Способ управления процессом резания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН В 25/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В(Тсбржр,скии инсти- Октябрьской В.Пцюк тво СССР06, 1984. ЗАН (57 стр ия процессом обработкиерхностей на токарных для управлфасонных та н СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕИзобретение относится к станконию и может быть использовано ках с числовым программным упр ем. Цель - увеличение прочност и износостоикости инструмента при одновременном повьппении производительности и качества обработки за счет управления температурой нагрева инструмента. В режущей пластине создают температурный градиент по объему пластины перед началом процесса резания. Осуществляют нагрев пластины до обработки и охлаждение после обработки с заданной скоростью изменения температуры. В процессе резания автоматически управляют режимом нагреваКонтроль температуры осуществляют по величине электрической проводимости композиционной пластины путем сравнения ее с эталоном при замкнутой электрической цепи,а температуру нагрева поддерживают, не превьппающей оптимальной температуры резания. 3 ил.1 139353Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для управления процессом обработки фасонных поверхностей на токарных станках с числовым программным управлением.Целью изобретения является увеличение прочности и износостойкостиинструмента при одновременном повы шении производительности и качества обработки за счет управления температурой нагрева инструмента.На фиг.1 показана схема управления процессом резания, общий видф, на 15 фиг.2 - диаграмма изменения силы действия источника стабильного напряжения, на фиг,3 - кривая зависимости электрической проводимости от температуры. 20Способ реализуют следующим образом.Управление процессом резания осуществляют автоматически с помощью электронно-вычислительной машины (ЭВМ) В работе ЭВМ предусматривают годготовительньп, непосредственно работа и завершающий этапы. На подготовительном этапе производят обучение ЭВМ, вводят в память данные о физико-механических свойствах обрабатываемого и инструментального материалов, типа режущего инструмента, конструктивных особенностей станка, а также значения электросопротивления эталонного образца, величину перепада 35 температур, зависимость для расчета проводимости композиционной пластины, закон изменения напряжения источника стабильного напряжения иконтроля температуры перед процессом 40 резания, во время процесса резания и по его окончании или до последующей обработки.Устанавливают периодичность попе- ременных процессов Нагрев-контроль . 45 Затем нагревают режущую пластинудо температуры, не превьппающей оптимальную температуру резания, контролируют ее значения и на основании полученных данных управляют рабочими органами станка (включают привод подач). На этапе "Работа" в процессе резания производят управление режимом нагрева композиционной пластины: рассчитывают величину ее проводи мости и значения перераспределенной температуры, фиксируют контрольные значения и управляют процессом нагрева пластины. На завершающем этапе по команде ЭВМ в момент отвода инструмента из зоны резания композиционную пластину охлаждают с заданной скоростью или уменьшают температуру пластины до заданного значения при последующей обработке.На инструменте 1 с композиционной пластиной 2 в зажиме 3 с изолятором 4 устанавливают нагревательный элемент 5 (фиг.1). Перед началом процесса резания пластину нагревают и контролируют в замкнутой электрической цепи. Нагрев пластины осуществляют источником 6 стабильного напряжения путем замыкания цепи между проводниками 7 и 8, при этом включают токовый коммутатор 9 в положение "Нагрев". Регулирование режимом нагрева осуществляют при общем управлении ЭВМ 10 по наперед заданным законам изменения. Нагревают композиционную пластину путем увеличения напряжения в источнике от значения 0 мч до смак по наклонной линии 11 (фиг.2), при этом обеспечивают минимальный перепад температуры по объему пластины. Затем выдерживают при напряжении 11,до стабилизации температуры по объему пластины (линия 12) .В соответствии с периодичностью процесса "Нагрев-контроль ЭВМ управляет процессом контроля температуры режущей пластины (линия 12). При этом, одновременно подают команду переключения режима "Контроль" на источник стабильного напряжения, токовый коммутатор и аналого-циФровой преобразователь (АЦП) 13 по каналам соответственно 14-16, После команды ЭВМ на источнике стабильного напряжения устанавливают минимальную величину напряжения Бм, (Лиг,2), переключают токовый коммутатор в положение Контроль", усиливают сигналы в усилителе 17 напряжения, включают АЦП и ведут машинную обработку кодированных сигналов АЦП, поступающих на ЭВМ по каналу 18Значения электропроводимости преобразовывают в абсолютные значения температуры композиционной пластины следующим образом.С учетом заранее исследованной погрешности электрической цепи с помощью АЦП автоматически производят из мерения величин напряжения 11 мн и тока 1 мн на эталонном образце (эта1393лоне) 19. Раг.с гитынают электропроводимость композиционной пластины по формуле где К - заданцое электросопротинлецие эталона,Затем, используя аппроксимировац ную завцсцмост изменения электропроводймости Р от температуры Т (фиг3), рассчитывают значение температуры пластины, которое сравнивают с заданным, соответствующим оптимальному значению перераспределенной температуры резания Т, , Оптимальную температуру резания предварительно рассчитывают ца ЭВИ с учетом физико- механических свойств обрабатываемого 20 и инструментального материалов, а затем определяют перераспределение ее значений н месте контакта режущей пластины и нагревательного элемента. Процесс Нагрев-контроль поперемен но повторяют до достижения заданной температуры пластины, цо не превышающей оптимальное ее значение. При выполнении последнего условия ЭВМ подает команду по каналу 20 на блок 21 управления привода подач, а последний включает привод 22 подач.В процессе резания осуществляют попеременный нагрев и контроль температуры пластины по описанной схеме, Причем, значение температуры пластины поддерживают близким к перераспределенному значению оптимальной температуры резания и месте контакта нагревательного элемента и режущей плас 40 тины, но не выше данного значения.Это позволяет компенсировать падение температуры резания за счет только нагрева композиционной пластины, что обеспечивает большую эффективность45 управления процессом и исключает появление рисок на обработанной фасонной поверхности по сравнению с управлением процессом резания путем изменения режимон подач,50По окончании процесса резания, н момент отвода инструмента из эоны резания, обеспечивают постепенное охлаждение инструмента по объему пластины по линии 23 (фиг.3) с непрерывным уменьшением напряжения на55 источнике стабильного напряжения во времени 7 . В случае малого промежутка времени до последующей обработки 5324(небо вшие эцачецця вспомогательноо времени) охлаждение композиционной пластины ведут до температуры предварительного ее нагрева и удерживают температуру, затем включая в цикл новой операции или изготовление следующей детали. Это значительноповышает прочность инструмента притермоциклических цагружециях, управление процессом охлаждения инструмента осуществляют с помощью ЭВМ.Таким образом, способ управленияпроцессом резания инструментами скомпозиццоннымц пластинами позволяетрегулировать температурньпг режим доначала процесса резания (подготовительный этап), в процессе резания ипо его окончании илц до последующейобработки (завершающий этап).П р и м е р, Для управления процессом резания с помощью ЭВМ рассчитывают перераспределенную оптимальную температуру резания. В качестве исходных данных для расчета берутзначения составляющих силы резания, коэффициент усадки стружки, площади контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента, режимы обработки, параметры заточки рабочей части инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого и инструментального метериалов. Заготонка из закаленной стали ШХ 15(НкС 53-55),инструмент оснащен режущей пластиной из композиционного материала на основе кубического нитрида бора, Режимы обработки: скорость резания 105 м/мин, подача - 0,05 мм/об глубина резания 0,3 мм, Перераспределенная оптимальная температура резанияо480 С. В качестве нагревательного элемента в зажиме встроен и заизолирован проводник иэ медного сплава,Перед началом процесса резания по команде ЭВМ токовый коммутатор включают в положение "Нагреви задают постепенное наращивание напряжение от Б= 1 В при силе тока 1 и= 0,08 А до Цчо= 5 В (1 ; 2 А) по прямолинейному закону н течение времени= 40 с с последующей выдержкой ь = 20 с.Для контроля режущей пластины по команде ЭВМ переключают токовый коммутатор в положениеКонтроль" при одновременном уменьшении напряжения на источнике стабильного напряжения до Б = 1 В и включают АЦП. С уче 1393532том заранее исследованной погрешности электрической цепи определяют температуру режущей пластины, Для этого автоматически производят изме 5 рения напряжения и тока на эталоне 1) = 1 В и 1 =0,08 А, Сигналы усиливают в усилителе напряжений, преобразовывают в кодовые значения на АЦП и подают в ЭВИ, где рассчитывают 1 О электропроводимость композиционной пластины: У = 0,4 Ом при заданном электросопротивлении эталона К = 1 О Ом. В предварительных исследованиях получают зависимость 15Г(Т ) и аппроксимируют ее по виду2 кривой второго порядка типа у = ах + + вх + с. По известным значениям , определяют температуру пластины Т н сравнивают с перераспределенной оп тимальной температурой резанияо(Т,= 480 С). Принимают значение температуры нагрева пластины ниже То, но такое, что перепад температуры не оказывает снижение прочности инструмента. Для сверхтвердого материала из КНБ это значение, установленное экспериментально, составляет 0,7 Т, т.е. 0,7 х 480 = 336 С. Перед началом процесса обработки режимы Нагрев-контроль" повторяют доо достижения температуры пластины 336 С.При достижении заданного значения температуры ЭВИ дает команду на блок управления приводом подач и на привод подач. В процессе резания поперемен 35 но повторяют режимы "Нагрев-контроль причем значение температуры пластины поддерживают близким к перераспреленному значению оптимальной температуры резания (Т = 480 С), но не выше данного значения.По окончании процесса резания, в момент отвода инструмента из зоны резания осуществляют снижение температуры пластины по прямолинейному закону путем уменьшения напряжения от П а = 5 В до 11 д = 1 В в течение промежутка времени т = 35 с. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яСпособ управления процессом резания инструментами, оснащенными композиционными пластинами, включающий автоматическое изменение режимов резания и контроль температуры резания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,Фс целью увеличения прочности и износостойкости инструмента при одновременном повышении производительности и качества обработки, осуществляют нагрев композиционной пластины перед началом процесса резания и охлаждение по окончании процесса резания с заданной скоростью изменения температуры, в процессе резания поддерживают температуру не выше заданной, а контроль температуры осуществляют по величине электрической проводимости композиционной пластины, причем при нагреве температурный градиент создают в направлении вершины инструмента.