Способ управления процессом резания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН П 4 В 23 В 25/06

В(ТсЩ,p;

1И,", ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4148625/31-08 (22) 18. 11. 86 (46) 07.05,88. Бюл. й.- 17 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Г.Буряк, С.П.Выслоух, В.П.Маслов, В.А,Остафьев и В.И,Скицюк (53) 62!.91(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 1 122430, кл . В 23 В 25/06, 1984 . (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ (57) Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для управления процессом обработки фасонных поверхностей на токарных станках с числовым программным управлением. Цель — увеличение прочности

„„SU„„) А1 и износостойкости инструмента при одновременном повьппении производительности и качества обработки за счет управления температурой нагрева инструмента. В режущей пластине создают температурный градиент по объему пластины перед началом процесса резания. Осуществляют нагрев пластины до обработки и охлаждение после обработки с заданной скоростью изменения температуры. В процессе резания автоматически управляют режимом нагрева ° Контроль температуры осуществляют по величине электрической проводимости композиционной пластины путем сравнения ее с эталоном при замкнутой электрической цепи,а температуру нагрева поддерживают, не превьппающей оптимальной температуры резания. 3 ил.

1 139353

Изобретение относится к станко— строению и может быть использовано для управления процессом обработки фасонных поверхностей на токарных станках с числовым программным управлением.

Целью изобретения является увеличение прочности и износостойкости инструмента при одновременном повы- 10 шении производительности и качества обработки за счет управления температурой нагрева инструмента.

На фиг.1 показана схема управления процессом резания, общий вид; на 15 фиг. 2 — диаграмма изменения силы действия источника стабильного напряжения, на фиг.3 — кривая зависимости электрической проводимости от температуры. 20

Способ реализуют следующим образом.

Управление процессом резания осуществляют «втоматически с помощью электронно-вычислительной машины (ЭВМ)

В работе ЭВМ предусматривают годгоI товительньп, непосредственно работа и завершающий этапы. На подготовительном этапе производят обучение

ЭВМ, вводят в память данные о физико-механических свойствах обрабатываемого и инструментального материалов, типа режущего инструмента, конструктивных особенностей станка, а также значения электросопротивления эталонного образца, величину перепада 35 температур, зависимость для расчета проводимости композиционной пластины, закон изменения напряжения источника стабильного напряжения и контроля температуры перед процессом 40 резания, во время процесса резания и по его окончании или до последующей обработки.

Устанавливают периодичность попеременных процессов Нагрев-контроль . 45

Затем нагревают режущую пластину до температуры, не превьппающей оптимальную температуру резания, контролируют ее значения и на основании полученных данных управляют рабочими 50 органами станка (включают привод подач). На этапе "Работа" в процессе резания производят управление режимом нагрева композиционной пластины: рассчитывают величину ее проводи- 55 мости и значения перераспределенной температуры, фиксируют контрольные значения и управляют процессом нагрева пластинь . На завершающем этапе по команде ЭВМ в момент отвода инструмента из зоны резания композиционную пластину охлаждают с заданной скоростью или уменьшают температуру пластины до заданного значения при последующей обработке.

На инструменте 1 с композиционной пластиной 2 в зажиме 3 с изолятором 4 устанавливают нагревательный элемент 5 (фиг.1). Перед началом процесса резания пластину нагревают и контролируют в замкнутой электрической цепи. Нагрев пластины осуществляют источником 6 стабильного напряжения путем замыкания цепи между проводниками 7 и 8, при этом включают токовый коммутатор 9 в положение Нагрев". Регулирование режимом нагрева осуществляют при общем управлении ЭВМ 10 по наперед заданным законам изменения. Нагревают композиционную пластину путем увеличения напряжения в источнике от значения до Гм„, по наклонной линии 11 (фиг.2), при этом обеспечивают минимальный перепад температуры по объему пластины. Затем выдерживают при напряжении U „,äî стабилизации температуры по объему пластины (линия

12) .

В соответствии с периодичностью процесса "Нагрев-контроль ЭВМ управляет процессом контроля температуры режущей пластины (линия 12).

При этом, одновременно подают команду переключения режима "Контроль" на источник стабильного напряжения, токовый коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 по каналам соответственно 14-16. После команды

ЭВМ на источнике стабильного напряжения устанавливают минимальную величину. напряжения U«Ä (her,2), переключают токовый коммутатор в положение

Контроль", усиливают сигналы в усилителе 17 напряжения, включают АЦП и ведут машинную обработку кодированных сигналов АЦП, поступающих на ЭВМ по каналу 18 °

Значения электропроводимости преобразовывают в абсолютные значения температуры композиционной пластины следующим образом.

С учетом заранее исследованной погрешности электрической цепи с помощью АЦП автоматически производят из. мерения величин напряжения 11ммн и тока ?минна эталонном образце (эта532

4 (небо вшие значения вспомогательно о времени) ох.паждение композиционной пластины ведут до температуры предварительного ее нагрева и удерживают температуру, затем включая в цикл новой операции или изготовление следующей детали. Это значительно

1393 лоне) 19. Раг.с п тьгнают электропроводимость композиционной пластины по формуле где R — заданное электросопротинление эталона. повышает прочность инструмента при термоциклических нагружениях. управление процессом охлаждения инструмента осуществляют с помощью ЭВМ.

Таким образом, способ управления процессом резания инструментами с композиционными пластинами позволяет регулировать температурньпг режим до начала процесса резания (подготовительный этап), в процессе резания и по его окончании или до последующей обработки (завершающий этап).

Пример. Для управления процессом резания с помощью ЭВМ рассчитывают перераспределенную оптимальную температуру резания. В качестве исходных данных для расчета берут значения составляющих силы резания, коэффициент усадки стружки, площади контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента, режимы обработки, параметры заточки рабочей части инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого и инструментального метериалов. Заготонка из закаленной стали ШХ 15(HRC53-55), инструмент оснащен режущеи пластиной

l из композиционного материала на основе кубического нитрида бора. Режимы обработки: скорость резания

105 м/мин, подача — 0,05 мм/об., глубина резания 0,3 мм. Перераспределенная оптимальная температура резания о

480 С. В качестве нагревательного элемента в зажиме встроен и заизолирован проводник иэ медного сплава.

Перед началом процесса резания по команде ЭВМ токовый коммутатор включают в положение "Нагрев и задают постепенное наращивание напряжение от V„„ = 1 В при силе тока

I„„ = 0,08 А до Uù„,= 5 В (I ; 2 А) по прямолинейному закону н течение времени = 40 с с последующей выдержкой ь = 20 с.

Для контроля режущей пластины по команде ЭВМ переключают токовый коммутатор в положение Контроль" при одновременном уменьшении напряжения на источнике стабильного напряжения до U „„ = 1 В и включают АЦП. С учепературы резания и месте контакта нагревательного элемента и режущей плас40 тины, но не выше данного значения.

Это позволяет компенсировать падение температуры резания за счет только нагрева композиционной пластины, что обеспечивает большую эффективность

45 управления процессом и исключает появление рисок на обработанной фасонной поверхности по сравнению с управлением процессом резания путем изменения режгмон подач.

По окончании процесса резания, н момент отвода инструмента из эоны резания, обеспечивают постепенное охлаждение инструмента по объему пластины по линии 23 (фиг.3) с непрерывным уменьшением напряжения на

55 источнике стабильного напряжения во времени ь . В случае малого промежутка времени до последующей обработки

Затем, используя аппроксимирован- 10 ную зависимостI изменения электропроводймости Р от температуры Т (фиг.3), рассчитывают значение температуры пластины, которое сравнивают с заданным, соответствующим оптимальному значению перераспределенной температуры резания Т, . Оптимальную температуру резания предварительно рассчитывают на ЭВМ с учетом физикомеханических свойств обрабатываемого 20 и инструментального материалов, а затем определяют перераспределение ее значений н месте контакта режущей пластины и нагревательного элемента.

Процесс Нагрев-контроль поперемен- 25 но повторяют до достижения заданной температуры пластины, но не превышающей оптимальное ее значение. При выполнении последнего условия ЭВМ подает команду по каналу 20 на блок 21 управления привода подач, а последний включает привод 22 подач.

В процессе резания осуществляют попеременный нагрев и контроль температуры пластины по описанной схеме, Причем, значение температуры пластины поддерживают близким к перераспределенному значению оптимальной тем1393532 том заранее исследованной погрешности электрической цепи определяют температуру режущей пластины, Для этого автоматически производят изме5 рения напряжения и тока на эталоне

U 1 B и I „, =0,08À, Сигналы усиливают в усилителе напряжений, преобразовывают в кодовые значения на

АЦП и подают в 3ВМ, где рассчитывают 10 электропроводимость композиционной

4 пластины: Р = 0,4 Ом при заданном электросопротивлении эталона

R = 10 Ом. В предварительных исследо3 ваниях получают зависимость 15

f (Т) и аппроксимируют ее по виду

2 кривой второго порядка типа у = ах +

+ вх + с. По известным значениям,„ определяют температуру пластины Т н сравнивают с перераспределенной оп- 20 тимальной температурой резания о (T,= 480 С) . Принимают значение температуры нагрева пластины ниже То, но такое, что перепад температуры не оказывает снижение прочности инст- 25

I румента. Для сверхтвердого материала из КНБ это значение, установленное экспериментально, составляет

0,7 Т, т.е. 0,7 х 480 = 336 С. Перед началом процесса обработки режимы Нагрев-контроль" повторяют до о достижения температуры пластины 336 С.

При достижении заданного значения температуры ЭВИ дает команду на блок управления приводом подач и на привод подач. В процессе резания поперемен35 но повторяют режимы "Нагрев-контроль причем значение температуры пластины поддерживают близким к перераспреленному значению оптимальной температуры резания (Т = 480 С), но не выше данного значения.

По окончании процесса резания, в момент отвода инструмента из зоны резания осуществляют снижение температуры пластины по прямолинейному закону путем уменьшения напряжения от U„à„ = 5В до U„„ä = 1 В в течение промежутка времени 1 = 35 с.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ управления процессом резания инструментами, оснащенными композиционными пластинами, включающий автоматическое изменение режимов резания и контроль температуры резания, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и износостойкости инструмента при одновременном повышении производительности и качества обработки, осуществляют нагрев композиционной пластины перед началом процесса резания и охлаждение по окончании процесса резания с заданной скоростью изменения температуры, в процессе резания поддерживают температуру не выше заданной, а контроль температуры осуществляют по величине электрической проводимости композиционной пластины, причем при нагреве температурный градиент создают в направлении вершины инструмента.

1393532

Act.2

1393532

Тепгюрамура

Фиг. 3 т, т

Редактор Н.Гунько

Заказ 1912/11

Тирах 880

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

1

Ю

1 ф

Составитель В.Алексеенко

Техред М.Дидык Корректор А.Ворович