Устройство для измерения глубины деформированного слоя обрабатываемой детали

О П И С А Н И Е 1 918021ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз СоветскикСоцнаяистическнкРеспубянк(22)Заявлено 04.04,80 (2) 2908224/25"08 1 с присоединениемзаявки йЪ В 23 Ю 5/00 Ъеударстанай квинтет Юьфр ае делая кзабреткннй н аткрытнй(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ГЛУБИН СЛОЯ. ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТА РИИРОВАННОГ жима я входами вателемпреоб- блоком Изобретение относится к области автоматического управления процессом резания по величине износа режущего инструмента и изменению качественных показателей обрабатываемых деталей непосредственно в ходе обработки.Известно устройство для измерения износа режущего инструмента, содержащее преобразователь виброакусти" ческой эмиссии, установленный на режущем инструменте, выходной сигнал которого .поступает на предварительный усилитель, выход которого связан с входом полосовых Фильтров, разделяю щих сигнал на две частотные состав- ляющие; низкочастотную и высокочастотную. После фильтров .сигналы детектируются и интегрируются, а затвм поступают на блок, определяющим их соотношение. Полученный сигнал пропорционален износу инструмента и в дальнейшем либо просто регистрируется, либо используется, для управле- ния И . Недостатком изсзстного устройствявляется то, что оно не позволяет нряду с измерением износа режущегоинструмента определять глубину деФормируемого слоя детали, информацио которой необходима для расширениявозможностей диагностики и повыше,"ния точности измерения, влияющего нпроцесс автоматического регулирования обработки.Целью изобретения являются рас"аирение возможностей диагностики, ,повыаение точности и эффективностиизмерения.Цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным преобразователем регистрации силы отмасштабными усилителями, сумматором, электронным коммутатором,нуль-органом, генератором тактовыхимпульсов, счетчиком с двуми двумя выходами, преобразорегистрации оборотов деталиразователем код-напряжение,40 43 59 И 1На чертеже приведена функциональ-, ная схема устройства.Устройство для измерения глубины деформированного споя содержит преобразователь 1 виброакустической эмиссии, установленный на резцедержавке или суппорте в направлении действия отжимающей составляющей силы резания Р (т.е. в радиаль- . ном направлении) и подключенный к входу предварительного усилите-, ля 2 с переменным коэффициентом усиления. К выходу предваритель 3 91802умножения с двумя входами, многовхо-,довым регистратором, полосовым уси"лителемпреобразсвателем, интегратором с блоком обратной связи по скорости интегрирования, вторым сумматором, масштабным усилителем, системой автоматического самообучения исхемой сравнения, причем числополосовых фильтров, детекторов иинтеграторов увеличено до и кана вфайв, выходы которых соответственно,усилителей, выходы которых соединеныс входами сумматора, последователь,но подключенного к регулирующему 1 юэлементу предварительного усилителя,и к входам электронного коммутатора,выход которого соединен с нуль-органом, выход которого подключен к последовательно соединенным генератору з,тактовых импульсов и счетчику, одиниз выходов которого соединен с электронным коммутатором, а другой с пос"педовательно соединенными преобразователем код-напряжение, блоком умножения и многовходовым регистратором,при этом выход блока, умножения соединен с входом блока автоматическогосамообучения и схемы сравнения, авыход блока автоматического самообучения - к входу схемы сравнения, выход которой подсоединен к многовхо"довому регистратору, а второй входсчетчика соединен с преобразователем регистрации оборотов детали,35а второй вход блока умножения под"ключен к выходу преобразователя регистрации силы отжима через последовательно соединенные полосовойусилитель-преобразователь, интегратор и второй сумматор, параллельнокоторым к входу второго сумматораи к выходу преобразователя регистрации силы отжима присоединен масштабный усилитель. 1 4ного усилителя 2 подключено пь идентичных каналов, настроенных. иа й -дискретное множество частот, каждый иэ которых содержит узкополосный Фильтр 3, детектор 4 с встроенным интегратором, масштабный усилитель 5. Сумматор 6 подключен к выходам масштабных усилителей 5 каждого канала и управляет коэффициентом усиления предварительного усилителя 2. В свою очередь выход детектора 4 с встроенным интеграто-, ром в каждом канале подключен к входам электронного коммутатора 7, при этом выход последнего, замыкаясь через нуль-орган 8, генератор 9 тактовых импульсов и счетчик 1 О, управляющий электронным коммутатором 7, образуют первое кольцо, а сбросовый вход счетчика 10 соединен с выходом преобразователя 11 регистрации оборотов детали, выход же счетчика 10 в двоично-десятичном коде через пре" обраэователь 12 код-напряжение и бло"ка 13 умножения соединен с многовходовым регистратором 14. Второй вход. блока 13 умножения соединен с преобразователем 15 регистрации силы отжима через соединенные в кольцо полосовой усилитель-преобразователь 16, интегратор 17 с обратной связью 18 по скорости интегрирования, сумматор 19 и масштабный усилитель 20, при этом вход усилителя-преобразователя 16 соединен с выходом преобразователя 15, а выход сумматора 19- с вторым входом блока 13 умножения. Выходное напряжение блока 13, рав- ное произведению напряжения, пропорционального ширине спектра, регистрируемого и каналами на дискретном множестве частот, и выходного напряжения сумматора 19, пропорционального действию составляющей силы резания, и есть выходной полезный сигнал устройства, пропорциональный глубине деформированного слоя, который регистрируется регистратором 14.Система 1 автоматического само" обучения подключается к выходу блока 13 умножения только в процессе самообучения при контрольной обработке деталей, а еговыходное напряжение с встроенного электромеханического блока памяти в дальнейшем является опорным для схемы сравнения 22, на второй вход которой подается текущее зна 4 ение произведения с блока 135 918умножения. Выход же схемы 22 сравнения также подключен к последующемувходу многовходового регистратора14, и его выходное напряжение является выходным полезным сигналом, 5пропорциональным разности допустимойглубины деформированного слояитекущему его значению,Теоритическое обоснование принципа построения Функциональной схе Омы заключается .в следующем.В настоящее время выбор и под"держание оптимальных режимов обработки производят, исходя из критерияоптимальных затрат. При этом лими" 15тирующим фактором являются такие,взаимосвязанные контролируемые параметры, как величина износа, ско"рость его развития, качество формо"образования поверхности и шерохова" 20тость. Однако эксплуатационные характеристики и срок службы выпускаемых на станочном оборудовании изделий зависят от глубины деформированного слоя, которая характеризуЕтся 25наличием микротрещин, величиной ихарактером распространения касательных остаточных напряжений и тому подобным.В связи с этим возникает необходимость контролировать глубину де"формированного слоя, а затем на основании полученной информации представляется возможным выбирать и управлять технологическими режимами,поддерживая глубину деформированногослоя, определять допустимую минималь"ную величину припуска и количествовспомогательных операций для полногоего снятия.40Как показали исследования, сте-.пень и глубина деформированного слоязависят от условий и протеканияпроцесса резания, режимов обработки и определяются величиной износа,величиной статической и динамическойсоставляющих сил резания, скоростьюих изменения. Последние несутсвоеотображение в спектре виброакустической эмиссии, излучаемой непосредственно зоной резания и главным образом в направлении Действия отжимающей составляющей силы резания. Сростом величины износа по задней гра"ни в тонком поверхностном слое /деталей меняется величина и характер рас-55пределения касательных напряжений.При этом с увеличением износа от 0,2до 0,45 мм при постоянных определен918021 8 ве с целью определения ширины спектра осуществляется с помощью электронного коммутатора 7, управляемого соединенной в кольцо цепью, состоящейиз самого электронного коммутатора 7,Таким образом, выходной сигнална выходе блока умножения 13 является выходным полезным сигналом, пропорциональным глубине деформирован ного слоя, который и подается на входмноговходового регистратора 14.Настройка устройства на заданную допустимую глубину. реформированногослоя осуществляется автоматически впроцессе его самообучения при контрольной обработке деталей с помощьюсистемы автоматической настройки 21с встроенным электромеханическимблоком памяти. Выходной сигнал свстроенного электромеханического блока памяти системы 21 подается навыход схемы 22 сравнения и являетсяопорным сигналом для последующих измерений и анализа. На второй входсхемы сравнения подается сигнал свыхода блока 13 умножения соответствующий текущему значению глубиныдеформированного слоя, Разностныйже сигнал с выхода схемы 22 сравнения подается на последующий входмноговходового регистратора 14 иотображает оставшийся ресурс времени обработки деталей на заданныхтехнологических режимах с учетомразвивающихся износа режущего инст,румента, нестационарностей процессарезания и различных явлений, протекающих в зоне резания, приводящихк увеличению глубины деформирован- Яного слоя.При развитии глубины. деформированного слоя заданной допустимой величины, зафиксированной в процессе самообучения устройства при контрольной обработке деталей, срабатываетреле-регулятор регистратора 14, ко"торый воздействует на систему управления станка-автомата и автомати чески прекращает процесс резания. оборотов, позволяет обновлять показа- Зв нуль-органа 8, генератора 9 импульсов и счетчика 10. При этом к входунуль"органа 8 через электронный коммутатор 7 поочередно подключаются выходы идентичных каналов от первого(регистрируеего низшую частотнуюсоставляющую) до и"го (регистрирующего наивысшую частотную составляющуюу. В этом случае, как толькоко входу нуль-органа 8 подключитсяканал с выходным сигналом, равнымзаданному опорному, подключенному к второму входу нуль-органа 8, или рав" ныи нулю, последний отключает генератор 9 импульсов и счетчик 10 в десятичном коде Фиксирует номер со-. ответствующего канала, а на его вы-. ходе в двоично-десятичном коде че" рез преобразователь 12 код-напряжение, появляется аналоговое напряжение, пропорциональное ширине спектра.Цепь, соединяющая сбросовый вход счетчика 10 с блоком 11 регистрации ния счетчика по истечении заданного числа оборотов детали и связать развитие (изменение) глубины деформиро. ванного слоя с путем, пройденным инструментом относительно детали по всему периметру.Выходное аналоговое напряжение. преобразователя 12 код-напряжение, пропорциональное текущему значению ширины спектра, подается на первый вход блока 13 умножения. На второй его вход подается аналоговое напряжение, пропорциональное действующему значению отжимающей составляющей силы резания Рц, которое формируется блоками 15, 16, 17, 18, 19 и 20 . следующим образом. Статическая и динамическая составляющие силы резания регистрируютсяпреобразователем 15 в направлениидействия отжимающей составляющей РуПри этом постоянная составляющая через масштабный усилитель 20 подается на первый вход сумматора 19, апеременная 1 циклическая) составляю"щая выделяется усилителем-преобразователем 16 с полосой пропускания,равной полосе пропускания системыСПИД. Переменная составляющая силы резания после выделения и усиленияпреобразовывается в постоянный сигнал блоком 16, подается на вход интегратора 17, время интегрированиякоторого переменное, определяетсяи управляется величиной входного сигнала с помощью блока 18 регулировкивременем интегрирования, Затем послеинтегрирования сигнал подается навторой .вход сумматора 1 Д, выходнойсигнал которого пропорционален суммарному действующему значению силы иподается на второй вход блока 13 умножения.9180 ао 30 Формула изобретения Применение в устройстве дополнительных элементов выгодно отличает его от известных устройств. Относительно большое усложнение уст" ройства за счет введения новых эле ментов позволяет значительно расширить возможности диагностики поскольку наряду с изменением износа, представляется возможным получить качественно новую информацию непос" Ю редственно в ходу обработки о таком параметре, как глубина деформи"рованного (дефектного) слоя обраба" тываемых деталей. Прлучение информации о развитии глубины деформи" 15 . рованного слоя непосредственно в ходе обработки дает возможность выбирать и поддерживать оптимальные технологические режимы обработки деталей с учетом оптимальных эффективных затрат на их дальнейшую доводку, так как глубина деформиро" ванного слоя определяет количество вспомогательных операций для ее сня" тия, 25Использование устройства на финишных операциях, после которых . обрабатываемые детали становятся готовыми изделиями, позволит значительно повысить эксплуатационную надежность готовых изделий, так как глубина дефектного слоя определяет их экплуатационные характеристикив целом.Устройство просто в изготовле" 55 нии, настройке и надежно в эксплуа" тации. 8 нем в качестве входногоФ" 3 сигнала вместо спектра виброакустической эмиссии можно использовать спектр переменной составляющей тер- ао мо-ЭДС. 1 .45Устройство для измерения глубины деформированного слоя обрабатываемой детали, содержащее последователь" но соединенные преобразователь виброакустической эмиссии, установленный на режущем инструменте, гредварительный усилитель с регулирующим элементом, блок полосовых фильтров, детектор и интегратор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расшире-ния возможностей диагностики, повы"шения точности и эффективности измере 21 10ния, устройство снабжено дополнительным преобразователем регистрации силы отжима, масштабными усилителями,сумматором,. электронным коммутатором,нуль-органом, генератором тактовыхимпульсов, счетчиком с двумя входамии двумя выходами, преобразователемрегистрации оборотов детали, преобразователем код-напряжение, блоком умножения с двумя входами, многовходовым регистратором, полосовым усилителем-преобразователем, интегратором с блоком обратной связи по скорости интегрирования, вторым сумматором, масштабным усилителем, системойавтоматического самообучения, схемойсравнения, причем число полосовыхфильтров, детекторов и интеграторовувеличено до и каналов, выходы кото,рых соответственно подключены к вхоцам масштабных усилителей, выходыкоторых соединены с входами сумматора,лоследовательно подключенного к регу"лирующему элементу предварительногоусилителя и к входам электронногокоммутатора, выход которого соединенс нуль-органом, выход которого подключен к последовательно соединенным генератору тактовых импульсов и счетчи"ку, один из выходов которого соединен с электронным коммутатором, авторой с последовательно соединенными преобразователем код-напряжение,блоком умножения и многовходовымрегистратором, при этом выход блокаумножения соединен с входом блокаавтоматического самообучения и схемой сравнения, а выход блока автоматического самообучения подсоединенк входу схемы сравнения, выход которой - к многовходовому регистратору,а второй вход счетчика соединен с пре.образователем регистрации оборотовдетали, а второй вход блока умножения подключен к выходу преобразова- .теля регистрации силы отжима черезпоследовательно соединенные усилительпреобразователь, интегратор и второйсумматор, параллельно которым к входу второго сумматора и выходу преобразователя регистрации силы отжимаприсоединен масштабный усилитель.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Реферативный сборник. "Конструирование и технология машинострое-.ния", 1968, Мф 3:ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откры 113035, Москва, Ж, Раушска Подписноеа СССРмнаб., д.4/5