Устройство для определения износа инструмента

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) .Щ®Щ

I ь ! (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.04.74(21) 201 1515/25-8 (51) М. Кл В 288 25/0C, В 23у, 15/00 с присоединением заявки №

Государственный иомитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

«(23) Приоритет Опубликовано 25.09 75Бюллетень № Э5

Дата опубликования описания 06.01.76. (53) УДК 6 2 ).. 7. О) 8 (088,8) (72) Авторы В. А. Анфалов, В. Л. Заковоротный, А. Н. Зацепилин, изобретения О. С. Перлин и С. А. Раков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА

Изобретение касается станкостроения.

Известны устройства для определения износа инструмента в процессе резания по анализу снектра его вибраций, снабженные датчиком вибраций типа акселерометра, б установленного на режушем инструменте, усилительными, фильтруюшими, детектируюшими и пороговыми элементами. Однако точность из-за влияния вариаций режимов резания (особенно скорости резания), а щ также из-за чувствительности к флуктуаi циям низкочастотной части спектра вибраций низкая.

Целью изобретения является, во-первых, увеличение точности работы устрой- @ ства путем анализа перераспределения резонансных частот у неизношенного и изношенного инструмента, во вторых, увелиI чение диапазона вариаций режимов резания без потери точности измерения путем стабилизации обшего уровня напряжения на вы-, .ходе предварительного усилителя, в-третьих, получение дискретного вида информации об йзносе для примененйя ее в цифровых

Г системах программного управления станками путем установки на выходе сумматс ра пороговых элементов. Это достигается тем, что сигнал об износе формируется в виде разности двух интегральных нормирс ванных значений напряжений, снятых с по лосовых фильтров, настроенных на резонан-! сные частоты изгибных колебаний неизношенного и изношенного до критического значения инструмента. Для этого устройство и меет фильтр, который выделяет с и гнал от датчика вибраций, лежаший в пределах двух собственных частот системы инструмент-зона резания, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, охваченным отрицательной обратной связью, пор мируюшей резонансную амплитуду на «шкоде усилителя, два узкополосных фильтра, настроенные на резонансные частоты вибраций соответственно неизношенного и изношенного до критического значения инструмента, пороговые элементы — триггеры

Шмитта, настроенные на срабатывание от различных уровней сигнала, несушего информацию об износе инструмента. Для оп:ределения износа применяется пьезоэлект-, 484939 рический датчик — акселератор колебаний ) инструмента. Число пороговых элементов — триггеров, осуществляющих дискретнь;й выход информации об износе, принимается, исходя из конкретных требований к точнос- S ти и широте диапазона работы устройства.

Предлагаемое устройство повышает точность измерения и расширяет диапазон режимов резания, при которых происходит измерение износа. Дискретный выход информации поз- 10 воляет использовать устройство в различных системах контроля износа инструмента.

На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — статическая

1 частотная характеристика узкополосных фильтров вместе с суммирующим устройством, Устройство для определения износа инструмента 1 (см.фиг.1) имеет датчикпьеэоэлектрический акселерометр 2, установленный на режущем инструменте 1 или его державке. Выход датчика соединен с предварительным усилителем 3 специальным экранированным кабелем. Выход предварительного усилителя 3 соединен с активным фильтром 4, выполненным так, чтсь си цал на его выходе не затухает в пре1 лолах двух резонансных частот(3щ : f >), I)ричем частота f (см.фиг.2 ) соот-

01 ветствует одной из резонансных частот изгибцых колебаний неизношенного инст румента, а частоте ./ -частоте инстI румента, изношенного до критического 35 состояния.

За указанными пределами сигнал на выходе фильтра сильно затухает. Выход фильтра 4 через суммирующее устройство соединен с усилителем 5, имеющим 40 регулируемый коэффициент усиления. В суммирующем устройстве складываются сигналы фильтра 4 и блока 6, осуществляющего параметрическу1о отрицательную обратную связь для поддержания постоян- 45 ного уровня сигнала на выходе усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен со входами двух узкополосных фильтров 7 и 8.

Выход фильтра 7, настроенного на частсьту/,, соединен с детектирующим блоком 50

9 и со сглаживающим фильтром 10. Вы1 ход фильтра 10 соединен с сумматором

t.1. Аналогично выход фильтра 8, настроенного на частоту./о2, соединен с детектором 12, фильтром 13 и сумматором 11.

Выход сумматора 11 соединен с блоком пороговых элементов 14 типа триггеров ! Пх|итта, настроенных на срабатывание цри различных уровнях сигнала. Выходы пороговых элементов несут информацию, 60

4 об износе режущего инструмента и могут быть соединены с различными приборами регистрирования и системими уп-равления процессом резания.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Датчик 2 вибраций воспринимает шум инструмента 1 при резании, преобра эованный оператором системы СПИД. Интенсивность шума инструмента и все составляющие спектра напряжений на выходе датчика зависят от скорости резания. Сигнал датчика усиливается в предварительном усилителе 3. Активным фильтром 4 из него вы1 деляется наиболее информативный участок спектра, имеющий две собственные резо.нансные частоты (fg /р ), соответственно неизношеныого и изношенного ин.струмента (30-. 40. кгц). Выделенный участок спектра затем нормируется с помощью усилителя 5 с регулируемым коэффициентом усиления и блоком параметрической обратной связи 6, осуществляющим изменение коэффициента усиления усилителя 5. Стабилизация максимального уровня сигнала на выходо усилителя

5 позволяет избавиться от влияния нестабильности амплитуды вибраций при вариациях режимов резания. Причем применение автоматического регулирования уровня сиг,нала не изменяет соотношения между отдельными амплитудами спектра. Получением нормированного по уровню сигнала заканчивается предварительная обработка информации, цель которой — расширить диапазон вариаций режимов резания, при которых возмож- 1 но измерение степени износа инструмента без уменьшения точности. Н ормированный сигнал с выхода усилителя 5 подается на два параллельно включенных активных узкополосных фильтра 7 и 8, настроенных на резонансные частоты,/ — . Затем

О1 с 02 сигналы по двум параллельным каналам детектируются в блоках 9 и 1;>, сглаживаются фильтрами 10 и 13 и поступают для вычитания н а сумматор 11.

На фиг. 2 дана статическая частотная характеристика преобразования напряжений в двух параллельных каналах. Пунктирными линиями показаны характеристики элементов, соответственно 7, 8, 10 и 8 ., 12, 13. Если инструмент на изношен, спектр сигнала на выходе в усилителе 5 определяется в основном амплитудами, расположенными в районе,Я, и поэтому на выходе 11 имеет максимально напряжение положительной полярности. По мере износа спектр на выходе усилителя 5 перераспределяется так, что основной сигнал смешается в сторону gp . В результате

484939 этого напряжение на выходе 11 уменьшается .! .до нуля. При максимальном износе. спектр определяется амплитудами, и .на выходе сум-. матора он имеет максимальное напряжение

;отрицательной: полярности . Полоса прс пускания фильтра 4 выбирается в пределах, (f . Я.иа.щ ), поэтому на выходе усилителя 5 появляется сигнал, изменяющийся лишь в этом частотном диапазоне. Бла. годаря установке фильтров 10 и 13 удаеъ- щ I ся избежать случайных девиаций частоты шума резания в рассматриваемом диапазоне частот. Путем варьирования добротности фильтров 7 и 8 добиваются практичес ки линейной характеристики, связывающей величину износа инструмента по задней гра1 ни с напряжением на выходе сумматора 11.

Полученное на выходе сумматора 11 напряжение подается на систему пороговых

\ устройств триггеров Шмитта, настроенных на срабатывание при разпичных уровнях сигнала. Так опозновательным методом

I t цли после проведения тарировочных экспериментов осуществляется градуирование ,каждогб триггера в единицах износа. Градуирование можно осуществлять как по длине изношенной фаски на инструменте, так и по ее плошади. Именно эти величины наиболее точны в выходной информации

l устройства. В результате отсутствия по- 30 åõ со стороны системы СПИЙ за счет настройки полховых фильтров на резонанс« ные частоты в диапазоне выше 20 кгц, точность устройства увеличилась.. Диапазон .режимов резания, при которых происходит

6 ! измерение износа ийСтрумента, значитель но Расширен.

Предмет изобретени ройство для определения изно а

l. Уст о инструмента в процессе резания по анализу спектра его виораций, снабженно датчиком вибраций типа акселерометра, устаФ новленного на режущем инструменте, усилительными фильтрующими дете ктируюшими и пороговыми элементами, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличе ния чувствительности и помехозашишеннос ти измерения, датчйк вибраций через усилитель с регулируемым. коэффициентом соединен с двумя избирательными узкополосными параллельными фильтрами, настроенными на собственные частоты изгибных колебаний, соответственно неизношенного и изношенного до критического значения инструмента, при этомвйходыфильтров через детектирующие и сглаживающие элемЕнты включены на сумматоре встречно.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью расширения пределов режимов резания, при которых возможно измерение износа инструмента, выход и вход усилителя сондинен с блоком отрицательной обратной связи.

3. Устройство по п.1, о т л.и ч а юш е е с я тем, что, с целью получения информации об износе инструмента в диск- ретной форме выход сумматора соединен с параллельными пороговыми элементами, настроенными на срабатывания от сигна лов различного уровня.

484939 фиг. Z

Заказ ф )

Иад. М I фЦ Тираж ) О6)

Подписное

llредврвятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

Ul111111111 осударствеиного комитета Совета Министров СССР во делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская иаб., 4