Способ автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания и устройство для его осуществления

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧ ЕСКРЕСПУБЛИК 80910 23 Я 15/00 с 5 Щ "46 у-.АЯ ТЕНИЯ ТВ ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Тольяттинский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 648349, кл. В 23 В 49/00, 1976.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГОКОНТРОЛЯ СОСТОЯ НИЯ И УСЛОВИЙПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области станкостроения, предназначено для измерения основных параметров, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания непосредствс нно в ходе обработки,и может быть использовано для автоматического управления, выбора и поддержания оптимальных режимов обработки настанках, снабженных адаптивными системами управления и ГАП. Цель изобре.тенин повышение точности и расширение функциональных возможностей. Для этого дополнительно возбуждают на рабочей части инструмента в направлении подачи под углом а 1=30 45 по отношению к нормали, проведенной к плоскости резания, энергию маломощных ультразвуковых волн в качестве зондирующего сигнала, не влияю. щего на кинетику процесса резания, одновременно регистрируют и преобразовывают в электрический сложной формы сигнал возбуждаемые ультразвуковые волны со стороны инструмента под углом а.=30 45 к направлению возбуждения по отношению к нормали, проведенной к плоскости резания. В устройстве, реализующем способ, число диагностически каналов формирования полезных сигналов увеличено до и и оно снабжено ультразвуковым генератором, двумя пьезоэлектрическими преобразователями: первым предназначенным для возбуждения высокочастотного ультразвукового зондирующего сигнала, и вторым преобразователем регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.13809 1 О 15 20 1Изобретение относится к станкостроению, предназначено для измерения основных параметров, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания непосредственно в ходе обработки, и может быть использовано для автоматического управления, выбора и поддержания оптимальных реЖимов обработки на станках, снабженных адаптивными системами управления и ГАП.Цель изобретения повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности оценки непосредственно в ходе обработки физико-механических свойств контактируемых иар, обрабатываемости различных конструктивных материалов.На фиг. 1 показаны конструктивные особенности установки пьезоэлектрических преобразователей возбуждения и регистрации зондирующих ультразвуковых волн на рабочей части инструмента; ца фиг. 2 то же, для инструмента с измененной гсометрией; цд фиг. 3 блок-схема устройства для осусцествления способа,огсигнала, число которых может быть увеличено до п, включающие соответственно предварительные усилители 14.1; 14.2, подключенные к выходу блока 13 выделения огибающей амплитудной модуляции, перерастраиваемые узкополосные фильтры (уси.чители) 15.1; 15.2, подключенные к выходу предварительных усилителей, детекторы 16,1;16.2, подключенные к выходам фильтров, интеграторы 17.1; 17.2, подключенные к выходам амплитудных детекторов, схемы 18.1;18.2 сравнения подключенные к выходам интеграторов, задатчики 9.1; 19.2 контролируемых параметров, подключенные соответственно к второму входу схемы сравнения в каждом диагностическом канале, схемы 20.1; 20.2 автоматической поднастройки фильтров и задатчиков по максимальному значению выходных сигналов на выходе блоков 17.1; 17.2, блок 21 регистрации режимов обработки, включающий тахогенератор 22, кинематически связанный с обрабатываемой детал ью, и реа хорд 23, движок которого кинематически связан с суипортом.Устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь 1 возбуждения ультразвуковых высокочастотных колебаний (волн) на рабочей части режутцего инструмента 2 в направлении подачи под утлом, например я=45 к нормали, проведенной к плоскости резания, пьезоэлектрический преобразователь 3 ре истрдции отраженных ультразвуковы.с иолц иод углом 45 от границ раздела в ироцессс контакта инструмента 2 с лстальк 4, ультразвуковой генератор 5 возбуждения энергии ультразвуковых цолц, используемых в качестве зонлируюшсгс сигцдла, подключенный к входу преобразователявозбуждения ультразвуковых волн в зоне резания, це влияющих цд кинетику и процессы, протекающие в лоне контакта инструмента - детальь.Кдцдл формирования диагностических признаков включает последовательно соединенные цзбирдтельцый высокочастотный усилитель 6, настроенный на частоту возбуждения ультразвуковых колебаний ца рабочей части инструмента 2, фазовый детектор 7, опорный цхол которого подключен к выходу генератора 5, согласукцций элемент 8, обладающий большим входным сопротивлением, исключающий влияние интегратора 9 на огибающую амплитудной модуляции цд выходе фазового детектора 7, схему 1 О сравнения с подключенным к второму входу задатчиком 11, многовходовой регистратор 12, блок 13 выделения огибаюгцей амплитудной модуляции и подавления несущей высокочастотной составляющей колебаний возбуждаемых ультразвуковым генератором 5.Устройство содержит также два диагностических кдцдлд формирования полезного 25 30 35 40 45 50 55 При этом многовходовой регистратор 12 подключен своими входами к выходам блоков 9, 10, 17 1, 18 1 и 18 2, сигналы с которых являются выходными полезными сигналами устройства, дающими в комплексе информацию о параметрах, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания, и динамических характеристик. Причем выходной сигнал на выходе блоков 9 и О несет в себе текущую ицформацик о твердости контактирующих пар, их физико-механических свойствах и соответственно фактической площади контакта коцтактируемой пары инструмент-деталь. Изменение во времени последнего свидетельствует о диссипативных свойствах контакта.Используют амплитудно-частотный метод разлеления информации с помощью узкополосных перестраиваемых фильтров 15.1;15.2 из огибающей амплитудной модуляции возбуждаемых высокочастотных ультразвуковых волн, с последующими формированием полезных сигналов блоками 14 - 21.В зависимости от установления корреляционной связи частотных составляющих спектра, сформированные сигналы на выходе блоков 17.1, 17.2, 18.1, 18,2 являются выходными полезными сигналами, функционально связанными с износом режущих инструментов, шероховатостью обрабатываемой детали и ее обрабатываемостью, а также циклической нагруженностью режущего клина и виброустойчивостью станка.Способ осуществляется следующим образом.Высокочастотные ультразвуковые зондирующие волны возбуждают пьезоэлектрическим преобразователем 1 на рабочей части инструмента 2 в направлении подачи в1 З)Е 1 зпределах критичс скоп угла ос- ;1 45: (например а(=3 по отношеник) к нормали, провеленной в плоскости резания для режуцих инструментов с плдл ццкз. ми твердого сплава (фиг. 1), или;и отношению к перпендикуляру, проведс цному5 к образующей обрабатывамци дстд,и чсрез вершину резца для режуп(их инструментов со сменными (трехгрд(31(или, ч гы рехгранными и др,) пластицачи (фи:. )Регистрацию отраженных ультразвук вых волн и преобразование их в электрический сигнзл с учетом поглощения эцргии зоной резания осуществлякт с пчшьк пьезоэлектрического 1 реобрдзов)тел,1, установленного в пределах критического угл; а=30 - 45 по отнопеник) к нормали, проведенной в плоскости резания или черс.с вершины резца к поверхности обрдбатывд- мой детали. Отбор дктивнои сцл зсляк- щей энергии зондирукИих ультрдзв квых волн осуществляетя н момен г касания инструмента 2 и летали 4 в функщи изменения диссипативных с)ийл ц кццтдкд ПрИ НаЛИЧИИ ПрццС СЧ р.ШНИя Возбуждение ц попл с цис э(с рг и и ультрдзвуковьх цл 1 з 33.3(рх кпцс гц.г.;3,3; осуществлякт с пмощьк 3(ерестр;си Вдс чц го х л ьтр дз(сх кцвцгц (ецс ртор з . Лл я с 3- личения чувствите,ьцости 3(сс) ц у (сц с)уж.- ния ультр 33(схкц(с 1 зцц,иру 1013 с 3 ц си Н,с,33 выбирдкт рав(цй, с учгцч привслсцццй масс(я рабочсй чдсги ицлруч ц;3, гцй блвенной ресцц(33(с(33 3)с г с цреобрд сццд - теля, 3 д которой;ску33 (ск кое сцрцтц Ни мицичальн меж,) х)л;сми уст;сцццкц пь- ЗЭ, С Ктрп(КИС П( С 3 р, Сцц;) , 3 сс 6) женияи рсг 3 с 3 цц 35 Крцти ц 3 кя сцд 3 цц;(т(с сц;ш 3веннс возбуждения а, и рс.истр;ции а х л ьтрд.с(съ конь х 13ц с 1., ц рх кпс Гси 1 3:с.с (а=аз - ,М) 5) выб 3 рзют . ус чцбенности распрцсрцс ци проз,13;цыс 4 С) ультразвуковых (с,)333 и рсз р;сбц ) ю и 3;- тину твсрлогц сп.33333, кк при сч ъ, и кц) - рой скорость распрстрдц 1(ия х,ьрд с(с) кц ВЫХ ВОЛ ЗН ДЧ ИТЕЛ Ь 3 1 3 Ц Ь ИС, 1 Ч В Х; териале обрабзтындечи лта,и и,и сдчцйо;л )влцц, 3 чтц45 буждаемые цролольные Вцлны ог пье - элемента 1 распр стрдцяк)тся пол углцч а, ПРЕВЫ(цаК)ЩИМ НЕ ОтОРОЕ КРИТИЧЕСКОЕ З(Д- чение (а=26- ,) ), црц котором обеспечивается полцос внутреннее отражение продольньх Вц,ц и трд 3 сфцрмдция В здс- товку (обрабатывдсмук дсталь) часто сдвиГОВых или пОВсрхцсстных (при а=45") Во,13 распрострацякэцихся пд улом а . В тдкцл случае режущая пластина выполняет функции гасителя отрджнных продольных и сд(333- 55 говых волн заготовки (летали), а изменение диссиидт(свцх свойлв контзктд ицст румент-деталь не(кк релстве(цо с холе 6 рсбстк трдж(сс тся В сдкцц и сч цция стбрд энергии заготовки возбужлц чого зцц,рукцссгц сигнала. Зсц(д резания В лдццоч случае выполняет фуцкцик мцлуля- ТЦР(.Указ(нные осбснцсти .(еждв осноВс формровд ни 53 лиагццсти(ески х при:сн;3- кцв, в рдзраооткс и сцслднии устройства экцрЕСС-ццЕНКИ СОСтОяц(;я И ХСЛВИй ПрТС. кдния тс хнологического процса 1 н 33(ци)1.Формирование лиаГностических признаков осуц(сствляют путем регистрации отрджс нных ультразвуковых Волн иц(дируюпс го333 333(Гд с послелующим нреобрдзовдниеч их в элктрический сигнал сложной формы с полопЬк пьезоэлектрического преобразователя ). Затем выходой сигнал пьезоэлектрическогс преобрззовдтеля 5 усиливдк)т пзбирдтсл( Иям усилигелч (, цдстрнццым Ц( (ЗСГГТХ ЛЬТРЗ(3 КОВО 0 С 31 Р( ГОР 1;), и .етскт(рск)т фдзовым летктцроч 7, цдпрж 1 ис 113 Опорный вхО; котОрцц полаю)выхцлд ульгрд звукового гсцердгцра 5 сц сбу клция ультрдзвуковьх зш,иру к)щих (соли цд рдбочи части инстручс цтд1 ки ч образо, велич ицд и ис Врз ще С СфРЧИРОВДННС)ГЦ ВЬХ,1 НОГО И 1 ПР 5)ЖСНПЯ 331 ВЫХ.1 )33.)0(СОГС) ЛСТЕКТЦР 3.ОЦТ гв, н 1 (ссличице прирдщеццй и фдкичсскци и "сИ;.1 и коцтдкта (Ф 1 К) 3 цстрхчецт-лтль, износа ржущсго инструмента) В рлл и обрдать(33(слцгч,псридлд ,;сць(срлцс гц обрдб;стьВ;счых м,пе 33;.3(с ццс 333(с)ют пц изчецс ццн цдч;сльцой3313 ;3, Ыхц.33 ц;сцржс 333 31 3,хц.с .) с 1.Р 1(11(чс нсисГццси Гс 3531303)33 У СЛ Ц С И И П) Т 0 и Ц Л В 333 33 3 Д, 1 Ь3 )1 Х рС ж 3 ЧС цбрдбцтКИЕЛИ (ццЫ При 3)Кд, пц;шчи икрости рс сция) В 1;кцмц х 6 цг 3 пс Ф 11 К, гс х 6(ь с цти 1 эчс ; сц 3(цуг.Оч а.) ),31 р;3.3(сук,Х (С.33 СЦЦ;ИР) КЦЕГ СИГ 1;3,1;3, Х ХЕЦ ц3 33 3 с 3,1 Сз 1 О С 1 Г(13. 1 133 8 31(х цлСК ГЦГ;3 гССК, 33 СЦ(351 В,1 И и Ц И Я .1 ИСКРСЦ ЦС 5 33 5 цц) к 3 ис тру лс 3(т.лст(3,ь и чс н 51 к)13 цхся .идчи цских характеристик систмь (.1111;1 цепцсре,ц 3 сццо В .холе обработки. Выход. (цй с игндл фдзовогс) Летскторд лшцлцительцц усре,шкт (ицтегрир ют) Вц вречеци блоком с) Лля оценки с)тцоситс.льццгц изчцция Ф 11 К и твердости цбрдбдтывдс- чых материалов. Ндчзльцц .сцдчс цис В.ичицы контролируемых параметров,ля рдзць(х чдтеридлов залают с ццчццью здлдтчики 11 Затем сравнивдк)т их1 очццью схсчы 1 срдвцния с текущич сц; Ицием ц(пр 5 жсни я нз Выхсде б,цк .) и В В(де рдзнстнцгц сигнала ре(ил р(рх кт блцкоч (рс Илрдтцром) 12 кдк выхолцой полезный "игцд, ц срслцеч значении отборд э(цргии и 1)х цкциоцдльцо вд 33)ццьсх с цй Ф 1 К, и твс р.цстгьк цбрдбдтьвдс чцго матесФормула изобретения 55 5Наличие согласукццего элемента 8, выцолнякц(. го функции эмиттерного повторителя, позволяет, с одной стороны, усреднять во Времени ( помощью блока 9, меняющего выходное напряжение детектора 7, с лруп)й стороны, сохранять информативность в огибающей амплитудной модуляции полезного сигнала о комплексе информации динамических явчений, возникающих в зцконтакта инструмент-деталь, д следовательно, в зоне резания.Для оценки динамических явлений, возникающих в:)оне резания, определяющих виброустойчнвость сгднков, качество формообразования поврхносч и обрабатываемых деталей, ц)ероховзтость, цилиндрическую ндгружецность режупего клина и т. и., дополнительно выделяк)г огибающую амплитуднойой модуляции и подавляют несущую частоту .)оцдирукцг си цала с помощью 6,)окд 13, д )акж, исюльзуя змп.читуднсз(чготнц) ч(тол рд )Л(л(ния информации, формиру к)р,)зле.ьно укд (знные контролируемыцдрдл(тр, с шмп(ьк) идентичных и ли) Носч и скин каналов, образованных 6.нкачи 14 20 ьВыделение чдстопых сстзвляю)цих, корр,нрованнцх с контрлиручцми параметрами и 1 омировни( полезных сигндлов осх цествляют двточдтцчски лидгцостическичи каналами в процессе самообучения устрой Вд при кнтро.ьной обработке. При э)оч В)л.,Ни. н;6 е инрормзтцвных ато Ных (с )В,нцнх пос;Нрелв(ри)ьноо уси.Ии 6 лкдмц 4.1, 14 2 осуитвгянт двтч:)иски ( помошьк) узко- и,)О(.ц ых црос Гр и В. ч ц х фич Яров 15.1 15 2 схчдми,цпчтич ( кой н)с гройки (блоками) 20 1, 2 рь 2 цо максичдльному нд ц нин цро н г(ктиро)дннцх Выхолных (.игндл(В 1 иьрВ 15 1, 15 2 6,)окдчи 16.1, 1 б 2 с цос,)(унпих уредцениел интеграторами 17 1, 17 2 Фиксдцик) лонутцчых начеццй кИгр.ирум),х параметров также осу)цествлянт двгоч; и цскими блоками 9.1 19 2 со Встрк иными элктромеханическимц3 н д, оо В ы м и ) 6, ) кч и и ( ч Я т и,и р д в,ч Я . мычи соо)вт( )В(нк сх(лдми 20.1, 20.2 автоматической ндсгройки фильтров.Сравненн т( купио значения контролиру( чых пдрамерн с з),(дцццли блокзми 19.1, 9.2 лону")нчычи цачениями осупц ств,нс пч,пьн схч 18 1. 1)( 2 сравнения с по(,лу нццей регистрацией цо.)езццх сигн,.юв нд выходе блоков 17 и 8 чноговхолов,)ч 1 цтистратором 1211 к,)к)чци( Влияния Вризий режимов обработки нд измнциприращение) энрг.Гичскин уровни (ц(ктд осуп(еств.)5)к)т )Втоц(ти)с ки цу ) л Нзчс нния коффициентов перл; и црлв)ритг)ьных усилителей 14 1, 14 2 каждом и( лидгностических кдна- ЛОВ В фуНКцИИ ИМцНИЯ СИГНаЛа, СфОрмировднного блком 21 регистрации режимов обработки, Вк,нчдн)цим тахогенератор 10 15 20 25 30 35 40 45 50 22 регистрации частоты вращения детали и реахорд 23 регистрации изменения положения вершины резца при изменении диаметра обрабатываемой детали по заданной программе. 1. Способ автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания, включающий регистрацию спектра виброакустической эмиссии 1 ВАЭ), преобразование его в электрический сигнал и установление корреляционной связи между контролируемыми параметрами с видоизменением спектра электрического сигнала ВАЭ, отличающийся тем, что, с целью повьпцения точности и расширения функциональных возможностей, дополнительно в ходе процесса резания возбуждают зондирующий сигнал на рабочей части режущего инструмента в на. правлении подачи пол углом я)=30- 45 по отношению к нормали к плоскости резания, в качестве которого используют ко. лебзния высокочастотных ультразвуковых волн, одновременно со стороны инструмента регистрируют отраженные ультразвуковые Волны под утлом я. к плоскости резания, равным я, преобразуют их в электрический сигнал, модулированный по амплитуде, определяют потерю энергии отраженных х.)5 тр)звуковых волн и фиксируют видоизменения энергетических уровней спектра огибающей амплитудной модуляции в функции изменения диссипдтивных свойств контакта инструмент лталь непосрелственно в холе процесса резания, лля чего лемолулируют электрический сигнал по постоянной составляющей, по которой судят о фактической площади контакта, о твердости коцтактируемых пар и их физико- механических свойствах, а по глубине мо. дул яции, закону изменения и спектральному составу огибающей амплитудной модуляции судят о динамических явлениях, возникающих в зоне резания, и обрабатывземости материалов.2. Устройство для автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания, включающее диагностический канал, выполненный в виде соединенных последовательно предварительного усилителя, узкополосного перестраиваемого фильтра, высоких частот, детектора, интегратора и с.хемы сравнения, второй вход которой связан с задатчиком, связанным входом с выходом схемы автоматической настройки фильтров, второй выход которой соединен с узкополосным перестраиваемым фильтром высоких частот, а входс выходом интегратора многовходовой регистратор, связанный с выходом схемы сравнения лизгностического канала, и блок регистрации режимов обработки, связанный с входом предварительного усилителя диаг1380910 фиг 1 ностического канала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено по крайней мере еще одним диагностическим каналом, выполненным аналогично первому диагностическому каналу, 5 высокочастотным ультразвуковым генератором, первым пьезоэлектрическим преобразо. вателем, связанным с выходом высокочастотного ультразвукового генератора и предназначенным для возбуждения зондирующе го сигнала, вторым пьезоэлектрическим преобразователем, предназначенным для регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн, и высокочастотным каналом формирования диагностических признаков, включающим последовательно соединенные высокочастотный избирательный усилитель, настроенный на частоту возбуждения ультразвукового генератора, фазовый детектор, опорный вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора, согласующий элемент (эмиттерный повторитель), интегратор и схему сравнения с подключенным. к второму входу задатчиком допустимой величины контролируемого параметра, связанную выходом с входом многовходового регистратора, при этом выход блока регистрации режимов обработки соединен с управляющими входами предварительных усилителей каждого диагностического канала.Составитель Л. СеменоваРедактор И. Касарда Техред И. Верес Корректор С. ЧерниЗаказ 83 15 Тираж 921 ПодписноеВНИИПИ Государственноо комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5Г 1 рои водственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4