Способ автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области станкостроения , предназначено для измерения основных параметров, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания непосредственно в ходе обработки, и может быть использовано для автоматического управления, выбора и поддержания ог1тималь)1ых режимов обработки на станках, снабженных адаптивными системами управления п Г.АП. Цель изобретенияповышение точности и paciiiHpe )1ие функциональных возможностей. Для этого дополнительно возбуждают на рабочей части инструмента в направлении подачи под углом ai-30-45° по отношению к нормали , проведенной к плоскости резания, энергию маломощных ультразвуковых волн в качестве зондирующего сигнала, не влияю- Hiero на кинетику процесса резания, одновременно регистрируют и преобразовывают в электрический сложной формы сигнал возбуждаемые ультразвуковые волны со стороны инструмента под углом а9 30-45° к направлению возбуждения по отно пению к нормали, проведенной к плоскости резания . В устройстве, реализующем способ, число диагностических каналов формирования полезных сигналов увеличено до п и оно снабжено ультразвуковым генератором , двумя пьезоэлектрическими преобразователями: первым предназначенным для возбуждения высокочастотного ультразвч кового зондирующего сигнала, и вторым преобразователем регистрации отраженной энергии у;1ьтразвуковых волн. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. i (Л
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1 1) 4 В 23 (,1 15/00
ВС1 . 4 (5"™- А -.Я
j i3 l3
БЫЫ i ; -; i
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4141714/31-08 (22) 01.09.86 (46) 15.03.88. Бюл. ¹ 10 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) Г. Г. Палагнюк и О. И. Драчев (53) 621.7.08(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 648349, кл. В 23 В 49/00, 1976. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ СОСТОЯ НИЯ И УСЛОВИЙ
ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области станкостроения, предназначено для измерения основных параметров, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания непос)чедсты нно в ходе обработки, и может быть использовано для автоматического управления, выбора и поддержания оптимальных режимов обработки на станках, снаб кенных H13fITHBHblMH системами управления и ГАП. Цель изобретения повышение точности и расшире„„SU„„1380910 А1 ние функциональных возможностей. Для этого дополнительно возбуждают на рабочей части инструмента в направлении подачи под углом ni=30 45 по отношению к нормали, проведенной к плоскости резания, энергию маломощных ультразвуковых волн в качестве зондирующего сигнала, не влияющего на кинетику процесса резания, одновременно регистрируют и преобразовывают в электрический сложной формы сигнал возбуждаемые ультразвуковые волны со стороны инструмента под углом n=30 45 к направлению возбуждения по отношению к нормали, проведенной к плоскости резания. В устройстве, реализующем способ, число диагностических каналов формирования полезных сигналов увеличено до и и ()Ho снабжено ультразвуковым генератором, чвумя пьезоэлектрическими преобразователями: первым предназначенным для возбу кдения высокочастотного ульчразвуhoвого зондирующего сигнала, и вторым преобразователем регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн. 2 с.п ф-лы, 3 ил.
13809!
0 !
20!
Изобретение относится к станкостроению, предназначено для измерения основных параметров, характеризующих состояние и условия протекания процесса резания непосредственно в ходе обработки, и может быть использовано для автоматического уп >авления, выбора и поддержания оптимальных ре>!симов обработки на станках, снабженных адаптивными системами управления и ГАП.
Цель изобретения повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности оценки непосредственно в ходе обработки физико-механических свойств контактируемых иар, обрабатываемости различных конструктивных материалов.
На фиг. 1 показаны конструктивные особенности установки пьезоэлектрических преобразователей возбуждения и регистрации зондирующих ультразвуковых волн на рабочей части инструмента; на фиг. 2 то же, для инструмента с измененной гсометрией; на фиг. 3 блок-схема устройства для осуществления способа, !
0 г сигнала, число которых может быть увеличено до п, включающие соответственно предварительные усилители 14.1; 14.2, подключенные к выходу блока 13 выделения огибающей амплитудной модуляции, перерастраиваемые узкополосные фильтры (усилители) 15.1; 15.2, подключенные к выходу предварительных усилителей, детекторы 16.1;
l6.2, подключенные к выходам фильтров, интеграторы 17.1; 17.2, подключенные к выходам амплитудных детекторов, схемы 18.1;
18.2 сравнения подключенные к выходам интеграторов, задатчики 19.1; 19.2 контролируемых параметров, подключенные соответственно к второму входу схемы сравнения в каждом диагностическом канале, схемы 20.1; 20.2 автоматической поднастройки фильтров и задатчиков ио максимальному значению выходных сигналов на выходе блоков 17.1; 17.2, блок 21 регистрации режимов обработки, включающий тахогенератор 22, кинематически связанный с обрабатываемой детал ью, и реа хорд 23, движок которого кинематически связан с суипортом.
Устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь 1 возбуждения ультразвуKoBI,Ix высокочастотных колебаний (волн) на рабочей части режущего инструмента 2 в направлении подачи под утлом, например
a,=45 к нормали, проведенной к плоскости резания, иьезс)электрический преобразователь 3 рсч истрации отраженных ультразвуковых воли иод углом 45 от границ раздела в ироцессс контакта инструмента 2 с дстальк> 4, ультразвуковой генератор 5 возбуждения энергии ультразвуK(>BhIx но)H, используемых в качестве зондируюц1сго сигнала, подключенный к входу преобразователя возбуждения ультразвуковых волн в зоне резания, не влияющих иа кинетику и процессы, протекаю>цие в лоне контакта инструмента — детальь.
Канал формирования диагностических признаков включает последовательно соединенные избирательный высокочастотный усилитель 6, настроенный на частоту возбуждения ультразвуковых колебаний на рабочей части инструмента 2, фазовый детектор 7, опорный вход которого подключен к выходу генератора 5, согласук>гний элемент 8, обладак>щий большим входным сопротивлением, исключающий влияние интегратора 9 на огибающую амплитудной модуляции на выходе фазового детектора 7, схему 10 сравнения с подключенным к второму входу задатчиком 11, многовходовой регистратор 12, блок 13 выделения огибаюгцей амплитудной модуляции и подавления несущей высокочастотной составляющей колебаний возбуждаемых ультразвуковым генератором 5.
Устройство содержит также два диагностических канала формирования полезного
При этом многовходовой регистратор 12 подключен своими входами к выходам блоков 9, 10, 171, 181 и 182, сигналы с которых являются выходными полезными сигналами устройства, дающими в комплексе информацию о параметрах, характеризуюгцих состояние и условия протекания процесса резания, и динамических характеристик. Причем выходной сигнал на выходе блоков 9 и 10 несет в себе текущую информацик> о твердости контактирующих пар, их физико-механических свойствах и соответственно фактической площади контакта контактируемой пары инструмент-деталь. Изменение во времени последнего свидетельствует о диссипативных свойствах контакта.
Используют амплитудно-частотный метод разделения информации с помощью узкополосных перестраиваемых фильтров 15.1;
15.2 из огибающей амплитудной модуляции возбуждаемых высокочастотных ультразвуковых волн, с последующими формированием полезных сигналов блоками 14 — 21.
В зависимости от установления корреляционной связи частотных составляющих спектра, сформированные сигналы на выходе блоков 17.1, 17 2, 18.1, 18 2 являются выходными полезными сигналами, функционально связанными с износом режущих инструментов, шероховатостью обрабатываемой детали и ее обрабатываемостью, а также циклической нагруженностью режущего клина и виброустойчивостью станка.
Способ осуществляется следующим образом.
Высокочастотные ультразвуковые зондирующие волны возбуждают пьезоэлектрическим преобразователем 1 на рабочей части инструмента 2 в направлении подачи в
1 З)3(}() 1() з пределах критичс скоп> угла сс —, 1() — 45" (например а<=3() ) по отношеник> к нормали, проведенной в плос кости резания для режл псих Hft(TpyvE EITot« с пласч инками твердого сплава (фиг. 1), или;и> отношению к перце)«дикуляру, проведс иному
5 к образующей обрабатываемои дс T Регистрацию отраженных ультразвуh<>- 10 вых волн и преобразование itx в электрический сигнал с учетом поглощения энергии зоной резания o< уществляк>т с f10 1<)ffff, пьезоэлектрического преобразоватес!я,), установленного в пределах критического угл;! а=3<) — 45 по отноп!еник> к нормали, проведенной в плоскости резания или чере:« вершины резца к поверхности обрабатывасмой детали. Отбор ак f J3BJ30H сосч а(«с«як>щей энергии 30Hättpóê>ffj)tx ультра «1«л hoBI>fx ВОЧН ОСущЕСтВЛястс я Н МОМЕИГ КНСННИЯ инструмента 2 и дстали 4 В функ!(ии изменения диссипативных с!«О!3<"1 !3 контак! а при наличии проц(<хи! рс.<ания Возбуждение и поп«лпс нис !)с ргии 25 ультразвуковых Волн <и>н !Hð K)lii(г<) цг ifåðoñтp;»f f«;It л)0 ГО <> Л ЬТ(3 аЗН<< KOBOJ I С НС Р<)ТОРН ). 1, 1Я t ВС личения чувствите,)ьности ч<«с3.0)л !«0.«буж.l< Н И Я У.Ч ЬТР<1 «ВЛ КОВ01 (> Зон,jit P> I<) II I(I <) с lt l !! <1, 1 <1 выбирак>т равной, t лчегс>м привс jt«l«)ft массы рабочсй час(и ииструм< нl;I, г<)й «бст венной ре «анаис <>й JH(T<>i с торс)й;<кс < ич< oк<>е сoll pOTItf«!с!!)и МИН И Ма 1ЬНО МС +. I>> Л)< (T;I M II у>. I;Ill<)hhl! ПЬ< зоэ. It hTf)ll l! < ки х 35 К р И Т И «С с к (И « I i i (f < l I! < Г, l < >1« " . () ! «(I < I . вени(> Вог«бс ждсч<иH а, и рс. ис гр «пни (lëüòðB 31«л коны.. В<)!1< «oil ирс к;<цсг< . и! и:, (а<=аз —, М> 15) вi <6)tf>f)K)T . t it 1<>м )«)бенности распр<) Ipdlt(1<ия про ),!3:ны ультразвуковых В<, lll I(")с з р;I6<)чуK) fi 1;<сTÈÍX ТВСРДОJO СII 111!3 1, h IК IIPÈ «Ч), 13 КО«<>рой скорость распр<>стр;)неffftt«(.II fразвл h", ВЫХ BO.!El ЗН B× ИТС<Л t>IIO Л< < П Ь Ill(, 1 tt B Л<;! териа. 1(обрабатываемыми д< T,t,fit и.!и самс>й О;,,л)влепо, 1 что „,, 45 буждаемые прочольные Волны ог пье «<>элемента распр >страняк)тся под углом а1, превы<пак>щим H< Оторос критическое значение (а=26- Э) ), при hOTnpoxt Обеспечивается I10.1НОс ВнуTpE Hне(Отраже)lи( продольных Во. f 1! и тр;!ИсфОрмация В з<310товку (обрабатывасмлк> j(òàëü) часто с.чвиI oBblx H. 3H повс рхно TH blx (BpH а =45" ) ВО,Ill распростра!<якэцjèxñÿ по \ углом Q, . В Tаhолl случае режу цая пластина выполняет функjjHH гасителя отраж«иных продольных и сдвиговых волн заготовки (детали), а изменение диссииат>«вн),)х свойств контакта i!f1(T румент-деталь H Ilo< рсдс твеlflfo 13 ходе 06ртбора энергии заготовки Возбуi+:,j tt могo :«онд)!рук>цссго сигнаl<3. З(н«а рс:« Указ!>нн)!е Особснности лежа t в оснои(формирования диаГИОстичс hlf x п()и «н;3hoEk, в разраооткс и с<>«дании лс.гройства aht пресс-Оценки сос ToBítfÿ и io I<)f«)tl(f1 f)0T(ка ния тt х нологического процесса р(с«1! !331>3. Формирование диагHo(.TH lpoKHx приап;3КОВ ОСущЕСтВЛяЮт ПутЕМ рЕГ)!Счра!ШИ Отраженных ультразвуковы Волн «ондируK)lll(го < и! н!!ла с последующим нреобразов Ifttte t их B электрический сигнал сложной формы с пол< ош ьк) пьезоэлектрического и реобра 30Вателя >. Затем выходной сигнал пьезоэлектриче hof (> преобразователя . 1 усиливак>т избиратсл) ным усилигелм ti, настр<>енным l <3 (i 0 T t >, f t> T p <3:3 E3 < h O B 0 I < ) Г С f l (p <) j! ) (> (1 5, j(Tt f(TÈ() t K)T ф Выхода ульгра «вукового гс иерагора 5 ! «О бл,кдения лг!Ьтр<«звуhoBI>lx зон.(ир> к>щих ! Я>ли на рабоч H части инстрлмс ита. 1аким обра:«с)м, величина и I1;3 ВЬ(X() j« 1)<1 «OBOI It. Tt hT<>p < <. OOTВс )загс«лн>! B(личине приращенной и фак<и )покои ti "()!!1;1 j«h<)JIT;thzа (Ф11К) 3!Истрлмеит-деталь, износа режу!цс го и ч В р,«ост и обрас)аты Вас л<ог ) м пс ри;«ла. <.;с «:
>И;!.1<)l«О!1 i<)!1><1)OT 110 13ЗМ< lit Hlfl<> 1«а l;<.11>IIOH .! . .III >iI < I;«I>1Х<) 1II0l О ff;tiff)>1 <3((!!f1>i П;! !«Ь«ХО.I«. с«< !.1<>P(1 < (измеflt lllf(огио If Iс .)ьио
II,,! >! } !I())! УСЛОВИИ 110(ТОЯНСT13tll>IХ рС жl! >t«<«(>6 f) 16ОТки I 1«(..1 II 11!11Ы пр!11!> (к!3, и >дачи и < ко ><>сги роз<)ния) В Г;!к<)м
;)<, ц >1 <>ильlll(Ф(1К, гс л! 6(>.lt lli«) I<)()f эчс:.); <и I II(! j уг.!с)м а,) I,) ьгр;!звуh<)f«flX i30.IH «<ИДИРУK)!Ilt ÃO СИГIIEIË;t, 1< М МЕНЬIII(и< И<11<И;! fl >.1(«Н<)! Î < ill If<3.1<1 li.:!. ! Я ЧС К,ч <О lt Н И <1 B. I И Я II II Я .1 И С h f)< 1 П Ос Г II
>0111 3 КТ;3 И)!СТ Рл Л1СНТ-ДС Т<1,11> И МС 1t H K) f1 !If Xt . il(. п<)срс,ц <вс нно В .ходе <>браб<>гhlt, Выхс>.1-! в)й сигнал фазово!о детсктора д(шолнительи<> уСрс.jfl>IN)T (ИнтЕГрнр> IOT) ВО ВРЕМЕНИ блоком 9 для оценки относит<с!Ьнс)го изменения Ф(1К т их < Ilox!OIJI1>K) схсмы 1() сравнения с текущим «if <цнием н Ф!1К, и т!«с р <Ост),K) Обраб;!ть!Вас мого мате<> )f f, 1 <3 1380910 Формула изобретения 5 Наличие согласующего элемента 8, выш>буняк)п(с го функции эмиттерного повторителя, позволяет, с одной стороны, усреднять во Времени < помощью блока 9, ч<.няющего выходное напряжение детектора 7, с другой стороны, сохранять информативно Tb в огибающей амплитудной модуляции полезного сигнала о комплексе информации динамических явлений, возникающих в зоне контакта инструмент-деталь, и сле toBBT«льно, в зоне резания. Для оценки динамических явлений, возникающих в:н>не резания, определяющих виброустойчнвость станков, качество формообразования»nt)«pxt«)«T и обрабатываемых деталей, н(ероховатость, цилиндрическую нагруженность режущего клина и т. и., дополнительно выделяк)г огибающую ампли I ó tffoé модуляции и подавляют несущую част()Tx:3(>tfди рук> н(«г(«HI нала с помощью 6,1()hd 13, li (акже, ис(юльзуя амплитуднс:>а«T()THI>IH ч(тод ра 3, (<л< ния информации, формирх к) >. разде.<ьll<) ука (анные контролируемы« lldpdл(етры с ш)м<>п(ьк> идентичных и пи а пю<"1 ич«ски. hа tliiлов, образованных 6. н>качи 14 20. Выделение «(3«T<>f«»fx составляю>циx, корр«.)ированных с к<>нтролируечыми lfdpd feтрами и (1>О!>л(ировани«ш>лезных ситH(lлов Осл н(ествляют авточатич«ски диагностическичи каналами в процессе самообучения лстройсз B;i при h<>HTp<>.<ьной обработке. При 3I (>X1 Bl I «, ) > 11)f(. II 11 6» 1< (И Н(рор л>атll НН Ы Х 1аст(>1 fl ы X <()< ((» 3, I )If(>lit fi х IIO(. .1 (lip« I BBpHгсльно<о уси.)<ч(ИH 6 l<)hifxlll 4.1, 14.2 o(óllt(Ств IHf()T;It3T(>ч:! l lf I< hH < почошьк> у 3КО<н>доены. II< р<3«гр,>ив;«.л>ь(х фил(>тро(3 15.1, 1 5.2 (х("(а><и;>1>1<) ч н гич< (кой HB(грОЙки (блоками) 2() 1, 20." по максимальному (на «HHK) llpO I(г< ктHpOtlilflHhIX выходных «игн t.f()B (1)илl lp )13 15 1, 15 2 бзокачи 1{).1, 1{>.2 с но«,1(ду K»IIHxl у(р«днениел< интеграторами 17. >, 17.2 <1 икс()цик> дону< ти vlf>lx Значений кон гро.<пру< x»,(х параметров также Ос у f f t((T II, f H t< > T;I B r() ii;I I и «с к и м и бл о к и ч и 19. 1 19.2 со встр<«иными лектромеханическими (а на. I of () Bt>l ми ) 6. I(>hi< ч и Il ti ч яти, управля«. мычи соог))ст< I t)(нн > схел(ами 20.1, 20.2 dBтоматической насгройки фильтров. t равнения т(купи I о зна «ния контролиру(чых параме(рон с:(d.ганныл(и блоками 19.1, 9.2;totlx("I ичычи Значениями Ocyill(TB,I3fN) I (Il(»i(>(lit>l(> (.< ч ) 8 1. 1>(.2 СРаВН HHH < Il()< .1(. Д> K)lll«й РЕГИСТР Ill H(. и IIO. «d1l bI X (H l Н,).>о(3 На l31>I XOд(б. IOKOB 1 7 и 18 чного((хо t()tlf,f l (н>гистратором 12. 11«К BK)H(HH(B f1>f f1 tf H в;>риапий p«iKHMOB Обработки tl;I >I.lxf«II«)f(3«(приращение) энерг<. Гич<. ски. < >, poBII(. Й < II<. hTp а ocI>ït««ТВл як>т авточатичс ки Ilx f < л> изч< пения коффициентов I«р«д;1 IH ирсдв,)рит(льных усилителей l4 l. 14 2 каж.гого и(диагностических к;)наЛОВ В фуНКцИИ ИзМ«Н«НИя СИГНаЛа, СфОрмированного бл(>ком 21 регистрации режимов обработки, вк.(юнак>(цим тахогенератор 22 регистрации частоты вращения детали и реахорд 23 регистрации изменения положения вершины резца при изменении диаметра обрабатываемой детали по заданной программе. l. Способ автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания, включающий регистрацию спектра виброакустической эмиссии (ВАЭ), преобразование его в электрический сигнал и установление корреляционной связи между контролируемыми параметрами с видоизменением спектра электрического сигнала ВАЭ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, дополнительно в ходе процесса резания возбуждают зондирующий сигнал на рабочей части режущего инструмента в направлении подачи под углом я>=30- 45 по отношению к нормали к плоскости резания, в качестве которого используют колебания высокочастотных ультразвуковых волн, одновременно со стороны инструмента регистрируют отраженные ультразвуковые волны под утлом х к плоскости резания, равным я<, преобразуют их в электрический сигнал, модулированный llo амплитуде, определяют потерю энергии отраженНЫХ X.lit>TPBЗВУКОВЫХ ВОЛН И фиКСИРУЮт ВИдоизменения энергетических уровней спектра огибающей амплитудной модуляции в функции изменения диссипативных свойств контакта инструмент деталь непосредственно в ходе процесса резания, для чего демодулируют электрический сигнал ffo flocтоянной составляющей, по которой судят О фактической площади контакта, о твердости контактируемых пар и их физикомеханических свойствах, а по глубине модуляции, закону изменения и спектральному составу огибающей амплитудной модуляции судят о динамических явлениях, возникающих в зоне резания, и обрабатываемости материалов. 2. Устройство для автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания, включающее диагностический канал, выполненный в виде соединенных последовательно предварительного усилителя, узкополосного перестраиваемого фильтра, высоких частот, детектора, интегратора и схемы сравнения, второй вход которой связан с задатчиком, связанным входом с выходом схемы автоматической настройки фильтров, второй выход которой соединен с узкополосным перестраиваемым фильтром высоких частот, а вход -- с выходом интегратора многовходовой регHcTратор, связанный с выходом схемы сравнения диагностического канала, и блок регистрации режимов обработки, связанный с входом предварительного усилителя диаг1380910 ностического канала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено по крайней мере еще одним диагностическим каналом, выполненным аналогично первому диагностическому каналу, высокочастотным ультразвуковым генератором, первым пьезоэлектрическим преобразователем, связанным с выходом высокочастотного ультразвукового генератора и предназначенным для возбуждения зондирующего сигнала, вторым пьезоэлектрическим преобразователем, предназначенным для регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн, и высокочастотным каналом формирования диагностических признаков, включающим последовательно соединенные высокочастотный избирательный усилитель, настроенный на частоту возбуждения ультразвукового генератора, фазовый детектор, опорный вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора, согласующий элемент (эмиттерный повторитель), интегратор и схему сравнения с подключенным к второму входу задатчиком допустимой величины контролируемого параметра, связанную выходом с входом многовходового регистратора, при этом выход блока регистрации режимов обработки соединен с управляющими входами предварительных усилителей каждого диагностического канала. 1380910 Составитель Л. Семенова Редактор И. Касарда Техред И. Верес Корректор С. Черни Заказ 831!15 Тираж 921 Подписное ВНИИПИ Государственно о комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5 Гlрои водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
