Способ контроля процесса резания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) П 1) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУьчен ССР 83, СА аци т л иелью ег м 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57)СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОПЕРЕЗАНИЯ, основанный на региствиброакустических сигналов, оч а ю щ и й с я тем, что, сповышения точности контроля,стрируют сигналы акустической эмиссии в процессе механической обработки, строят графическую зависимостьБ : 1 (А), где Б - число импульсовсигналов акустической эмиссии; А -величина амплитуды импульсов, приэтом выделяют участки с явно выра"женными экстремумами и устанавливаюзависимость изменения площади подуказанными участками от параметровпроцесса резания, а в качестве оптимальных принимают параметры, которым соответствуют минимальные значения площади под этими участками.10 15 Изобретение относчтся к машиностроению, в частности к способамконтроля процесса резания, обеспечивающим эффективность механическойобработки.Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение пределов контроля режимов резания,Во время механической обработкирегистрируют сигналы акустическойэмиссии, которые по амплитуде делятна и128 уровней квантования сшириной каждого уровня Е80 мВ,выделяют максимумы на кривой И ==Г (А), где Б - число импульсов сигналов акустической эмиссии А - величина амплитуды импульсов. изменяют условия механической обработки,например, варьированием режимов резания, пар инструментальных - обрабатываемых материалов и т.д, идентифицируют эти максимумы на разрушение,трение, пластическое деформированиеинструментального и обрабатываемогоматериалов, по изменению которых судят о протекании самого процессарезания.Способ основан на том, что в процессе резания генерируются сигналыакустической эмиссии (АЭ), При этомв зоне формообразования протекаютнесколько параллельно-последовательных процессов различной энергоемкости: пластическое деформировайие, тре"ние, разрушение обрабатываемого иинструментального материалов Источниками сигналов АЭ при пластическом деформировании является движение дислокаций, процессы двойникования, при трении - процессы соударения микронеровностей, адгезионного схватывания, при разрушениизарождение, рост микротрещин, ихслияние в макротрещины по плоскостям сдвига.Поэтому каждый процесс характеризуется своим математическим ожиданием статистической амплитуды генерируемых сигналов АЭ. Для регистрации источников сигналов АЭ весь диапазон амплитуд делят на и128 уровней квантования. Данное число уровней квантования объясняется минимумом выборки случайной амплитуды иэ генеральной совокупности событий, Ширина каждого уровня квантования (канала) должна быть Е 6 80 мВ. С уменьшени 25 30 35 40 43 50 41 ем ширины уровня квантования происходит переход от макроуровня к микроуровню при изучении процесса реэания, Например, при 1 с = 80 мВ регистрируется один источник, близкий к нормальному распределению, который в этом случае характеризует сампроцесс резания, а площадь под кривой - всю энергию сигналов АЭ, генерируемую в зоне резания. При 1;40 мВ происходит сужение каналов,т.е, как бы увеличение разрешающейспособности шкалы амплитуд в 2 раза.В этом случае уже отчетливо просматриваются три источника сигналов АЭ:трение, пластическое деформирование,разрушение, А при К ( 10 мВ процесстрения в зоне реэайия можно разделить на три микропроцесса: трение микронеровностей по микронеровностям, пластическое деформирование микронеровностей, разрушение микронеровностей, При 1 с 10 мВ можноидентифицировать процессы, протекающие на микроуровнях, Однако современная аппаратура, например, ИА 1024-95 позволяет регистрироватьтольКо сигналы с шириной канала10 мВ ( К : 80 мВ,В дальнейшем проводят идентификацию зарегистрированных источниковпутем изменения условий механической обработки, например, варьированием режимов резания пар инструментальных - обрабатываемых материалов и т,д,Пример,1Исследования проводились на вертикально-фрезерном станке РБ 20"7 ЕВБАК" (ЧССР),В качестве режущего инструментаиспольэовали фрезы четырехзубые диаметром 12 мм с углом наклона зубьев(й = 40 с коническим хвостовиком, Режущая часть была изготовлена иэ быстрорежуцей стали Р 6 М 5 К 5.Геометрия заточки инструмента:14 ; К = 15 ; Ч = 45 ," (,= 10-15В = 1.мм; ,1= 0Основную часть испытаний проводили на образцах из стали ЗОХГСА приследующих режимах резания: Ч = 0,031,2 м/с; Б = 8 - 80 мм/мин; Е=0,015 мм; В = 5 - 25 мм.Пьезоэлектрический датчик крепили на образцах, При этом предполагали, что регистрируются сигналы А 9,генерируемые в результате процессов,имеющих место в обрабатываемом мате 21099450 55 риале, так как сигналы АЭ, генерируемые в инструменте значительно ослабляются при прохождении границы раздела инструмент - обрабатываемый материал.В качестве измерительной аппаратуры использовали стандартный комплект акусто-эмиссионной аппаратуры,состоящий из пьезоэлектрическогодатчика, предварительного усилителя,блока фильтров, основного усилителя,блока обработки сигналов, анализатора импульсов АИ-95 и цифропечатающего устройства,При проведении экспериментов прип = 128, К = 20 мВ регистрируютсяисточники, характеризующие процессытрения, пластического деформирования,разрушения обрабатываемого материала. На фиг. 1 показано изменениехарактера кривой И = Г (А) в зависимости от изменения скорости фрезерования, При малых скоростях резаниярегистрируют один (фиг. 1, кривая 1)источник сигналов, С увеличениемскорости резания появляется еще одинисточник (фиг. 1, кривая 2). На больших скоростях резания регистрируюттри источника (фиг. 1, кривая 3) сиг-.налов АЭ, При этом меняется как модаисточников, так и число импульсов,характерирующих источники. При увеличении подачи и глубины резания тенденция изменения характера кривойИ = Г (А) имеет ту же закономерность,С увеличением пластических свойствобрабатываемых материалов третий источник появляется на более высокихскоростях резания, Исходя из экспериментальных данных можно предположить, что третий источник характеризует процесс разрушения обрабатываемого материала. При этом сигналы АЭ генерируются .эа счет образования, роста и слияния микротрещин в магистральные трещины по плоскостям сдвига, При уменьшении глубины резания С с 0,5 до 0,01 мм происходит последовательное исчезновение источников 3 и 2Остается только источник 1. После введения в зону резания СОЖ наблюдается уменьшение числа импульсов этого источника в 5-10 разЕсли предположить, что источник 1 характеризует процессы трения инструмента с обрабатываемым материалом, а источниками воли напряжений (ВН) являются со 10 15 20 25 30 35 40 45 дарения микронеровностей и адгезион ное схватывание, тогда становится объяснимо влияние СОЖ на значительное уменьшение числа импульсов источника 1, На фиг, 2 показано влияние СОЖ на кривую распределения И= =Г (А) сигналов АЭ. СОЖ, с одной стороны, за счет смазывающего действия уменьшает коэффициент трения инструментального и обрабатывающего материала, о чем свидетельствует уменьшение числа импульсов источника трения (1, фиг. 2), а с другой стороны, за счет снижения температуры эоны резания увеличивает работу, необходимую на пластическое деформирование и разрушение (2 и 3, фиг. 2) обрабатываемого материала.На фиг, 3 показано изменение кривой И = Г (А) при обработке различных по физико-механическим свойствам трех материалов на одинаковых режимах резания.В качестве материала выбрана сталь ЗОХГСА. Получены три источника: 1 трение; 2 - пластическое деформирование; 3 - разрушение (кривая 2). Для меди (кривая 1) на этих же режимах резания характерны только трение и пластическое деформирование. Источник разрушения не проявляется.Наоборот, для хрупкого материала (70 Г) характерно слабое пластическое деформирование и интенсивные процессы хрупкого разрушения (кривая 3).Следовательно, регистрируемые источники можно характеризовать модой распределений и площадью источника (общее число импульсов). При этом по энергоемкости источники расположены в следующем порядке: трение, пластическое деформирование, разрушение. Источниками трения являются процессы соударения микроне- ровностей и адгезионного схватывания, источниками пластического деформирования - движение дислокаций, источниками разрушения - рост трещин. Амплитудный анализ сигналов АЭ позволяет идентифицировать источники сигналов АЭ при обработке материалов как на макро-, так и на микроуровнях (макроуровень - это трение, пластическое деформирование, разрушение; микроуровень - это разделение, например, процесса трения на те же составляющие).1210994 Строя графическую зависимость Б = Г (А), выделяют участок с явно выраженными экстремумами и устанавливают зависимость изменения площади под указанными участками от паФ 10 0 ХО И 70иг,3 Г. Варино еш Корре остав ехред Л. П Л. Пилипенк ск Тираж 1000енного комитета СССтений и открытий-35, Раушская наб.,дписноефилиал ППП "Патент", г,од, ул. Проектная з 583/16 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, раметров процесса резания, в качестве оптимальных принимают параметры,которым соответствуют минимальныезначения площади под этими участками. 1 О ГО