RU2014168C1

RU2014168C1 - Method for diagnosing stagnated layer growth

Info

Publication number: RU2014168C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Васильев
Original assignee: Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: diagnostics. SUBSTANCE: reference pass at speed V is made, physical parameter f, for example, cutting emf, is measured, coefficient of proportionality K in a reference relation F=k ln(V) is determined. A working pass at speed V_w is made, parameter f_w is measured and the availability of a stagnated layer is diagnosed on condition of kln(V_w)>f_w. EFFECT: improved accuracy. 15 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к резанию и может быть использовано на станках главным образом для лезвийной обработки. The invention relates to cutting and can be used on machines mainly for blade cutting.

Известен способ диагностики возникновения заторможенного слоя на режущем клине, о котором судят, прекращая резание по корню стружки и анализируя соответствующий микрошлиф. There is a method for diagnosing the occurrence of a inhibited layer on a cutting wedge, which is judged by stopping cutting at the root of the chip and analyzing the corresponding microsection.

Однако, этот способ непригоден для производственных условий и автоматизированных систем. However, this method is unsuitable for production conditions and automated systems.

Наиболее близким изобретению по техническому существу (прототипом) является свободный от указанного недостатка способ диагностики возникновения заторможенного слоя, включающий обработку инструментом детали и измерение изменения физического параметра f, характеризующего контактное взаимодействие пары обрабатываемая деталь-инструмент в зависимости от скорости резания. The closest invention to the technical substance (prototype) is a method of diagnosing the occurrence of a retarded layer, free from the indicated drawback, comprising processing a part with a tool and measuring the change in the physical parameter f, which characterizes the contact interaction of a pair of the workpiece-tool component depending on the cutting speed.

Однако, далеко не всегда образующийся заторможенный слой вырождается в нарост, а образование последнего требует определенного времени, что ограничивает область применения диагноза, снижает его оперативность и чувствительность. However, the inhibited layer that is not always formed degenerates into a growth, and the formation of the latter requires a certain time, which limits the scope of the diagnosis, reduces its efficiency and sensitivity.

Цель изобретения - расширение области применения, повышение оперативности и чувствительности. The purpose of the invention is the expansion of the scope, increasing responsiveness and sensitivity.

Для этого в способе диагностики возникновения заторможенного слоя, включающего обработку инструментом детали и измерения изменения физического параметра f, характеризующего контактное взаимодействие пары обрабатываемая деталь - инструмент в зависимости от скорости резания, согласно изобретению измеряют физический параметр при осуществлении эталонного прохода на скорости V и осуществлении рабочего прохода на скорости V_р и определяют возникновение заторможенного при выполнении условия
Kln (V_p) > f_р, где К - коэффициент пропорциональности, определяемый из выражения f = KlnV;
f - физический параметр, соответствующий скорости V;
f_р - физический параметр, соответствующий скорости V_р.To this end, in a method for diagnosing the occurrence of an inhibited layer, including processing a part with an instrument and measuring a change in a physical parameter f characterizing the contact interaction of a pair of a workpiece - an instrument depending on the cutting speed, the physical parameter is measured according to the invention when making a reference passage at speed V and making a working passage at a speed of V _p and determine the occurrence of inhibited when the condition
Kln (V _p )> f _p , where K is the proportionality coefficient determined from the expression f = KlnV;
f is the physical parameter corresponding to the speed V;
f _p - physical parameter corresponding to the speed V _p .

При определении физического параметра измеряют ЭДС резания, температуру резания, акустический сигнал или величину электромагнитного излучения. Верхнюю скоростную границу образования заторможенного слоя определяют при сопоставлении рабочей и эталонной величин физического параметра при выполнении условия Kln(V) > f. Эталонный проход в отличие от рабочего осуществляют на большей скорости, при большем сечении среза, всухую, с наложением ВЧ-колебаний на инструмент, по детали из материала, микроструктура которого состоит из одной фазы или из чистого металла, с подводом к инструменту дополнительной энергии, при нагреве обрабатываемой детали, более изношенным инструментом или на станке с меньшей жесткостью. When determining the physical parameter, the EMF of the cutting, the cutting temperature, the acoustic signal or the magnitude of the electromagnetic radiation are measured. The upper speed limit for the formation of a retarded layer is determined by comparing the working and reference values of the physical parameter when the condition Kln (V)> f is fulfilled. The reference passage, unlike the working one, is carried out at a higher speed, with a larger cross-section of the cut, dry, with the application of high-frequency vibrations on the tool, according to the part made of a material whose microstructure consists of one phase or of pure metal, with additional energy supplied to the tool, heating the workpiece, a more worn tool or on a machine with less rigidity.

На фиг. 1 представлен график скоростной зависимости ЭДС резания E(V) для проходов без образования заторможенного слоя на резце; на фиг. 2 - то же с образованием заторможенного слоя; на фиг. 3 - то же, с использованием температуры резания, акустического сигнала; на фиг. 4 - то же, при различных сечениях среза; на фиг. 5 - то же, с применением технологической среды и всухую; на фиг. 6 - то же, для станков с разной жесткостью; на фиг. 7 - то же, с наложением на инструмент ВЧ-колебаний; на фиг. 8 - то же, с подводом к инструменту и детали дополнительной энергии; на фиг. 9 - то же, при резании изношенным инструментом. In FIG. 1 is a graph of the velocity dependence of the EMF of cutting E (V) for passes without the formation of a inhibited layer on the cutter; in FIG. 2 - the same with the formation of the inhibited layer; in FIG. 3 - the same, using cutting temperature, acoustic signal; in FIG. 4 - the same, with different sections of the slice; in FIG. 5 - the same, using the technological environment and dry; in FIG. 6 - the same for machines with different rigidity; in FIG. 7 - the same, with the imposition of RF oscillations on the instrument; in FIG. 8 - the same, with the supply to the tool and the additional energy details; in FIG. 9 - the same when cutting with a worn tool.

Образование заторможенного слоя проявляется в резком уменьшении измеряемого параметра (фиг. 2). Зависимости, представленные на фиг. 1, хорошо аппроксимируются натуральной логарифмической функцией. Используя их в качестве эталонных, т.е. получая при предварительной обработке в данных условиях и представляя полученную зависимость f(V) в виде f = =Kln(V), диагноз возникновения заторможенного слоя сводится к отслеживанию уменьшения измеряемого в дальнейшем параметра f по отношению к эталонной зависимости. The formation of the inhibited layer is manifested in a sharp decrease in the measured parameter (Fig. 2). The dependencies shown in FIG. 1, are well approximated by a natural logarithmic function. Using them as reference, i.e. receiving during preliminary processing under these conditions and presenting the obtained dependence f (V) in the form f = Kln (V), the diagnosis of the occurrence of a inhibited layer reduces to tracking the decrease in the parameter f measured in the future with respect to the reference dependence.

Поскольку образование заторможенного слоя одинакового отображается не только на квази ЭДС, но и на температуре резания (ИК-излучение), акустическом сигнале (фиг. 3) они тоже могут быть использованы в качестве параметра f. Since the formation of an inhibited layer of the same one is displayed not only on the quasi-EMF, but also on the cutting temperature (IR radiation), they can also be used as an parameter f for the acoustic signal (Fig. 3).

На фиг. 3-1 - температура резания (ИК-излучение), 2 - акустический сигнал (выраженный в долях ускорения свободного падения), 3 - квази ЭДС резания. Заторможенный слой существует до определенной верхней скоростной границы V₁, например, для резания стали 18ХГТ до V₁ = 80 м/мин (фиг. 2). Поэтому при определении V₁ ее отождествляют с максимальной скоростью, для которой эталонная кривая, т.е. функция в виде Kln(V), превышает измеренный для той же пары параметр f.In FIG. 3-1 - cutting temperature (IR radiation), 2 - acoustic signal (expressed in fractions of the acceleration of gravity), 3 - quasi cutting EMF. The retarded layer exists up to a certain upper speed limit V ₁ , for example, for cutting 18KhGT steel to V ₁ = 80 m / min (Fig. 2). Therefore, when determining V _1, it is identified with the maximum speed for which the reference curve, i.e. function in the form of Kln (V), exceeds the parameter f measured for the same pair.

В случае, показанном на фиг. 2, эталонную зависимость можно получить по части кривых за зоной образования заторможенного слоя, для чего эталонный проход осуществляют на скорости, большей рабочей, т.е. при превышении скорости V₁.In the case shown in FIG. 2, the reference dependence can be obtained from the part of the curves behind the zone of formation of the inhibited layer, for which the reference passage is carried out at a speed greater than the working one, i.e. at excess of speed V ₁ .

Поскольку при увеличении сечения среза скорость V₁ уменьшается, перейти к эталонной зависимости можно, увеличивая по сравнению с рабочим сечение среза (фиг. 4). Увеличение сечения среза позволяет пролонгировать эталонный участок кривой в область меньших скоростей резания, где она показана пунктиром.Since with an increase in the cross-section of the slice, the speed V ₁ decreases, it is possible to go to the reference dependence by increasing the cross-section of the slice compared to the working one (Fig. 4). The increase in the cross-section of the cut allows you to prolong the reference section of the curve in the region of lower cutting speeds, where it is shown by a dotted line.

Применение технологической среды для данной пары (фиг. 5) смещает верхнюю скоростную границу образования заторможенного слоя в сторону больших скоростей, поэтому эталонный проход осуществляют в этом случае всухую. The use of the technological medium for this pair (Fig. 5) shifts the upper velocity boundary of the formation of the inhibited layer towards high speeds, therefore, the reference passage is carried out dry in this case.

На фиг. 1 среди показанных кривых - две относятся к чистым металлам - титану (сплав ВТ1) и железу армко (состоящему из почти одного феррита). Резание таких материалов характеризуется отсутствием заторможенного слоя, поэтому эталонные кривые могут быть получены при резании детали из материалов, микроструктура которого состоит из одной фазы или чистого металла. In FIG. 1 among the curves shown - two relate to pure metals - titanium (VT1 alloy) and armco iron (consisting of almost one ferrite). The cutting of such materials is characterized by the absence of an inhibited layer, therefore, reference curves can be obtained when cutting a part from materials whose microstructure consists of a single phase or pure metal.

Из практики резания также известно, что образованию заторможенного слоя препятствует наложение на режущий инструмент ВЧ-колебаний, подвод к нему дополнительной энергии (например нагрев), а также нагрев обрабатываемой детали. Поэтому при таких технологических особенностях эталонный проход осуществляют соответственно с наложением ВЧ-колебаний на инструмент, с подводом к нему дополнительной энергии в другом виде или при нагреве обрабатываемой детали. It is also known from cutting practice that the formation of a braked layer is prevented by the application of high-frequency oscillations to the cutting tool, the supply of additional energy to it (for example, heating), and also the heating of the workpiece. Therefore, with such technological features, the reference passage is carried out, respectively, with the application of high-frequency oscillations on the tool, with the addition of additional energy to it in a different form or when the workpiece is heated.

На фиг. 7 кривая 7 получена при торцовом точении стали 45 без охлаждения резцом, оснащенным твердым сплавом Т15К6, а кривая 8 - то же, но с наложением на резец с помощью вибратора ВЧ- колебаний (20 кГц, амплитуда ≈ 0,02 мм) в направлении главной составляющей усилия резания. In FIG. 7, curve 7 was obtained for face turning of steel 45 without cooling by a cutter equipped with T15K6 hard alloy, and curve 8 is the same, but superimposed on the cutter using a high-frequency vibrator (20 kHz, amplitude ≈ 0.02 mm) in the direction of the main component of the cutting force.

На фиг. 8 - то же, но при большем сечении среза, при этом кривая 9 получена при обычном резании, кривая 10 - при подводе к резцу дополнительной энергии (его нагреве ≈ до 180^оС, а кривая 11 - при нагреве с помощью плазмотрона участка обрабатываемой детали непосредственно вблизи зоны резания.In FIG. 8 - the same, but with a larger cross-section of the cut, while curve 9 was obtained with conventional cutting, curve 10 - with the supply of additional energy to the cutter (its heating ≈ up to 180 ^о С, and curve 11 - with the use of a plasma torch for heating a section of the workpiece directly near the cutting zone.

На станке с большей жесткостью заторможенный слой "удерживается" на режущем клине до большей скорости резания, поэтому эталонный проход осуществляют на станке (при системе СПИД) с меньшей жесткостью; На фиг. 6 показаны кривые E(V) для той же пары сталь 18ХГТ-Т15К6, полученные на станках с разной жесткостью С. On a machine with greater rigidity, the inhibited layer is "held" on the cutting wedge to a higher cutting speed, therefore, the reference pass is carried out on the machine (with the AIDS system) with less rigidity; In FIG. Figure 6 shows the E (V) curves for the same pair of 18KhGT-T15K6 steel obtained on machines with different stiffness C.

Аналогично уменьшению жесткости станка действует износ режущего инструмента. На фиг. 9 - тот же случай резания, т.е. точение стали 45 резцом, оснащенным твердым сплавом Т15К6, при этом кривая 12 соответствует точению новой неизношенной вершины твердосплавной пластины, а кривая 13 - резанию вершиной той же пластины, но с износом по задней поверхности ≈0,3 мм. Similar to the decrease in rigidity of the machine, the wear of the cutting tool acts. In FIG. 9 - the same case of cutting, i.e. turning of steel 45 with a cutter equipped with T15K6 hard alloy, curve 12 corresponds to turning a new unworn top of the carbide plate, and curve 13 corresponds to cutting with the top of the same plate, but with wear on the back surface of ≈0.3 mm.

Таким образом, предложенный способ может быть реализован в разнообразных условиях, что расширяют область применения, реализуется оперативно и основан на использовании сигналов непосредственно из зоны резания, обладает высокой чувствительностью. Thus, the proposed method can be implemented in a variety of conditions, which expand the scope, is implemented quickly and is based on the use of signals directly from the cutting zone, has a high sensitivity.

Claims

1. METHOD FOR DIAGNOSTIC OF THE APPEARANCE OF THE BRAKED LAYER, including processing the part with a tool and measuring the change in the physical parameter f characterizing the contact interaction of the pair the workpiece is an instrument depending on the cutting speed, characterized in that, in order to expand technological capabilities, measure the physical parameter in the implementation of the reference passage at speed V and the implementation of the working passage at speed V _p and determine the occurrence of inhibited when the condition
K ln (V _p )> f _p ,
where K is the coefficient of proportionality, determined from the expression f = K ln V;
f is the physical parameter corresponding to the speed V;
f _p - physical parameter corresponding to the speed V _p .

2. The method according to claim 1, characterized in that when determining the physical parameter, the EMF of the cutting is measured.

3. The method according to claim 1, characterized in that when determining the physical parameter, the cutting temperature is measured.

4. The method according to claim 1, characterized in that when determining the physical parameter measure the acoustic signal.

5. The method according to claim 1, characterized in that when determining the physical parameter, the magnitude of the electromagnetic radiation is determined.

6. The method according to claim 1, characterized in that the upper speed limit of the formation of the inhibited layer is determined by comparing the working and reference values of the physical parameter when the condition
K ln V> f.

7. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out at a speed greater than the speed of the working passage.

8. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out with a cross section greater than the cross section of the cut of the working passage.

9. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage, in contrast to the worker, is carried out dry.

10. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out with the superposition of high-frequency oscillations on the instrument.

11. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out on a part of a material whose microstructure consists of one phase or of pure metal.

12. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out with the supply of additional energy to the tool.

13. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out by heating the workpiece.

14. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out by a tool, the amount of wear of which is greater than during the implementation of the working passage.

15. The method according to claim 1, characterized in that the reference passage is carried out on the machine, the rigidity of which is less than the rigidity of the machine when performing the working passage.