе в усилителе 5 определяется в основном амплитудами, расположенными в районе /Q, и поэтому на выходе 11 име. максимальное напряжение положительной полярности. По мере износа спектр на выходе усилителя 5 перераспределяется так, что основной сигнал смещается в сторону . В результате | этого напряжение на выходе 11 уменьшает до нуля. При максимальном иэносе. определяется амплитудами, и -на выходе су матора он имеет максимал 1Ье напряжение .отрицательной: полярности , Полоса про пускания фильтра 4 выбирается, в пределах (,. / vctoJcc. ) f поэтому на выходе усилителя 5 появляется сигнал, изменяющийся лишь в этом частотном диапазоне. Благодаря установке фильтров 10 и 13 удает ся избея ать случайных девиаций частоты шума резания в рассматриваемом диапазо не частот. Путем варьирования добротности фильтров 7 и 8 добиваются практически линейной характеристики, связывающей величину износа инструмента по задней гр ни с напряжением на выходе сумматора 11 Полученное на вьхходе сумматора 11 напряжение подается на систему пороговы с устройств триггеров Шмитта, настроенных на срабатьдвание при различных уровнях Ъигнала. Так опозновательным методом или после проведения тарироврчных экспе риментов осуществляется градуирование .каждого триггера в единицах износа. Градуирование можно осуществлять как по длине изнощенной фаски на инструменте, так и по ее площади. Именно эти величины наиболее точны в выходной информации I устройства. В результате отсутствия помех со стороны системы СПИД за счет настройки полэсовых фильтров на резонансные частоты в диапазоне выще 2 О кгц .точность устройства увеличилась. Диапазон .режимов резания, при которых происходит I измерение износа инструмента, значительно расщирен. 7 м eV и 3 о б р ejr е н и я. ДЛЯ определения износа инструмента в процесса резания по анализу спектра его виораций, снабженнр датчиком вибраций типа акселерометра, установленного на режущем инструменте, усилительными, фильтрующими, детектирующими . и пороговыми элементами, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, и помехозащишенности измерения, датчик вибраций через усилитель с регулируемым, коэффициентом соединен с двумя избирательными узкополосными параллельными фильтрами, настроенными на собственные частоты изгибны; колеба- НИИ, соответственно неизношенного и изно- щенного до критического..значения инструмента, при этом выходы фильтров через детектирующие и сглаживающие элементы включены на сумматоре встречно. 2.Устройство по П.-1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с цель|о расширения пределов режимов резания, при которых возможно измерение износа инструмента, выход и вход усилителя сондинен с блоком отрицательной обратной связи. 3.Устройство по П.1, о т л. и ч а ющ е е с я тем, что, с целью получения i информации об износе инструмента в диск- ретной форме выход сумматора соединен с параллельными пороговыми элементами, настроенными на срабатывания от сигналов различного уровня.