RU2163182C1

RU2163182C1 - Method for determining roughness degree of surface of part at cutting it in metal cutting machine tool

Info

Publication number: RU2163182C1
Application number: RU2000103090A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Дорофеев; А.С. Горшков; В.В. Летуновский; В.А. Моисеев; Ю.И. Гордеев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "КОМПОМАШ-ТЭК"
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2001-02-20

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly active control of roughness of surface of part being cut, mainly in lathes. SUBSTANCE: method comprises steps of registering signal of acoustic emission; determining roughness degree of part surface according to registered signal; determining area of spectrum of acoustic emission signal and evaluating roughness degree on base of relation of spectrum areas of registered signal of acoustic emission and set beforehand reference signal of acoustic emission. EFFECT: enhanced accuracy at evaluating roughness degree, enlarged manufacturing possibilities. 3 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при активном контроле шероховатости поверхности в процессе механической обработки деталей, например, на станках токарной группы. The invention relates to mechanical engineering and can be used with the active control of surface roughness during the machining of parts, for example, on machines of a turning group.

Известен способ определения параметра поверхности детали при обработке, который заключается в том, что измеряют амплитуды низкочастотной и высокочастотной составляющих акустического сигнала при обработке детали шлифовальным кругом, и по их отношению определяют величину шероховатости обрабатываемой поверхности. (См. а.с. СССР N 1252651, кл. G 01 N 3/58, 1989 г.) - наиболее близкий аналог. There is a method of determining the surface parameter of a part during processing, which consists in measuring the amplitudes of the low-frequency and high-frequency components of the acoustic signal during processing of the part by a grinding wheel, and the roughness of the surface being machined is determined by their ratio. (See A.S. USSR N 1252651, class G 01 N 3/58, 1989) - the closest analogue.

Недостатками этого способа являются: недостаточно высокая точность измерений, обусловленная тем, что в качестве критерия оценки шероховатости используются амплитудные характеристики акустического сигнала; область применения ограничена только одним видом механической обработки - шлифованием. The disadvantages of this method are: insufficiently high measurement accuracy, due to the fact that the amplitude characteristics of the acoustic signal are used as a criterion for assessing roughness; the scope is limited to only one type of machining - grinding.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения шероховатости и расширение технологических возможностей способа путем обеспечения его использования на станках, например, токарной группы. The objective of the present invention is to improve the accuracy of determining the roughness and expand the technological capabilities of the method by ensuring its use on machines, for example, a turning group.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе определения шероховатости поверхности детали при обработке на металлорежущем станке, согласно которому регистрируют сигнал акустической эмиссии и определяют по нему значение шероховатости детали, новым является то, что определяют площадь спектра сигнала акустической эмиссии, а шероховатость поверхности определяют по отношению площадей спектров сигнала акустической эмиссии и определенного заранее эталонного сигнала акустической эмиссии. The task is ensured by the fact that in the method for determining the surface roughness of a part when machining on a metal cutting machine, according to which the acoustic emission signal is recorded and the roughness of the part is determined from it, the new thing is that the spectrum area of the acoustic emission signal is determined, and the surface roughness is determined by the ratio areas of the spectra of the acoustic emission signal and a predetermined reference acoustic emission signal.

Физически способ основан на том, что в процессе формирования поверхности детали (ее обработки) происходит возникновение акустических импульсов широкого частотного диапазона (0,1 - 1,0 МГц), которые отображают процессы деформации и разрушения обрабатываемого материала. Интегральной характеристикой изменений в состоянии поверхности детали, учитывающей одновременное прохождение процессов деформации и разрушения (формирование обработанной поверхности детали), является площадь спектра акустической эмиссии. Physically, the method is based on the fact that in the process of forming the surface of the part (its processing), acoustic pulses of a wide frequency range (0.1 - 1.0 MHz) occur, which reflect the processes of deformation and fracture of the processed material. An integral characteristic of changes in the state of the surface of the part, taking into account the simultaneous passage of the processes of deformation and fracture (formation of the processed surface of the part), is the area of the spectrum of acoustic emission.

Использование для активного контроля шероховатости поверхности в процессе механической обработки интегрального критерия - отношения площадей спектров акустической эмиссии, полученных на обрабатываемой и эталонной деталях, позволяет повысить точность определения шероховатости обрабатываемой поверхности. Использование ПЭВМ позволяет решить задачи активного контроля и достаточно быстро получить оперативную информацию о состоянии поверхности и, в случае необходимости, внести соответствующие коррективы в режимы обработки. При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленный способ соответствует критерию "новизна". The use of an integral criterion for the active control of surface roughness during machining — the ratio of the areas of the acoustic emission spectra obtained on the workpiece and the reference part — improves the accuracy of determining the surface roughness. Using a PC allows solving the tasks of active control and quickly enough to obtain operational information about the state of the surface and, if necessary, make appropriate adjustments to the processing modes. When conducting patent research, no solutions were found that are identical to the claimed, and therefore, the claimed method meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". The invention does not follow explicitly from the known solutions, and therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения. We believe that the information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the invention.

Сущность способа поясняется графическими материалами, где:
На фиг. 1 - схема реализации способа;
На фиг. 2 - спектры акустической эмиссии при разных режимах обработки;
На фиг. 3 - график зависимости изменения отношения площадей спектров акустической эмиссии.The essence of the method is illustrated in graphic materials, where:
In FIG. 1 is a diagram of a method implementation;
In FIG. 2 - spectra of acoustic emission at different processing modes;
In FIG. 3 is a graph of the variation in the ratio of the areas of acoustic emission spectra.

Схема реализации способа включает в себя пъезоакустический датчик 1, соединенный через аналого-цифровой преобразователъ (АЦП) 2 с ПЭВМ 3, информация с которой может быть выведена на печатающее устройство 4. Датчик 1 может быть закреплен на режущем инструменте 5. The implementation scheme of the method includes a piezoacoustic sensor 1 connected via an analog-to-digital converter (ADC) 2 to a PC 3, information from which can be output to a printing device 4. The sensor 1 can be mounted on a cutting tool 5.

Способ реализуют следующим образом:
К режущему инструменту 5 (или обрабатываемой детали) присоединяют пьезоакустический датчик 1, который в процессе резания детали инструментом преобразовывает упругие колебания, возникающие в технологической системе при механической обработке, в электрический сигнал. В АЦП 2 производится выделение полезного сигнала, его усиление и фильтрация низкочастотной составляющей. Обработанный сигнал поступает в блок памяти ПЭВМ 3. С помощью пакета программ, например STATISTIKA 4.5, производят спектральный анализ осциллограммы сигнала, записывают амплитудно-частотный спектр акустической эмиссии с обработанной поверхности (фиг. 2), вычисляют значение площадей спектров акустической эмиссии F_i, F_эт (соответственно текущую и эталонную площади) и по тарировочному графику (фиг. 3) определяют шероховатость поверхности детали 6. В качестве эталонной детали может быть использована одна из обработанных деталей партии, значение шероховатости поверхности которой определено с помощью известных средств.The method is implemented as follows:
A piezoacoustic sensor 1 is attached to the cutting tool 5 (or the workpiece), which, when cutting the part with a tool, converts the elastic vibrations that occur in the technological system during machining into an electrical signal. In ADC 2, a useful signal is extracted, amplified, and the low-frequency component is filtered. The processed signal is fed to the PC memory 3. Using a software package, for example, STATISTIKA 4.5, a waveform is spectrally analyzed, the amplitude-frequency spectrum of acoustic emission from the treated surface is recorded (Fig. 2), and the area of the acoustic emission spectra F _i , F is calculated _fl (respectively the current and the reference area) and on the calibration curve (FIG. 3) determines the workpiece surface roughness 6. In one batch of treated parts cher value may be used as a reference items Howat surface which is determined by known means.

Пример конкретной реализации. An example of a specific implementation.

Производили определения шероховатости обрабатываемой поверхности при продольном точении заготовки из стали 12Х18Н10Т проходным резцом с механическим креплением четырехгранных неперетачиваемых пластин из твердого сплава ВК 8 при разных режимах обработки. Регистрацию сигналов и определение шероховатости производили через каждые 50 м пути резания предлагаемым способом по отношению F_i/F_эт площадей спектров акустической эмиссии (Ra) и методом профилометрирования поверхностей на профилографе-профилометре Homel 286 (Ra_п). Режимы обработки (скорость резания V, подача S, глубина резания t) и результаты измерения приведены в таблице. Значения Ra и Ra_п средние по данным опытов.The roughness of the machined surface was determined during the longitudinal turning of a 12Kh18N10T steel billet with a through cutter with mechanical fastening of tetrahedral non-turning plates made of VK 8 hard alloy under different processing conditions. Signals were recorded and roughness determined every 50 m of the cutting path using the proposed method with respect to the F _i / F _et area of the acoustic emission spectra (Ra) and the surface profiling method on the Homel 286 profilograph-profilometer (Ra _p ). Processing modes (cutting speed V, feed S, cutting depth t) and measurement results are shown in the table. The values of Ra and Ra _{p are} average according to experiments.

На фиг. 2 представлены спектры акустической эмиссии при разных режимах обработки, по изменению площади которых судили о параметре шероховатости обрабатываемой поверхности. In FIG. Figure 2 shows the acoustic emission spectra for different processing modes, the change in the area of which was used to judge the roughness parameter of the treated surface.

На фиг. 3 представлена зависимость изменения отношения площадей спектров акустической эмиссии от величины шероховатости. Ошибка в определении шероховатости поверхности предложенным способом не превышает 10%. In FIG. Figure 3 shows the dependence of the change in the ratio of the areas of the acoustic emission spectra on the roughness value. The error in determining the surface roughness of the proposed method does not exceed 10%.

Технико-экономический эффект заключается в том, что предложенный способ обеспечивает возможность определения шероховатости поверхности при обработке деталей на станках разных групп (шлифовальных, токарных, фрезерных, расточных) непосредственно в процессе механической обработки с достаточно высокой точностью и быстротой измерений; позволяет решать задачи оптимизации и контроля технологических процессов механической обработки, особенно на стадиях финишных и доводочных операций, осуществляемых лезвийным инструментом. The technical and economic effect consists in the fact that the proposed method provides the possibility of determining the surface roughness when machining parts on machines of different groups (grinding, turning, milling, boring) directly in the machining process with sufficiently high accuracy and speed of measurement; allows solving the problems of optimization and control of technological processes of machining, especially at the stages of finishing and finishing operations carried out by a blade tool.

Claims

A method for determining the surface roughness of a part when machining on a metal cutting machine, comprising recording an acoustic emission signal and determining from it a surface roughness value of a part, characterized in that they determine the area of the spectrum of the acoustic emission signal, and the surface roughness is determined by the ratio of the spectral areas of the recorded acoustic emission signal and a certain pre-reference acoustic emission signal.