Способ контроля состояния режущего инструмента

(71) Киевский полит50-летия Великой Оческой революции(54) СПОС ЖУЩЕГО (57) Испол ж его и ОЯНИЯ РЕОНТРОЛЯ СРУМЕНТА ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М 27ехнический институт им ктябрьской социалист(ЯО), Ян Жижка (СЯ),И,Луканчевский (ВО)К. 57-34062,ублик, 21.07.82.М 52 в 1638,публик, 16.12.81. Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано для определения износа режущего инструмента и обрабатываемости материалов в условиях автоматизированного процесса механообработки,Известен способ контроля состояния режущего инструмента, основанный на зависимости усиления вибрации инструмента от его износа, предусматривающий определение износа по частотной составляющей сигнала вибраций (1-10 кгц), причем до-. стижение величийы допустимого износа определяют по превышению величины уровня высокочастотной составляющей.Недостатком этого способа является низкая точность контроля состояния режущего инструмента, так как превышение заданной величины составляющей сигнала вибрации в низкочастотном диапазонеможет быть обусловлено шумами технологической системы инструмента.Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля состояния режущего инструмента, заключающийся в определении степени износа режущей ьзование; контроль состояния реущ нструмента. Сущность: регистриру)от сигнал акустической эмиссии в процессе обработки детали инструментом, Анализ проводят по изменению во времени характеристик сигнала акустической эмиссии.2 ил,кромки инструмента по амплитуде и частотевлбраций, регистрируемых датчиком вибраций путем интегрирования усиленных сигналов и сравнения их в компаратореустройства, осуществляющего способ. Суммарную энергию вибраций за определенный интервал времени сравнивают сустановленной величиной, причем превышение последней на определенную величину регистрирует допустимую величинуизноса.Недостатком этого способа является,также низкая точность контроля состоянияинструмента в процессе резания;Цель изобретения - повышение точности контроля состояния режущего инструмента,На фиг.1 дана блок-схема устройствареализации способа; на фиг,2 - эпюры зависимости кепстра сигнала акустическойэмиссии от состояния процесса резания.Способ контроля состояния режущегоинструмента осуществляют по схеме, представленной на фиг,1, Преобразователь 1акустической эмиссии, в качестве которогоиспользуют широполосный нерезонансныйщи совокупности паласовых фильтров 6,1, 20 30 ф 25 пьезоэлектрический преобразователь, устанавливают, например, на реэцедержателе режущего инструмента 2, контактирующего с обрабать 1 ваемсй заготовкой 3, Сигнал акустической эмиссии, возникающей в зоне резания и распространяющейся в инструменте 2. усиливают усилительным комплексом, состоящим из предварительного усилителя 4 и усилителя 5. Регистрируемый диапазон частот 0,5 - 1,5 Мгц является наиболее информативным дпл определения состолнил режущего инструмента, поскольку он характеризует физические процессы, проц."сх"гдйцие в результате резания на уровне макро- и млкроструктурных изменений кристаллических решеток материалов пары инструмент - деталь, .Фильтрацию усиленного сигнала широкополосного преобразователя 1 осуществляютпри памо 6 Я, которые позволяют исследовать, св нэл в различных поддиэпэзонах частот, При этом возможно исследование как отдельных диапазонов; так и всего широкополосного .Спектрасигнала вибраций Совокупность фильтров 6,1,6 Я подключена к блоку 7 быстрого преобразования Фурье (БПФ), причем способ подкл 1 счения может быть двояким: параллельным либо последовательным с установленным на входе блока 7 коммутатором для последовательного оп роса каналов блока фильтрации 6,1.6,К, Блок 7 осуществляет разложение поступающих сигналов в различных частотных диапазонах на спектральнь 1 е составляющие. Анализ спектрэльнцх составляющих недостаточно эффективен при диагностике состояния режущей кромки инструмента, поскольку регистрация измененил ширины спектра, амплитуды составляющих в зависимости от изменения состояния процесса резания приводит к погрешностям работы устройства, реализующего контроль состояния режущего инструмента, Поэтому точность работы повышает анализ параметров функции кепстра сигнала акустической эмлссии. Кепстр представляет собой функцию логарифма спектра мощности исследуемого сигнала.Для определения параметров кепстра сигнала акустической эмиссии процесса механообработки блок 7 БПФ подкл 1 очают к блоку Я логарифмирования, Вь 1 ходной сигнал блока 8 представляет собой кепстр исследуемого сигнала, который поступает для последу,ощих изменений режимов резания в стойку ЧПУ металлорежущего станка, Госкольку изменение состояния процесса механообработки влечет за собой изменение параметров сигнала акустической эмиссии,то компонента сигнала кепстра, представленная пиком функции фиг,2), изменяет свои параметры в соответствии с ростом износа режущей кромки инструмента, характеристикой обрабэтывэемости материала заготоВки, наличием сколов и поломок режущей кромки инструмента, Так как рост изнашиванил инструмента характеризует расширение спектра акустической эмиссии в сторону низких частот, происходит смешение пика функции кепстра по оси "Время,мс" влево (фиг.2 в), тогда как в начале резания до момента окончания приработки режущего инструмента пик кеп стра 5 смещается вправо (фиг,2 а) пс сравненис спериодом нормального изнашивания режущеи кромки фиг.2 б). Состолние поломки режущей кромки инструмента характеризует резкое увеличение пика Функции непосредственно перед выкрашиванием режущей кромки, что характеризует напряженил в режущем клине. В момент поломки пик функции кепстра исчезает (фиг.2 г). Таким образам, функция кепстрэ сигнала акусти ческой эмиссии позволяет определить состояние режущего инструмента в процессе резания,Г р и м е р, В качестве широкополосногопьезоэлектрического преобразователя 1 акугтическай эмиссии можно использовать, например, датчик марки ООКЕОАЧ/ЕМОЕЧСО Р 807 В, В качестве усилительного комплекса можно использовать, например, широкополосный усилитель высокочастотных сигналов УЗ, либо рэзрабать 1 ваемый предусилитель с усилителем с комплексным коэффициентом усиления 60 дБ. Совокупность паласовых фильтров 6.1.,6,й может быть реализована, например, на базе филь- О тров Чебцшева, Функции блока 7 БПФ иблока 8 логарифлированил могут быть осуществлены на основе программируемых компьютеров, например, можно использовать ЭВМ типа "Электроника - 60 М". При 5 этом на входе ЭВМ должно быть предусмотрено устройство сопряжения блока 7 с системой регистрации .аналоговых электрическ 1 лх сигналов, характеризующих параметры акустической эмиссии инстру- О мента.Таким образом, устройство сопряжениявходит в состав блока 7 БПФ и выполнение его может быть осуществлено на основе АЦП (аналого-цифровых преобразователей).5 При этом число каналов устройства сопряжения сООтВетствует числу фильтров б,Н (В случае параллельного ввода поддиапазонов регистрируемого сигнала акустической эмиссии)Выходы блока 8 логарифмирования в случае использования системы в автоматизированном процессе механообработки подключают к стойке ЧПУ металлорежущего станка,На фиг,2 представлены эпюры кепстрасигнала акустической эмиссии, соответствующие состоянию режущей кромки проходного резца, отраженной стойкостнойхарактеристикой Ъ 1 знос, Ьэ - Время, т. ", гдепз - величина износа по заданной грани.Эксперименты проведены на станке 10ТПК - 125 ВМ,Геометрия проходного токарного рез. 60 о,80 о, . .8 орежущей пластины Т 15 К 6, Материал обрабатываемой заготовки Ст. 45, диаметр 50 15мм, Частота вращения шпинделя и = 800об/мин; подача Я = 8 мм/мин; глубина резания т = О, 3 мм. Резание осуществлялось приотсутствии СОТС (смазочно-охлаждающейтехнологической среды), 20Положение пика функции кепстра(фиг.2 а) (Ьз = О, соответствует началу резания) принято в качестве отсчетного. Стадиянормального износа резца (фиг.2 б) характеризуется смегцением пика по оси абсцисс от.отсчетного положения на Л= 15 Д,При достижении предельно допустимого износа (пз = 0,8-0,85 мм) пик кепстра смещен почти на 60;4 в сторону нулевого отклика системы (фиг.2 в). Состояние поломки инструмента (фиг,2 г) характеризуется резким увеличением пика функции кепстра непосредственно перед выкрашиванием режущей кромки, в момент поломки пик кепстра исчезает. П реимуществом предла гаемого способа контроля состояния режущего инетрумеюа по сравнению с известным является повышение точности контроля. поломки, предельно допустимого износа, момента окончания приработки режущего инструмента в 1,4 раза в условиях автоматизированного производства. Формула изобретения Способ контроля состояния режущего инструмента, включающий регистрацию и анализ сигнала акустической эмиссии в процессе обработки детали инструментом, о тл ичаю щийся тем,что,сцельюповышения точности контроля, анализ производят по изменению во времени характеристик кепстра сигнала акустической эмиссии,1748995 ставитель Т,Клочк ред МЛоргентал дактор Е.Папп ТехКорректор О ципле роизводственно-Издательский комбинат "Патент", г, Уж ул. Гагарина аз 2552 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыгиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45