Устройство для обнаружения поломок и износа инструментов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

9 /

ej j

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3859496/ 25-08 (22) 03.01.85 (46) 23.09.86. Бюл. № 35 (71) Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (72) М.П.Козочкин, И.У.Сулейманов, О.Н.Глух, Е.А.Шеронов и М.Г.Тренин (53) 621.91 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1220003, кл. В 23 Q 15/00, 24.01.84 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ПОЛОМОК И ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТОВ на металлорежущих станках, содержащее акселерометр, выход которого подключен через первый усилитель к информационному входу первого ключа, связанного управляющим входом с шиной

"Измерение", а выходом через соединенные последовательно второй усилитель и фильтр высокой частоты — с входом детектора, подключенного выходом к информационному входу второго ключа, соединенного выходом с первым входом первого порогового блока, а

3 управляющим входом — с шиной Рабочая подача", которая также подключена к первому входу элемента ИСКЛЮЧА)ОШЕЕ ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу первого порогового блока, связанного вторым входом с шиной "Уровень помех холостого хода станка", выход элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ

ИЛИ подключен через первый элемент задержки к первому входу элемента

ИЛИ, выход детектора подключен также к информационному входу третьего ключа, управляющий вход которого сое„„SU 1258630 A1 динен с шиной "Рабочая подача, а выход подключен к первому входу второго порогового блока, второй вход которого соединен с шиной Максимальный уровень вибросигнала работоспособного инструмента", выход второго порогового блока подключен через второй элемент задержки к второму входу элемента ИЛ!1 и третий пороговый блок с шиной "Максимальный .уровень вибросигнала изношенного инструмента", подсоединенной к его первому входу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки износа и быстродействия обнаружения

Ф поломки инструмента,. в устройство Я дополнительно введены быстродействую щий детектор с постоянной детектирования 5-10 мс, четвертый пороговый С блок с шиной "Уровень спада вибросигнала при поломке инструмента", подсоединенной к его первому входу, laa4 первый и второй триггеры, реле времени и элемент И, причем вторые входы третьего четвертсгo пороговых бло- СЛ ков подключены через быстродействую- О щий детектор к выходу фильтра высокой частоты, выход третьего порого- 1 Д вого блока соединен с первым входом (,",5 первого триггера, выход четвертого порогового блока соединен с первым входом второго триггера, причем первые выходы третьего и четвертого триггеров соединены и подключены че- в рез реле времени к своим вторым входам, вторые выходы первого и второго триггеров подключены соответственно к первому и второму входам элемента

И, выход которого подключен к третьему входу элемента ИЛИ.

1258630

Изобретение относится к обработке металлов резанием, преимущественно к средствам диагностики состояния режущего инструмента, и может найти применение для оценки состояния режущего инструмента при создании гибкого автоматизированного производства.

Цель изобретения — повышение точности оценки износа и быстродействия за счет дополнительного контроля параметров процесса, обусловленных характером срезаемой стружки.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для обнаружения поломок и износа инструментов на металлорежущих станках; иа фиг.2 — пример изменения уровня (Еа) вибросигнала во времени (с),при поломке инструмента; иа фиг.3 — то же, при ударах стружки, иамотавшейся на шпиндель.

Устройство состоит из пьезоэлектрического акселерометра 1, электрический сигнал с которого усиливается в первом усилителе 2 и поступает иа информационный вход нормально разомкнутого первого ключа 3, управляющий вход которого соединен с шиной "Измерение". При появлении управляющего сигнала в этой шине вибросигнал блока 2 передается во второй усилитель

4, где о« окончательно усиливается, и затем поступает на вход фильтра 5 высокой частоты, который пропускает вибросигиал в частотном диапазоне свыше 10 кГц на вход детектора 6, с выхода которого сигнал поступает на информационный вход нормально разомкнутого второго ключа 7, управляющий вход которого соединен с шиной Рабочая подача". При появлении управляющего сигнала в этой шине (этот сигнал появляется при включении рабочей подачи иа станке) вибросигиал приходит на первый вход первого по— рогового блока 8, второй вход которого подключен к шине Уровень помех холостого хода станка". При превышении вибросигнала уровня холостого хода станка, ои поступает иа второй вход элемента ИСКЛ10ЧЛ10ЩЕЕ ИЛИ 9, первый вход которого соединен с шииои "Рабочая подача". При появлении сигнала в шине "Рабочая подача" на выходе блока 9 появляется сигнал, который запускает первый элемент 10 задержки, который задерживает сигнал на время t, . Если за время t, подаваемый иа блок 10 сигнал сохранится, 10

55 то он подается далее на элемент

ИЛИ 11и является сигналом на останов станка. Если за время t иа второй

t вход блока 9 подан сигнал, то сигнал иа выходе блока 9 сбрасывается, что вызывает сброс времени в блоке 10.

Вибросигиал с. выхода детектора 6 поступает также на информационный вход нормально разомкнутого третьего ключа 12, управляющий вход которого соединен с шиной "Рабочая подача".

При появлении управляющего сигнала в этой шине вибросигиал блока 6 передается на первый вход второго порогового блока 13, второй вход которого соединен с шиной "Максимальный уровень вибросигиала работоспособного инструмента". Если вибросигиал превышает уровень сигнала в этой шине, то он передается иа вход второго элемента 14 задержки со временем задержки е . Если сигнал на выходе блока ,13 продержится в течение времени то ои передается иа второй вход блока

11 и служит сигналом для остаиова станка. К выходу блока 5 подключен также быстродействующий детектор 15 с постоянной детектирования 5-10 мс (это в 20-50 раз меньше, чем постоянная детектирования детек ора 6), к входу которого подключены первые входы третьего 16 и четвертого 17 пороговых блоков, вторые входы которых соединены соответственно с шинами

"Максимальный уровень вибросигнала изношенного инструмента" и Уровень спада вибросигнала при поломке инструмента". При превышении уровня вибросигиала уровня сигнала шины Максимальный уровень вибросигнала изношенного инструмента" с выхода блока 16 поступает сигнал иа первый вход (запоминающий) первого триггера 18. Выход триггера 18 соединен с выходом триггера 19 и связан с реле 20 времени. Сигнал на выходе триггера 18 запускает реле 20 времени с временем срабатывания t> и одновременно поступает на первый вход элемента И 21.

Если же уровень вибросигнала станет меньше уровня сигнала в шине "Уровень спада вибросигиала при поломке инструмента", то с выхода блока 17 поступает сигнал на первый вход (запоминающий) второго триггера 19. С выхода триггера 19 сигнал поступает иа вход реле 20 времени, запускает его и иа второй вход элемента И 21. Еслй в те630

1258 чение времени t. срабатывает только один из триггеров, то появляющийся через время t сигнал на выходе блока

20 поступает на вторые входы (сбрасывающие) триггеров 18 и 19, в результате чего сигнал на выходе срабатывающего триггера сбрасывается. Если же в течение времени t. сработали оба триггера 18 и 19, то сигналы тригв герон, поступившие на первый и второй!0 входы соответственно элемента И 21 вызывают его срабатывание. В результате на выходе блока 21 появляется сигнал, который поступает на третий вход блока 11, сигнал которого служит15 для останова станка. Устройство работает по трем каналам.

Блоки 6-10 образуют первый канал, который фиксирует такие неполадки, как отсутствие заготовки на станке, отсутствие или поломка инструмента.

Работа канала основана на том, что процесс резания всегда сопровождает- 25 ся высокочастотным вибросигналом, который превышает уровень помех холостого хода станка. При переходе исполнительного органа станка на рабочую подачу отпирается второй ключ

ЗО

7 и одновременно срабатывает блок 9, и вибросигнал подается на первый вход блока 8. Если резания нет, то сигнал не поступает на второй вход блока 9. В реПоломка инструмента сопровождаетс. не только пиком, но и спадом уровня вибросигнала иногда перед пиком и обычно после него. При ударах стружки о деталь такого спада сигнала не наблюдается. Поэтому вибросигнал подается на два обычных пороговых блока: блок 16 с порогом, задаваемым шиной "Максимальный уровень виброII сигнала изношенного инструмента, и блок 17 с порогом, задаваемым шиной

"Уровень спада вибросигнала при поломке инструмента". Если произошел удар стружки на выходе блока 16, по является сигнал, и триггер 18 запускает реле 20 времени, и одновременно подает сигнал на первый вход блока

21. Но так как при ударах стружки спад вибросигнала не присутствует, блок 17 не срабатывает. В результате не срабатывает блок 19 и соответственно блок 21. Таким образом, исключено ложное срабатывание третьего зультате такого рассогласования на выходе блока 9 появляется сигнал, который подается на элемент 10 задержки. Рассогласование при переходе на рабочую подачу может быть вызвано разбросом припуска заготовок и неточностью установки инструмента и базирования заготовки. Для исключения ложного срабатывания первого капала введен элемент 10 задержки, который задает допустимое время рассогласования сигналов на входе блока 9 в виде 45 временного интервала (, =1-3 с в зависимости от условий обработки).

Блоки 12-14 образуют второй капал, который фиксирует предельный износ 50 инструмента. Износ инструмента приводит к устойчивому росту вибрационного сигнала. Когда уровень вибросиг. нала превышает порог, задаваемый в шине "Максимальный уровень вибросиг- 55

tl нала работоспособного инструмента на выходе блока 13 появляется сигнал, который поступает на вход элемента

14 задержки. Блок 14 предназначен для исключения ложного срабатывания второго канала при бросках сигна-. ла, вызванных твердыми включениями в материале или изменениями условий стружкоотвода. Если превышение пороI га в блоке 13 сохраняется в течение времени t, подается сигнал на смену инструмента.

Блоки 15-21 образуют третий канал, регистрирующий поломки инструмента в процессе резания. Испытания макетных образцов предлагаемого устройства показали, что для надежной работы блоков первого и второго каналов целесообразно использовать детектор с большои постоянной времени. Поломки инструмента сопровождаются пиком вибросигнала длительностью 0,3-0,03 с, поэ ому для их регистрации в схему введен быстродействующий детектор 15.

При возникновении поломки инструмента, сопровождаемой пиком вибросигнала, превышается порог, задаваемый шиной Максимальный уровень вибросигнала изношенного инструмента" в блоке 16 и подается сигнал на экстренный останов станка. Для исключения ложного срабатывания третьего канала при наличии пиков вибросигнала, не относящихся непосредственно к поломке инструмента, например, при намотке стружки на шпиндель станка.и ее ударах по детали, предусмотрены блоки

17-21.

1258630 станка. и эу

ИЗиереиие бО

$ канала. Если же произошла полбмка инструмента, сопровождаемая пиком и спадом вибросигнала, которые ноявляются с временным интервалом t "- 3,10,4 с, срабатывают оба пороговых блока 16 и 17, что вызывает срабатывание триггеров 18 и 19 и появление сигналов на обоих входах элемента

И 21. В результате на выходе блока

21 появляется сигнал, вызывающий появление сигнала на выходе бло-. ка 11 для экстренного останова

Ь

После поломки, сопровождающейся резким пиком уровня сиг»ала (выше порога А„)(фиг.2), возникает кратковременный спад сигнала, связанный с разрывом фрикционного контакта инст. румент — деталь. Уровень спада ниже порога А . Ha фиг.3 показан пример резания, сопровождаемого ударами стружки. Возникающие удары имеют ypo1ð вень вибросигнала, превышающий ыорог

А„,»о их отличает отсутствие провалов, что и позволяет отличать их от поломок., 125Ь630

4а,д

Составитель В.Алексеенко

Редактор А.Сабо Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 5070/15 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4