Способ определения износа режущего инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 й 3/ ЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМИ ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения(56)Уэллер Е., Шрайер Г, Определение износа инструмента по уровню звука при токарной обработке. Труды американскогообщества инженеров-механиков. 1969, й 3,с.5,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА(57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет определять текущий и критический износ режущего инструмента, атакже прогнозировать его долговечность засчет фиксации общего числа циклическихнагрузок. Цель изобретения - повышениеточности и информативности, Сигнал виброакустической эмиссии, излучаемый зонойрезания, регистрируют преобразователем 1колебаний. После его преобразования на Изобретение относится к машиностроению, в частностистанкостроению, предназначено для определения степени износа 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 перед щ ЫЛац 1714458 А 1 выходе 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 нестационарности процесса резания пиковые значения сигнала начинают превышать пороговый уровень. Количество этих превы-. шений на определенном временном интервале подсчитывают счетчиком 8 импульсов, Я 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 ра- Б боты подсчитывают общее количество циклических нагрузок. 2 ил. обработкой с помощью датчиков касания 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 суммарной величине коррекций судят о степени износа режущего инструмента.Наиболее близким к предлагаемому по 35 40 45 50 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.пфиксируют и запоминают при обработке изношенным инструментом, а при последующей .обработке неизношенным инструментом сравнивают текущее значение информативного параметра с ранее запомненным 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,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, определенное 5 10 15 20 25 30 предварительно, выявить состояние режущего инструмента,В известном способе также существует зависимость информационного сигнала, кроме величины износа режущего инструмента, и от вариаций технологических параметров процесса резания (твердость обрабатываемого материала, припуск заготовки и т,д.). Это может привести к получению ошибочного результата, так как вариации технологических параметров имеют случайный характер могут достигать значительных величин, влияющих на оценку величины предельного износа. В известном 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.Целью изобретения является повышение точности и информативности определения износа режущего инструмента.Согласно способу определения износа режущего инструмента, заключающемуся в 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 виброэкустической эмиссии, генерируемого неизношенным инструментом, с текущим значением его постоянной составляющей, определяют пороговый уровень путем усиления значения постоянной составляющей до величины, превышающей пиковое текущее значение сигнала виброакустической эмиссии, затем в процессе резания сравнивают пиковые текущие значения сигнала виброакустической эмиссии с пороговым уровнем, регистрируют количество превышений текущим значением сигнала виброэкустической эмиссии порогового уровня, по которому определяют количество циклических нагрузок на режущий инструмент, а степень износа режущего инструмента определяют путем сравнения количеств превышений за равные промежутки времени.Принцип действия и особенность обработки сигнала способа обеспечивают выбор независимого (инвариантного к режимам обработки) информационного признака, аименно 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 процесса облучения.В основу способа положены следующие особенности процесса резанияРаспределение амплитуд сигнала виброакустической эмиссии носит случайный характер в процессе обработки и зависит от многих факторов: условий трения по пере-. дней и задней поверхностям резца, характера стружкообразования, режимов обработки и т.д.Установлено, что при обработке неизношенным 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 обрабатываемого материала, увеличение интенсивности процессов образования и срыва нароста, повышение температуры в зоне резания и вероятности схватывания инстру. мента 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, в 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 накла- дываются на общий сигнал виброакустйческай 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 при сходе нароста гпо передней поверхности, так как в этом случае между задней поверхностью инструмента и деталью оказывается тело нароста, имеющего большую,10 чем у обрабатываемого материала плотность и твердость. Аналогичные процессы (в смысле резкого изменения мгновенных составляющих 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 20 процесса резания и проявляются прежде всего в увеличении дисперсии мгновенных амплитудных значений сигнала виброакустической эмиссии; В то же время все этиявления отражают характер циклическихнагрузок на инструмент.Таким образом, регистрируя в единицу 25 времени моменты превышения текущими пиковыми значениями сигнала виброаку 30 стичекой 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 35 числе циклических нагрузок на инструмент,сравнивая его с допустимым для данного 40 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,50 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 постоянимпульс возмущения, получаемый системой5 СПИД, может иметь большую величину, чемной составляющей сигнала превышает его пиковое Текущее, значение.На ФигЛ показана структурная схема, реализующая предлагаемый способ; на Фиг.2 - временные диаграммы. 5Способ осуществляется с помощью устройства, выполненного по структурной схеме (фиг,1), состоящей иэ последовательно соединенных преобразователя 1 олебаний, предварительного.усилителяй,полосо вого фильтра 3, промежуточного усилителя 4, детектора 5, Фильтра 6 низких частот (ФНЧ), схемы 7 сравнения, счетчэиФ. 6 им. пульсов и цифрового компвраторе 9, К управляющему входу счетчва З.ильвов 16 подключен. Формирователь Ю временныхинтервалов; Между выходом полосового фильтра 3 и вторым входож схемы 7 сравне ния подключен широкополоснмй усилитель11, К выходу схемы 7 сравнейия подключениндикатор 12 и счетчик 13 циклических нагрузок.На времеиной дивгреммв (Фв.2) показаны сигнал 14 на выхода ФЙЧ 6 при обработке неизношенным инструментом; сигнал 25 15 на выходе широкополосного усилителя 11 при обработке неиэнааенным инструментом; сигнал 16 на еыхеда ФНЧ 6 щм обработке изношенным инструментом; сигнал 17 на выходе щироаиеМжногеусилите ля 11 при обработке иэйеааинвпМ инструментом; сигнал 18 на вмхеда Формирователя 10 временных интервалов; сигнал 19 на выходе счетчика 13 циклйчаеких нагрузок; сигнал 20 на вЫходе счетчике 8 импульсов. 35Способ осуществляется следующим образом,Сигнал виброакустической эмиссии, генерируемый зоной резания, регистрируют преобразователем 1 колебвний, рэаивают предварительным усилителем 2 и подают на вход полосового Фильтра Э, с помощыв которого отстраивают сигнал от низкочастотных помех, вызванных работающим станком. Сигнал с выхода полосовего Фильтра 3 усиливают промежуточныи усилителем 4, двтектиоуют детекторам В и подают на вход фильтра 6 нйэких частот, нв выходекоторого получают постоянную составляю Ощую. Параялельно с этим сигнал с выхода полосового фильтра 3 усиливают широкополосным усилителем 11(фиг,2 ).Далее эти два сигнале (с выхода усилителя 11 и выхода ФНЧ.6) сравнивают в схеме 7 сравнения, При этом при обработке первой детали партии изменяю коэффициент усиления одного иэ каналов до тех пор, пока значение постоянной составляющей сигнала (фиг.2 14) не станет большеего пиковых значений (фиг.2 15),По мере увеличения износа инструмента пиковые значения сигнала увеличиваются и на каком-то этапе начинают превышатьпостоянную составляющую с ФНЧ 6 (фиг.216 и 17), чго приводит к срабатыванию схемы 7 сравнения. С ростом износа растетчисло таких превышений, которые подсчитываются счетчиком 8 импульсов (фиг.2 20),сравниваются с заданным в цифровом компарвторе 9. Подсчет импульсов ведется на,определенном временном интервале, котоРый формируют формирователем 10 временных интервалов (фиг.2 18). Кроме того, спомощью счетчика 13 циклических нагрузокпроизводят подсчет общего числа циклических нагрузок на инструмент от начала егоработы (фиг. 2 19),При изменении режимов резания изменяется величина пиковых значений сигналас выхода усилителя 11, но это компенсируется изменением значения постоянной составляющей с выхода ФНЧ 6 и нарезультатах сравнения этих сигналов несказывается (выход схемы 7 сравнения). ТакиМ образом, способ позволяет отстроитьсяот вариаций толщины срезаемого слоя и режимов обработки.Предлагаемый способ по сравнению сизвестным позволяет повысить точность диагностики состояния режущего инструмента за счет отстройки От вариаций толщинысрезаемого 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 позволяетоценить количество циклических нагрузокна режущий инструмент, что дает воэможность прогнозировать его стойкость, и обеспечивает повышение надежности работыметаллорвжущего оборудования, в том числе станков с ЧПУ. Формула изобретения Способ определения износа режущего инструмента, заключающийся в том, что в процессе резания регистрируют сигнал виброакустической эмиссии, определяют текущее значение постоянной составляющей сигнала виброакустической эмиссий путем его детектирования и фильтрации, определяют степень износа режущего инструмента, о.т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности и точности, в начале процесса резания сравнивают пиковое текущее мгновенное значение сигнала виброакустической эмиссии, генерируемогонеизношенным 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 текущимзначением сигнала виброакустической эмиссии порогового уровня, по которому оп ределяют количество циклических нагрузокна режущий инструмент, а степень износа режущего инструмента определяют путем сравнения количества превышений за равные промежутки времени.