загрузка...
 
2.4. Діагностика стану різального леза інструменту
Повернутись до змісту

2.4. Діагностика стану різального леза інструменту

В умовах сучасного автоматизованого виробництва необхідним є використання методів та систем діагностики стану інструменту і процесу різання:

діагностика стану зношуваних робочих поверхонь леза та виявлення кінцевого періоду стійкості;

встановлення моменту катастрофічного затуплення (поломки) леза різального інструменту;

діагностика виду утворюваної стружки;

діагностика динамічного стану як системи різання, так і оброблюваної системи в цілому;

інші, такі, як виявлення наросту, контроль процесу виникнення задирок на торцях деталі, виявлення аварійного стану елементів оброблюваної системи тощо.

Рисунок 2.15 - Структура системи діагностики стану інструменту і процесу різання

На рис. 2.15 наведено загальну структуру системи діагностики стану інструменту і процесу різання.

Рисунок 2.16 - Методи діагностики процесу різання

Існуючі методи діагностики процесу різання і стану інструменту можна розділити на прямі й непрямі (рис. 2.16):

Прямі методи діагностики процесу різання. Ці методи найчастіше передбачають безпосереднє вимірювання електромеханічним методом параметрів зношування інструменту, як правило, розмірного. Прямий метод реалізується у спеціальних зонах робочого простору верстата, в яких за допомогою, як правило,  контактних датчиків та додаткових пристроїв відбувається вимірювання відповідного параметра, наприклад, величини зміщення вершини леза у міру зношування його робочих поверхонь. Перевагою цього способу є відсутність впливу умов оброблення на результати вимірювання. Однак даний спосіб може бути використаний не на всіх верстатах, оскільки наявність у робочому просторі верстата додаткового пристрою знижує його універсальність і зменшує надійність. Наявність у зоні роботи інструменту стружки та МОР у ряді випадків зменшують точність цього методу діагностики. Крім того, через додаткові переміщення інструменту у позицію вимірювання знижується продуктивність верстата.

Непрямі методи діагностики процесу різання. Вони дозволяють оцінювати стан інструменту шляхом вимірювання різних фізичних величин, що супроводжують процес різання.

Вимірювання параметрів обробленої поверхні деталі, наприклад, її розмірів або шорсткості, з обов’язковим встановленням їх зв’язку, як правило, експериментально, зі зношуванням інструменту. При механічному непрямому вимірюванні контроль розмірів деталі здійснюється за допомогою щупів або спеціальних приладів (пневматичних, оптичних, фотоелектричних, індуктивних, ємнісних, електронних тощо). Цей метод вимагає значних додаткових витрат, а також високої точності верстата і його вимірювальної системи. Точність вимірюваних параметрів зношування відносно невисока, тому що вона  значною мірою залежить від похибок, викликаних пружними деформаціями в системі різання, температурними деформаціями, динамічним станом системи тощо.

Вимірювання температури різання й електричних характеристик зони різання. Метод ґрунтується на відомій (встановленій) залежності між температурою різання (наприклад, на задній поверхні) i параметрами зношування інструменту для заданої комбінації матеріалу заготовки, інструменту і режимів оброблення. Найчастіше вимірюють не саму температуру, а термоелектрорушійну силу (термоЕРС), що фіксується, наприклад, методом натуральної термопари.

Існують результати досліджень впливу умов оброблення і зношування інструменту на параметри термоЕРС (постійну й змінну складові), інтенсивність і спектр її коливань у різних частотних діапазонах. Проте слід мати на увазі, що термоЕРС характеризує деяку усереднену температуру на  лезі інструменту (передній і задній поверхнях), закони зміни яких не завжди відповідають закономірностям зміни фаски зношування по задній поверхні або лунки на передній. Треба відмитити, що на сьогодні ще не встановлено чітких загальних залежностей між термоелектричними явищами й зношуванням різального інструменту у широкому діапазоні змінювання умов оброблення і тому для кожного конкретного випадку треба цю залежність встановлювати, як правило, експериментально.

Вимірювання потужності різання. Через зміну крутного моменту на валу двигуна внаслідок затуплення різального інструменту змінюється споживана верстатом потужність. Тому реєстрація коливань споживаної з мережі потужності приводними електродвигунами може слугувати параметром, за яким можна оцінити зношування різального інструменту. До переваг даного способу контролю варто віднести його простоту, невисоку вартість, доступність інформативного параметра і відсутність істотної модернізації обладнання.

Використання цього способу є практично неможливим у разі оброблення деталей малого діаметра і на чистових операціях, при яких потужність, що розвивається приводним електродвигуном, практично не відрізняється від потужності холостого ходу.

Силові вимірювання. Одним з найбільш відомих непрямих способів контролю стану різального інструменту є спосіб, що базується на вимірюванні сил різання й крутного моменту. Сила різання є параметром, що характеризує безпосередню взаємодію різального інструменту й заготовки. Численними експериментами було встановлено факт зростання складових сил різання із збільшенням фаски зношування інструменту на задній поверхні. Величину сил різання встановлюють на підставі показів спеціальних динамометричних датчиків чи вимірюванням деформацій елементів технологічної системи, навантажених цими силами.

Віброакустичні вимірювання. Існує ряд робіт, де встановлюються залежності між вібраціями технологічної системи різання і зношуванням інструменту. Всі вони можуть бути розділені на 2 групи  залежно від спектра частот, що використовуються для аналізу:

-           коливання, що генеруються в зоні різання в діапазоні від 20 Гц до 60 кГц (вібраційний метод);

-           сигнали акустичної емісії (АЕ) - коливання, що надходять із зони різання з частотою, більшою 100 кГц.

Вібраційний метод базується на реєстрації характеристик вібрації інструменту в процесі оброблення. Пропонується розкладати віброакустичний сигнал на низькочастотні й високочастотні складові, за співвідношенням параметрів яких роблять висновок про зношування різального леза.

З метою збільшення достовірності оцінки стану інструменту використовують інтегровані сигнали від різних фізичних параметрів. Для цього використовують два шляхи:

одержання багатьох параметрів з одного датчика;

застосування декількох різних датчиків для вимірювання вибраних фізичних величин або датчиків, що інтегрують різні ознаки того  самого середнього сигналу.

Наприклад, контроль за станом різального леза при точінні базується на характерних закономірностях перебігу зношування від початку різання до настання стану затуплення (точка В на кривих зношування (див. рис. 1.51 та 1.52)). З цього погляду необхідно відокремити етапи прискореного зношування у період припрацювання (період І до точки А (див. рис. 1.51 та 1.52)) і усталеного зношування леза (період ІІ між точками А та В), а також настання періоду ІІІ катастрофічного стану або сколювання інструменту. Більшість стратегій діагностики стану різального інструменту розроблено на основі залежностей сил різання від величини зношування леза, тобто найпростішою із застосовуваних на практиці є стратегія відстежування сигналу з датчика сили і порівняння його із заданою пороговою величиною. При досягненні значення допустимого порогу сили настає планова заміна інструменту на новий. Різке зростання сили вище допустимого порога викликає екстрену зупинку руху різання і відповідо заміну аварійно зношеного (зламаного) інструменту.



загрузка...