Устройство для измерения износа ре-жущего инструмента

 

()829352

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ЫЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву 1Р 648349 (22) Заявлено 07.07. 78 (21) 2639384/25-08 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15. 05. 81, Бюллетень М 18

3 (51)М. Кл.

В 23 В 49/001/

В 23 ф 15/00

Гасударственный кемитет

СССР

Ilo делам нзебретеннй и еткрытнН (53) УДК 621 9.

° 08(088.8) Дата опубликования описания 1 7.05.81 (72) Авторы изобретения

В. Л. Заковоротный, Г. Г. Палагнюк, Н. Н. Игнатенко и А. А. Ерофеев

Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйсевейноФО машиностроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА

РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к области станкостроения.

По основному авт.св. Ф 648349 известно устройство для измерения износа режущего инструмента, используемое

5 преимущественно на автоматических линиях и станках-автоматах, где обработка ведется по копиру, а также.на станках токарной группы с ЧПУ. Устройство содержит преобразователь вибраций, предварительный усилитель, вход которого подключен. к преобразователю вибраций, подключенйый к выходу предварительного усилителя, высокочастотный каналтобразованный последовательно соединенным узкополосным филЬтром высоких частот и детектором, а также включающий систему автоматической настройки частоты высокочастотного фильтра по амплитуде выходно- ®

ro сигнала, вход которой подключен к выходу детектора, а выход — к настраиваемому фильтру, и регистратор, подключенный к выходу канала, блок регистрации режимов обработки, ки" нематически связанный со шпинделем и суппортом станка; выход которого подключен к регулируемому элементу коэффициента усиления предварительного усилителя, схему сравнения, включенной между выходом канала и регистратором, второй вход которой подключен к выходу задатчика величины износа, управляемого системой автоматической настройки частоты фильтра (1).

Наличие блока регистрации режимов обработки позволяет исключить влияние вариации режимов резания на точность измерений, связанных с изменением частоты вращения детали и изменения относительного положения инструмента при обработке деталей различного диаметра и сложной конфигурации.

Однако при этом некоторые трудности связаны с подавлением мешающих факторов,.обусловленные вариацией припуска, различной твердости обрабатываемого

52 4 ширения возможностей диагностики пу35

Эта цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено вспомогательным высокочастотным каналом, состоящим из последовательно включенных преобразователя вибраций, 40 установленного на инструменте (резцедержавки) в направлении продольной подачи, предварительного усилителя, узкополосного перестраиваемого фильтра высоких частот, детектора со встро- 45 енным интегратором, выход которого через введенный масштабный усилитель соединен со вторым входом регулирующего элемента коэффициента усиления предварительного усилителя основного высокочастотного канала, причем регулирующий элемент управления коэффициентом усиления предварительного усилителя вспомогательного канала также соединен с выходом блока регистрации режимов обработки, а элемент настройки узкополосного перестраиваемого фильтра — с выходом системы автоматической настройки их частоты. Для рас3 8293 материала по периметру, а также вариации величины подачи, особенно при обработке на станках с системами стабилизации усилия резания. Кроме того, значительное увеличение усилий реза5 ния, связанное как с износом инструмента, так и с другими технологическими факторами, а также падение давления в гидромагистрали зажимного устройства, износ самозахватывающих 1О кулачков и т.п., способствуют прокручиванию детали в зажимном приспособлении, в процессе обработки. В таком случае выкрашивается режущий инструмент, вызывающий поломку его держав- l5 ки, выходит из строя зажимное приспособление, снижается технологическая надежность автоматической линии в целом.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния (на точность измерения) факторов, связанных с вариацией припуска, твердости обрабатываемого материала, величины подачи, а также 2S расширение возможностей диагностики путем измерения шероховатости, оптимального времени стойкости инструмента, контроля прокручивания детали в зажимном приспособлении или резкого 30 случайного снижения жесткости детали, контроля наступления фазы усиленного катастрофического износа инструмента, его выкрашивания. тем измерения формообразования обрабатываемой. поверхности (шероховатости), определения времени оптимальной стойкости инструмента, устройство снабжено цепью, состоящей из последовательно включенных синхронного детектора, усилителя и интегратора, вход блока регулирования временем интегрирования которого соединен с выходом вспомогательного канала, а выход его непосредственно и через введенную схему сравнения соединен со следующими входами многовходового регистратора, второй вход введенной схемы сравнения соединен с выходом схемы сравнения основного канала, введенная цепь входами синхронного детектора подключена к выходам узкополосных перестраиваемых фильтров основного и вспомогательного каналов.

Для защиты инструмента от поломок стройство снабжено дополнительно суматором и и каналами, где п — число

1 натурального ряда, состоящими из последовательно включенных полосовых фильтров и усилителей, преобразователей, выходы которых через введенный сумматор соединены с последующим входом регистратора, а входы и полосовых с фильтров подключены к выходу предварительного усилителя основного канала, причем регулирующие элементы коэффициентов усиления усилителей-преобразователей каждого из и каналов через соответствующие масштабные усилители подключены к выходу вспомогательного канала.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для измерения износа режущего инструмента состоит из двух преобразователей 1 2 регистрирующих виброакустическую эмиссию один — в направлении действия отжимающей силы, второй — в направлении подачи двух идентичных каналов основного и вспомогательного, включающие в себя соответственно последовательно включенные предварительный усилитель 3, 4 с элементами регулировки коэффициента усиления, перестраиваемые высокочастотные узкополосные фильтры 5, 6, детекторы ?, 8 со встроенным интегратором, вход основного канала через предварительный усилитель 3 подключен к выходу преобразователя вибраций, вход вспомогательного канала через предварительный усилитель 4 к выходу преобразователя 2, схемы 9 сравнения покдлюченной к выходу основного канала, системы 10 автоматической настройки частоты узкополосных фильтров 5, 6, вход которой подключен к выходу детектора основного канала, а ее выход соединен с элементами настройки узкополосных фильтров 5, 6 основного и вспомогательного каналов, 10 задатчика ll уровня износа, вход которого связан с системой 10 автоматической настройки фильтров, а выход подключен ко второму входу схемы -9 сравнения масштабного усилителя 12, 55 подключенного к выходу вспомогательного канала детектора 8, а выходом — к регулируемому элементу предварительного усилителя 3 основного канала, цепи, включающей в себя последователь-20 но соединенные синхронный детектор 13, усилитель 14, интегратор 15, схему 16 сравнения. Синхронный детектор 13 своими входами подключен к выходам фильтров 5, 6 основного и вспомога- 25 тельного каналов. Иноговходовой регистратор 17, включает в себя пороговый элемент и блок визуального контроля, подключенный к выходам схем 9, 16 сравнения. Устройство также вклю- 30 чает в. себя интегратор 15, и дополнительных каналов, представляющих собой соответственно последовательно включенные узкополосные фильтры 18-20, усилители-преобразователи 21-23, регули- з рующие элементы усиления которых подключены к выходу детектора 8 вспомогательного канала через соответствующие масштабные усилители 24-26, входы же узкополосных фильтров IS-20 подключены к выходу предварительного усилителя 3 основного канала, а выходы усилителей-преобразователей 21-23 через сумматор 27 соединены с последующим входом многовходового регист-. 45 ратора 17 блока 28 регистрации как скорости вращения детали 29, так и относительного положения суппорта 30 по отношению к детали, включающий тахогенератор 31, кинематически свя- 50 занный со шпинделем станка, и реа" хорд 32, движок которого кинематичес ки связан с суппортом 30.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал от преобразователя вибраций I, установленного на суппорте 30 в направлении отжимающей силы реза829352 6 ния Ру и регистрирующий спектр виброакустической эмиссии, возникающий при резании, подается на предварительный усилитель 3. После предварительного усиления избираются высокочастотные гармонические составляющие сигнала, выбранные из принципа их информативности с помощью узкополосного перестраиваемого фильтра 5. Так как высокочастотная составляющая имеет, как правило, по несколько явно выраженных частотных составляющих,коррелированных с различнымй технологическими факторами, в том числе и с износом, то с помощью система автоматической настройки 10 частоты фильтра избираются, т.е. те, которые имеют максимальный уровень и наиболее информативны. Например, перестраиваевым .фильтром в диапазоне обзора Во-й может быть селективный усилитель с плавной регулировкой избирательной частоты и относительно узкой полосой пропускания. Затем выходной сигнал избирательного фильтра 5 детектируется детектором 7 и подается на вход 10 автоматической настройки частоты фильтра 5 по амплитуде выходного сигнала, а также на один из входов схемы 9 сравнения. На другой вход последней подается напряжение задатчика II уровня износа, управляемого также системой 10 автоматической наt стройки частоты фильтра и имеющего возможность ручной регулировки задатчика уровня износа. Результирующее напряжение схемы сравнения, соответствующее текущему состоянию размерного износа контролируемого инструмента, подается на регистратор 17,включающий в себя пороговый элемент, реагирующий на критическое значение контролируемого параметра н блок визуального контроля, регистрирующий текущеЕ значение его величины (контролируемого параметра) в процессе обработки. !

Выходной сигнал блока визуального контроля, является сигналом компенса-. ции погрешности, вызванной износом контролируемого инструмента, а сигнал порогового элемента, появляющийся в случае достижения заданного критического значения, выводит режущий инструмент из зоны обработки посредством системы управления .станка и возвращает ее в исходное состояние, отключает ..станок-автомат и включает звуковую и световую сигнализацию на пульте уп30

7 82935 равления оператора (система управления станком не показана).

Использование высокочастотной части спектра виброакустической эмиссии позволяет прежде всего отстроиться от частот,. связанных с шумом движущихся частей станка как с мешающим фактором, а. затем с помощью системы 10 автоматической настройки фильтров 5, б выделить наиболее информативные 1р частоты, коррелированные с износом и процессами протекания пластической деформации.

Результаты исследований показывают, что ширина спектра и перераспре- 15 деление егo энергетических уровней различны в зависимости от направления измерения х, у,. z, и характеризуются различным условием контактирования по передней и задним (главной и вспомо- zO гательных) поверхностям инструмента с обрабатываемой деталью и стружкой.

Даже при постоянной частоте вращения детали и неизменном положении инструмента по отношению к оси обрабатыва- 25 емой детали, энергетические уровни в направлении измерения х, у наиболее информатйвных частот, коррелированных с изкосом, не остаются постоянными

При вариации припуска, твердости обрабатываемого материала и величины подачи. Причем, если с увеличением припуска энергетические уровни в на 9равлении х, регистрируемые преобразователем 2, возрастают с увеличени- з5 ем площади контакта но передней гра .ни е величиной срезаемого слоя, то уровни информативных частот, коррелированных с износом по задней грани, регистрируемых преобразователем I, 40 в направлении у падают. Это объясня1ется тем, что изменяются условия конг тактирования инструмента по задней грани с..обрабатываемой деталью при изменении общей нагруженности его, 45 связанной с изменением величины припуска. Применение (в данном случае) различного рода избирательных обратных связей малоэффективно, так как . "частота повторения возмущений, вы.званная изменением величины припуска, твердости .обрабатываемого материала по периметру обработки может быть самая различная даже в одной партии обрабатываемых деталей. Это требует сложных систем слежения и поднастройки избирательных обратных связей с . большим быстродействием, что значительно усложняет устройство в целом. По2 8 этому в предлагаемом устройстве в качестве сигнала управления обратной связью основного канала используется сигнал вспомогательного канала, закон изменения которого пропорционален изменению площади контакта по главной передней грани в направлении измере-, ния х с площадью срезаемого слоя обрабатываемого материала;

Таким образом сигнал, регистрируемый преобразователем 2 в направлении х, усиливается предварительным усилителем 4 вспомогательного канала, затем автоматически фильтром б избирается частота, равная информативной частоте, выделяемой основным высокочастотным каналом, детектируется детектором 8, интегрируется и через масштабный усилитель 12 управляет коэффициентом усиления предварительного усилителя 3 основного канала, исключая этим самым изменение его выходного сигнала, связанное с воздействием изменения принуска в широком частотном диапазоне. Наблюдение эа изменением энергетического уровня информативной частоты на выходе избирательного фильтра 5 основного канала показывает, что с развитием износа энергетический уровень в общем случае возрастает по кривой, имеющей форму, близкую к классической, характеризующей состояние режущего инструмента, включающей фазы приработки, развитие нормального износа, а затем интенсивное возрастание, соответствующее катастрофическому износу. Однако наблюдается огибающая относительно низкочастотная составляющая сигнала, выраженная в виде амплитудной модуляции, глубина которой также изменяется с развитием износа и с частотой изменения циклической .составляющей ьсила. резания Ру. Амплитуда, частота и форма огибающего сигнала характеризуют процесс протекания пластической деформации, условия схватывания по задней грани, а сле1цовательно и процесс формообразования обрабатываемой поверхности, меняющейся с изменением износа. Поэтому применение в устройстве цепи, образованной последовательно включенными синхронным детектором 13, в случае необходимости усилителем 14, интегратором 15 с регулирующим элементом времени интегрирования, позволяет выделить огибающую высокочастотного сигнала, коррелированную с качеством формообразования поверхности — шерохова9352 10

Формула изобретения

1. Устройство для измерения. износа режущего инструмента по авт. св.

Ф 648349, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения влияния факторов, связанных с вариацией припуска, твердости обрабатываемого материала, величины подачи, оно снабжено вспомогательным высокочастотным каналом, состоящим из последовательно, включенных преобразователя вибраций, установленного на инструменте в на- правлении продольной подачи, пред» варительного усилителя, узкополосного

Так как коэффициент передачи каждого из и каналов с соответствующими фильтрами 18-20 разнится между собой с повышением частоты регистрации, то для их выравнивания и нормирования коэффициенты усиления усилителей-пре- 55 образователей 21-23 выбраны переменнймы. Последние управляются выходным напряжением вспомогательного канала через соответствующие масштабные уси9 82 тостью. Входным управляющим сигнапом синхронного детектора 13 является выходное напряжение избирательного фильтра 5 основного канала, а опорным .- ограниченное по амплитуде на входе синхронного детектора 13 выходное напряжение избирательного фильтра б вспомогательного канала. Суммирование информации во времени осуществляется интегратором 15, время . интегрирования которого определяется величиной выходного сигнала вспомогательного канала. Изменение времени интегрирования позволяет исключить влияние мешающих факторов., связанных с изменением припуска, на показание регистратора 17 при оценке шероховатости. Сравнение по величине сигналов, пропорциональных износу (выходное напряжение схемы 9 сравнения) и шероховатости (выходное напряжение интегратора 15), с помощью схемы .16 сравнения позволяет формировать на ее выходе сигнал, пропорциональный оптимальному времени стойкости инструмента, исходя из двух критериев — качества обрабатываемой поверхности и

его размерной стойкости, фиксируемых также регистратором 17.

Прокручивание детали и резкое случайное снижение ее жесткости в процессе резания приводят к нестационарности протекания процесса в целом, возбуждая в системе СПИД дискретное множество частот в высокочастотной части спектра. Такое расширение спект-, ра фиксируется фильтрами 18-20 каждо-, го из и дбполнительных каналов, усиливается и преобразуется в аналого. вый сигнал усилителями-преобразователями 21-23 каждого из и каналов. Выходное напряжение дополнительных каналов складывается сумматором 27 и управляет пороговым элементом регистратора 17. Последний, воздействуя на систему управления станка-автомата, выводит резец из зоны обработки, прекращая процесс резания. лнтели 24-26 с необходимым масштабным соотношением.

Предложенное устройство позволяет повысить точность измерения эа счет исключения влияния мешающих факторов, расширить возможности диагностики, определяя, кроме износа, качество обрабатываемой поверхности — шероховатость, время оптимальной стойкости режущего инструмента, исходя иэ двух критериев качества обрабатываемой поверхности — шероховатости и его размерной стойкости, а также не допустить поломку инструмента, выкрашивание его при прокручивании детали или резком случайном снижении жесткости детали усилий резания и, как следствие, не допустить выхода иэ строя самого зажимного приспособле-, ния. Наличие в устройстве блока регистрации режимов обработки совместно с предложенной системой компенсации вариаций припуска, твердости обрабатываемого материала, величины подачи позволяет повысить точность из мерения и значительно расширить область применения таких устройств на станках-автоматах, станках с ЧПУ, где обработка. ведется на различных режимах, а детали обрабатываются с самой различной конфигурацией. Применение в устройстве многовходового регистратора, включающего пороговые элементы, настроенные на различный уровень срабатывания и имеющие соответствующую индикацию, позволяет определять оставшийся ресурс работы инструмента, так как соответствующему уровню срабатывания пороговых элементов соответствует заданная степень износа.

II 829352 12 ерестраиваемого фильтра высоких час+ ратора, второй вход введенной схемы тот, детектора со встроенным интегра" сравнения соединен с выходом схемы тором,; выход которого через масштабный: сравнения основного канала, входы . усилитель соединен со вторым входом синхронного детектора подключены к вырегулирующего элемента коэффициента уси ходам узкополосных перестраиваемых

5 пения предварительного усилителя ос- фильтров основного и вспомогательного новного высокочастотного канала, при- каналов; чем регулирующий элемент управления 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— коэффициентом усиления предваритель- л и ч а ю щ е е е я. тем, что, с ценого усилителя вспомогательного кана- ур лью .защиты инструмента от поломок, ла также соединен с выходом блока ре- оно снабжено сумматором и п каналами, гистрации режимов обработки, а элемент где n — число натурального ряда, сонастройки узкополосного перестраива- стоящими из последовательно включенемого фильтра -. с выходом. системы ав- ных полосовых фильтров и усилителейтоматической настройки их частоты. 1 преобразователей, выходы которых че2. Устройство no a. 1, о т л и— рез сумматор соединены с входом реч а ю щ е е с я тем, что, с целью гиСтратора, а входы п полосовых фильт расширенЬя возможностей диагностики ров подключены к выходу предварительйутем измерения шероховатости и опти- ного усилителя основного канала, примального времени стойкости инструмен- - 20 чем регулирующие элементы коэффицита, оно снабжено цепью, состоящей из ентов усиления усилителей-преобразовапоспедовательно включенных синхронно- телей каждого из п каналов через соотго детектора, усилителя и интегратора, ветствующие масштабные усилители под.вхад блока регулирования временем ин- ключены к"выходу .вспомогательного категрирования которого соединен с вы- . 25 нала. ходом вспомогательного канала,, а вы- . Источники информации, .. ход его непосредственно и через введен" принятые во внимание при экспертизе ную схему сравнения соединен с после- 1. Авторское свидетельство СССР дующими входами многовходового регист- Ф 648349, кл. В 23 В 49j00, 1976. °

829352

Составитель Т. Юдахина

Редактор П. Коссей Техред А. Савка

Корректор N. Коста

Подписное

Заказ 2779 25 Тираж 1148

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,