Способ измерения износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО ИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 172 ОА 1 МЗ 5(51)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬ Т ювааЪвеиз Я(71) Пензенское производственное объединение "Эра"(56) Авторское свидетельство СССР М 1120216, кл. 0 01 й 3/58, 1984.Авторское свидетельство СССР М 1629824, кл. 0 01 й 3/58, 1989.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ОБРАБОТКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ(57) Изобретение относится к обработке металлов резанием, преимущественно к способам измерения износа режущего инструмента, и может найти применение для измерения износа режущего инструмента при автоматизации металлорежущего Изобретение относится к обработке металлов резанием, преимущественно к способам измерения износа режущего инструмента, и может найти применение для измерения износа режущего инструмента при автоматизации металлорежущего оборудования,Известен способ оценки износа инструмента. согласно которому осуществляют резание, затем останавливают подачу режущего инструмента, останавливают относительное вращение заготовки через 1 - 3 оборота после остановки подачи, возбуждают механические высокочастотные или ультразвуковые колебания в одном из звеньев кинематический цепи инструмент - деталь; регистрируют механические колебания, прошедшие через каждую контактную оборудования, Целью изобретения является повышение производительности, В процессе обработки заготовки после начала вреэа. ния инструменту сообщают в направлении главного движения резания механические высокочастотные или ультразвуковые колебания. Амплитуду колебаний инструмента определяют из условия а12,5 чокр.Т 10 мк, где чокер, - окружная скорость обработанной поверхности; Т - период колебаний, В процессе измерений регистрируют время т контакта режущей кромки инструмента и обработанной поверхности, измеряют линейную скорость ч вибрационного движения инструмента за время т, с учетом которых определяют ширину Ь износа контактной площади по задней поверхности инструмента после обработки -й заготовки, 2 ил. 1 табл. поверхность инструмент - деталь, и по личине колебаний определяют степень носа.Данный способ не позволяет апре лить количественную величину износа, вь ражаемую именованным числом, а также н позволяет выполнить измерения в процесс резания: требуется останов подачи и отн сительного вращения заготовки, что сн жает точность результата и производительность труда,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей, согласно которому осуществляют резание, затем останавливают подачу режущего инструмента, останавливают относительное вра1725100 5 10 1 у ь,50 где йз - ширина изношенной контактнойплощадки по задней поверхности, мм;а - главный задний угол, град;О - величина износа по направлениюнормали к обрабатываемой поверхности,мм. 55 щение заготовки, возбуждают механические высокочастотные или ультразвуковые колебания в одном из звеньев кинематической пары инструмент - деталь в направлении главного движения резания и измеряют значение х времени контакта поверхностей в каждом цикле колебаний, с учетом которых оценивают износ инструмента.Недостатком способа является невозможность выполнения измерений в процессе резания; требуется останов подачи и относительного вращения заготовки, что снижает производительность труда.Цель изобретения - повышение производительности труда за счет совмещения процессов резания и контроля.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения износа режущего инструмента при обработке цилиндрических заготовок, заключающемся в том, что осуществляют периодическую обработку резанием, в моменты остановок сообщают одному из звеньев пары инструмент - заготовка механические высокочастотные или ультразвуковые колебания в направлении главного движения резания, и регистрируют время т контакта поверхностей инструмента и заготовки в течение каждого цикла колебаний, с учетом которых оценивают износ режущего инструмента, сообщение инструменту указанных колебаний осуществляют в процессе резания заготовки после начала врезания инструмента, определяют амплитуду а колебаний из условия а12,5 чокр Т 10 мк, где чокр - окружная скорость обработанной поверхности; Т - период колебаний, измеряют линейную скорость ч вибрационного движения инструмента за время ти определяют ширину Ь износа контактной площадки по задней поверхности инструмента после обработки 1-й заготовки по формуле где а - главный задний угол инструмента; и - число оборотов заготовки;г - время контакта поверхностей инструмента и заготовки при обработке первой заготовки,Сообщение инструменту механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в процессе резания заготовки после начала вреэания инструмента позволяет уменьшить стоимость изготовления детали и сокращает время цикла за счет совмещения процессов измерения и резания, в ре 15 20 25 30 35 40 45 зультате чего повышают производительность труда.Определение амплитуды а колебаний из условия а 12,5 чокр. Т 10 мк позволяет системе прийти в исходное положение за время между двумя импульсами и исключить накапливание в системе запаса энергии вследствие действия предыдущих импульсов, т.е. исключают возможность "раскачивания" системы, чем повышают устойчивость процесса.На фиг,1 приведен эскиз, поясняющийпроцесс осуществления предлагаемого способа; на фиг,2 - блок-схема устройства дляреализации способа.Устройство, соединенное последовательно, содержит вибратор 1, установленный на суппорте станка, режущийинструмент 2, пьезоэлектрический датчик 3вибрации, измеритель 4 шума и вибрации,предназначенный для измерения абсолютного значения линейной скорости вершинырежущего инструмента в направлении главного движения резания, измеритель 5 временных интервалов, предназначенный дляизмерения текущего значения времени резания на дискретной длине обрабатываемой поверхности в каждом цикле колебанийинструмента, блок 6 коммутации, аналогоцифровой преобразователь 7 и блок 8 управления (микроЭВМ), подключенный ксистеме 9 ЧПУ,Второй вход блока 6 коммутации соединен с вторым выходом измерителя 4, второйвход которого соединен с вторым входомизмерителя 5, выходом системы 9 ЧПУ ивходом датчика 3, С блоком 8 управлениясоединены коммутатор 6, вибратор 1 и входсистемы 9 ЧПУСпособ осуществляют следующим образом,Осуществляют обработку заданного диаметра. После начала врезания сообщаютинструменту механические высокочастотные или ультразвуковые колебания заданных периода Т и амплитуды а в направленииглавного движения резания.Согласно фиг.1 ширину изношенной контактной площадки по задней поверхности можно вычислить по формуле(7) 50 Величина износа по направлению нор- мали может быть представлена в виде раз-. ности между величиной текущего радиуса обработки гч и начального (заданного) радиуса Во в виде 5где чокр - окружная линейная скоростьобработанной поверхности,м/мин;О - диаметр обработки; мм; 15и - число оборотов заготовки, об/мин.Тогда из выражения (3) текущий радиус.обработки записывают в виде С учетом (2) и (4) выраженйе (1) зайисывают в виде.25 "1Я "Яф/окр; окр,1 (О ММ,(5) Колебания инструмента начинаются в некоторой точке 0 (фиг,1). При движении 30 инструмента в направлении (+ОЕ) со скоростью ч = асо соз см на участке ЕА образуется в процессе резания стружка и в течение времени г звенья образуют элемент пары (контакт) инструмент-деталь, при этом каж дая из множества точек участка ЕА проходит путь, равный длине резания в одном цикле колебанийф При дальнейшем движении в направлении (-02) происходит разрыв элемента пары, что является основой дискретности измерений, На расстоянии от точки А до 45 точки Е стружка в течение времени (Т - т ) не контактирует с передней поверхностью инструмента и точка А пройдет путь при этом точка В переместится в первоначальное положение точки Е, а точка О соответственно в положение точки А.Исходя из условия равенства углов по ворота заготовки в каждом цикле колебаний инструмента, приравнивают правые части выражений (6) и (7), решают полученное уравнение относительно чокр ист и записывают эту величину в видехЧ окр. ист = т0 (8) где чокр ист истинное текущее значение окружной скорости обработанной поверхности в зоне измерения, м/мин;т - текущее значение времени резания в каждом цикле колебаний. входного звена, с; Т - заданный периодмеханических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в направлении, главного движения резания, с;ч - текущее значение линейной скорости вибрационного движения инструмента за время Х, м/мин.Подставляют выражение (8) в (5) и окончательно записывают формулу для определения ширины изношенной площадки по задней поверхности в виде Согласно фиг.1 с увеличением ширины износа площадки по задней поверхности увеличивается величина износа по направлению нормали к обрабатываемой поверхности, Из этого следует, что увеличиваются текущий радиус обработки, окружная линейная скорость, время резания в одном цикле колебаний инструмента. К этому. выводу. можно прийти и из анализа приведенных математических выражений.В соответствии с блок-схемой (фиг,2) по команде на проведение измерений система 9 ЧПУ запускает программу обработки заданного диаметра на станке, После начала врезания блок 8 управления запускает программу измерений. Блок 8 управления включает вибратор 1; который возбуждает механические высокочастотные или ультразвуковые колебания инструмента в направлении главного движения резания.Величину периода Т механических или ультразвуковых колебаний инструмента выбирают в диапазоне 18 - 30 кГц согласно паспорту вибратора.Предельное значение амплитуды колебаний инструмента определяют путем расчета, для чего записывают: среднюю величину линейной скорости ч вибрационного движения инструмента в направлении главного движения резания за время г в видечи средн = 0,24 - 10 м/мин (10)Т,расчетную величину линейной скорости обработанной поверхности в виде чокр расч = К,Орасч и 10 .Мlмин, (11)-3 предельное отношение, при котором обеспечивается устойчивое резание в заданныхрежимах, в виде где чи среди - средняя линейная скорость вибрационного движения инструмента в направлении главного движения резания за время 7, м/мин;чокр расч - расчетная величина линейной скорости обработанной поаерхности, м/мин;а - расчетная величина, предельного порогового значения амплитуды колебаний инструмента в направлении главного движения резания, мк;Т - заданная величина периода вынужденных высокочастотных или ультразвуковых колебаний инструмента в направлении главного движения резания, с;Орасч - диаметр обработанной поверхности согласно чертежу (эскизу технологической карты), мм;и - заданное число оборотов заготовки, об/мин.Подставляют в (12) правые части выражений (10) и (11) и путем несложных вычислений записывают предельное, большее некоторого порогового значения выражение для амплитуды в видеа12,5 л Орасч, и Т мк,или а12,5 чокр расч Т 10 мк. (13) Верхнее ограничение величины амплитуды определяется целесообразностью рабочего хода инструмента, т,е, точка А (фиг.1) не должна выходить за пределы диаметра заготовки. Выход за этот предел увеличивает холостой ход инструмента,На инструментустанавливаютдатчик 3 вибрации, представляющий собой акселерометр.Механические колебания посредством датчика 3 преобразуют в электрический сигнал, который затем подают. на вход измерителя 4 шума и вибрации, где сигнал усиливают, фильтруют, выделяют постоянную составляющую сигнала с помощью детектирования и на выходе получают значение линейной скорости ч вибрационного движения инструмента за время одновременно выделенную постоянную составляющую сигнала от измерителя 4 шума и вибрации подают на вход измерителя 5 временных интервалов, где измеряют вре 20 25 30 35 40 45 50 55 менной интервал периодических сигналов в форме времени резания (времени контакта) т .в каждом цикле колебаний. Блок 6 коммутации, управляемый от микроЭВМ, подключает аналого-цифровой преобразователь 7 к измерителю 4 шума и вибрации и измерителю 5 временных интервалов, Аналого-цифровой преобразователь 7 преобразует аналоговые сигналы измерителя 5,временных интервалов и измерителя 4 шума и вибрации в циФровые коды микроЭВМ, Запоминают цифровые коды для первой детали и повторяют измерения для 1-й детали. МикроЭВМ обрабатывает сигналы по алгоритму (9) и, в зависимости от результата расчета, выдает соответствующую команду в систему 9 ЧПУ на замену инструмента или продолжение обработки в случае его работоспособности.П р и м е р. Обтачивают в центрах вал начисто. Диаметр вала О = 200 мм; длина= 2000 мм;Режим резания (обычное резание): окружная линейная скорость обработанной поверхности (расчетная) чокр расч = 150 м/мин; глубина резания т = 1,5 мм; подача= 0,3 мм/об; резец проходной, Т 15 К 6, задний угол а= 12 о; обрабатываемый материал - ст.45,Параметры вибрационного движения инструмента: задаваемый по паспорту вибратора период вынужденных высокочастотных или ультразвуковых колебаний режущего инструмента в направлении главного движения Т = 50 10 с (частота 1 = =20000 Гц), расчетное значение амплитуды вынужденных колебаний инструмента а = =100 мк (а12;5 л О,п,Т = 12,5 чокр,Т 10 =12,5 150 1050 10 =93,75 мк).Обработку ведут методом классического (обычного) резания. Измеряют в соответствии с техническим решением заявленного объекта текущие значения параметров для первой, 1-й детали и вычисляют износ.Результаты расчета сведены в таблицу, ф ар мул а и зоб рете н и я Способ измерения износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей, заключающийся в том, что осуществляют периодическую обработку резанием, в моменты остановок сообщают одному из звеньев пары инструмент. - заготовка механические высокочастотные или ультразвуковые колебания в направлении главного движения резания и регистрируют время контакта поверхностей инструмента и заготовки в течение каждого цикла колебаний, с учетом которых оценивают износ режущего инструмента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,10 1725100 Наименование вели- Обозначения в сим- Порядковые номера обрабатываемыхчин и операций волах деталей 9,615384619 10 9,73802863 1030,76923078 10 30,52394274 10 Длительность импульса резания, с Разность (изформулы), с Отношение (изформулы) 0,319026186 6,5291867 10 315,2 0,3125 Разность (изформулы) ТТ 21 Г 1 1Выражение (изформулы)--10у 3 2 Тп 315,2 Размерный износ,мм 2,057999676 0,212556561 и рпо г 12 Заданный угол,тангенс 0,212556561 Ширина изношенной контактной площадки по задней грани, мм 437,441333 10 Ь = п п 7 50 с целью повышения производительности, сообщение инструменту указанных колебаний осуществляют в процессе резания заготовки после начала врезания инструмента, определяют амплитуд а колебаний из условия а12,5 чокр:Т 10 мк, где чокр - окружная скорость обработанной поверхности; Т - период колебаний, измеряют линейную скорость ч вибрационного движения инструмента за время т и определяют ширину Ь износа контактной площадки по задней поверхности инструмента после обработки 1-й заготовки по формуле где а - главный задний угол инструмен-та;10 и - число оборотов заготовки;й - время контакта поверхностей инструмента и заготовки при обработке первойзаготовки,1725100 12 Составитель Н, СтепанюкТехред М,Моргентал . Корректо Редактор И. Горная КИД Произ твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 1171 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5