RU2379737C2 - Method of maintaining acceptable technological modes - Google Patents

Method of maintaining acceptable technological modes Download PDF

Info

Publication number
RU2379737C2
RU2379737C2 RU2008109281/09A RU2008109281A RU2379737C2 RU 2379737 C2 RU2379737 C2 RU 2379737C2 RU 2008109281/09 A RU2008109281/09 A RU 2008109281/09A RU 2008109281 A RU2008109281 A RU 2008109281A RU 2379737 C2 RU2379737 C2 RU 2379737C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
modes
technological
piezoelectric transducer
surface roughness
Prior art date
Application number
RU2008109281/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008109281A (en
Inventor
Сергей Иванович Агапов (RU)
Сергей Иванович Агапов
Светлана Юрьевна Сидякина (RU)
Светлана Юрьевна Сидякина
Олег Федорович Корпелянский (RU)
Олег Федорович Корпелянский
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority to RU2008109281/09A priority Critical patent/RU2379737C2/en
Publication of RU2008109281A publication Critical patent/RU2008109281A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379737C2 publication Critical patent/RU2379737C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

FIELD: physics; control.
SUBSTANCE: invention relates to methods of controlling technological modes, particularly modes for mechanical processing with application of ultrasonic oscillations onto a workpiece and can be used in mechanical engineering for automatic maintenance of acceptable technological processes by changing processing conditions on NC machines. The method of maintaining maximum allowable technological modes on cutting machines with application of ultrasonic oscillations on a workpiece involves measurement of information-bearing parametres of these modes, entering the results into a computer and using the results to determine standardised factors of technological modes which are compared with acceptable values. During cutting, ultrasonic oscillations with amplitude of 4-6 mcm are applied to the workpiece, while measuring the greatest information-bearing parametre at the same time, where the said information-bearing parametre is the value of change in voltage of the piezoelectric transducer of the oscillatory system AU. The correlation relationship between them and surface roughness of the workpiece Ra are determined. Values of critical changes of voltage of the piezoelectric transducer of the oscillatory system are determined and if the value is greater than 35%, the load is reduced, and if less than 10% the load is increased.
EFFECT: wider functional capabilities of maintaining maximum allowable technological modes.
3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поддержания предельно допустимых технологических режимов при механической обработке с наложением ультразвуковых колебаний на заготовку на станках с ЧПУ.The invention relates to mechanical engineering and can be used to maintain the maximum permissible technological conditions during machining with superposition of ultrasonic vibrations on the workpiece on CNC machines.

Известен способ автоматического контроля состояния и условий протекания процесса резания и устройство для его осуществления, содержащее два пьезоэлектрических преобразователя для создания зондирующего сигнала регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн (SU 1380910, МПК B23Q 15/00, 1988).A known method for automatically monitoring the state and conditions of the cutting process and a device for its implementation, containing two piezoelectric transducers to create a probing signal for recording the reflected energy of ultrasonic waves (SU 1380910, IPC B23Q 15/00, 1988).

Недостатком данного способа является наличие двух датчиков, вмонтированных в корпус инструмента, при замене инструмента необходимо снять датчики, подготовить посадочные места и установить датчики, что приводит к потере точности и повышению стоимости инструмента.The disadvantage of this method is the presence of two sensors mounted in the tool body; when replacing the tool, it is necessary to remove the sensors, prepare seats and install sensors, which leads to a loss of accuracy and an increase in the cost of the tool.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ поддержания предельно допустимых технологических режимов, содержащий измерительные устройства и ЭВМ, которая определяет декременты колебаний на собственных частотах системы, полученные значения сравнивают с критической величиной (RU 2246124, МПК G05В 19/18, B23Q 15/007, 2005).Closest to the claimed invention is a method of maintaining the maximum permissible technological modes, comprising measuring devices and a computer, which determines the decrement of oscillations at the natural frequencies of the system, the obtained values are compared with a critical value (RU 2246124, IPC G05B 19/18, B23Q 15/007, 2005 )

Недостатком данной системы является невозможность поддержания оптимальных режимов обработки в режиме реального времени, поскольку изменение режимов обработки происходит только после окончания процесса обработки и контроля детали.The disadvantage of this system is the inability to maintain optimal processing modes in real time, since the change in processing modes occurs only after the end of the processing process and control of the part.

Известные способы предельного поддержания предельно допустимых технологических режимов имеют невысокий технический уровень, определенный невозможностью контроля шероховатости поверхности заготовки в режиме реального времени, невозможностью оперативного управления параметрами шероховатости поверхности через изменения режимов обработки и устаревшей элементной базы, в этой связи важной задачей является создание способов поддержания предельно допустимых технологических режимов, адаптированных к станкам с ЧПУ.Known methods for the maximum maintenance of the maximum allowable technological regimes have a low technical level, determined by the inability to control the surface roughness of the workpiece in real time, the inability to quickly control the parameters of surface roughness through changes in processing conditions and outdated element base, in this regard, an important task is to create ways to maintain the maximum allowable technological modes adapted to CNC machines.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в определении шероховатости поверхности заготовки в процессе механической обработки с наложением ультразвуковых колебаний на заготовку и расширении технологических возможностей за счет использования обратной связи "пьезокерамический преобразователь колебательной системы с заготовкой - высокочастотный ультразвуковой генератор".The technical result of the invention consists in determining the surface roughness of the workpiece during machining with the application of ultrasonic vibrations to the workpiece and expanding technological capabilities through the use of feedback "piezoelectric transducer of the oscillating system with the workpiece - high-frequency ultrasonic generator".

Технический результат достигается в способе поддержания предельно допустимых технологических режимов системы, включающем измерение информативных параметров этих режимов, ввод результатов в ЭВМ и определение по ним нормируемых показателей технологических режимов, которые сравнивают с допустимыми значениями между полученным сигналом, характеризующим наиболее информативный параметр, устанавливают корреляционную связь с шероховатостью поверхности заготовки, для чего определяют критическое значение изменения напряжения пьезоэлектрического преобразователя колебательной системы ультразвуковой механической обработки в диапазоне 10-35% и, если полученная величина более критической, уменьшают нагрузку, а если меньше, увеличивают ее.The technical result is achieved in a method of maintaining the maximum permissible technological modes of the system, including measuring the informative parameters of these modes, entering the results into a computer and determining the normalized parameters of technological modes from them, which are compared with acceptable values between the received signal characterizing the most informative parameter, and establish a correlation with surface roughness of the workpiece, for which the critical value of the voltage change of the piezoelectric is determined nical transducer vibrational ultrasonic machining system in the range of 10-35% and if the obtained value is more critical load is reduced, and if less, increase it.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема реализации способа, на фиг.2 - принципиальная схема поддержания предельно допустимых технологических режимов, на фиг.3 представлена зависимость величины шероховатости поверхности заготовки от изменения напряжения пьезоэлектрического преобразователя колебательной системы.The method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of the implementation of the method, Fig. 2 is a schematic diagram of maintaining the maximum permissible technological modes, Fig. 3 shows the dependence of the surface roughness of the workpiece on the voltage change of the piezoelectric transducer of the oscillatory system.

Способ поддержания предельно допустимых технологических режимов осуществляется на зубофрезерном оборудовании при помощи ультразвукового генератора УЗГ 3-0,4 и высокочастотного вольтметра при обработке заготовки - сталь 40Х, фреза - Р6М5, V=0,67 м/с, S=1 мм/об, m=0,8 мм, число зубьев нарезаемого колеса - 60, ξ=4-6 мкм. Ошибка в определении шероховатости поверхности не превышает 10%. Система (фиг.1) содержит заготовку 1, закрепленную на пьезоэлектрическом преобразователе колебательной системы, электрически связанном с высокочастотным ультразвуковым генератором 2, электронным блоком 3, ЭВМ 4 и металлорежущего станка с ЧПУ 5.The method of maintaining the maximum permissible technological modes is carried out on gear-milling equipment using an ultrasonic generator UZG 3-0.4 and a high-frequency voltmeter when processing a workpiece - steel 40X, mill - P6M5, V = 0.67 m / s, S = 1 mm / rev, m = 0.8 mm, the number of teeth of the cut wheel is 60, ξ = 4-6 microns. The error in determining the surface roughness does not exceed 10%. The system (figure 1) contains a workpiece 1, mounted on a piezoelectric transducer of an oscillatory system, electrically connected with a high-frequency ultrasonic generator 2, an electronic unit 3, a computer 4 and a metal cutting machine with CNC 5.

Электронный блок 3 включает в себя (фиг.2) блок регистрации изменения напряжения 6 при механической обработке с наложением ультразвуковых колебаний на заготовку в процессе резания.The electronic unit 3 includes (Fig. 2) a unit for detecting a change in voltage 6 during machining with superposition of ultrasonic vibrations on the workpiece during cutting.

Изменение напряжения определяется зависимостью:The change in voltage is determined by the dependence:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uбнагр - напряжение возбуждения преобразователя колебательной системы без нагрузки;where U bnagr - the excitation voltage of the Converter of the oscillatory system without load;

Uпр.рез - напряжение возбуждения преобразователя колебательной системы в процессе резания.U pr.rez - the excitation voltage of the Converter of the oscillatory system in the cutting process.

Изменение напряжения при ультразвуковом резании измеряется высокочастотным вольтметром ультразвукового генератора, результаты экспериментов по определению зависимости величины шероховатости поверхности боковых сторон нарезаемого зубчатого колеса приведены в таблице, а эта же графическая зависимость - на фиг.3The change in voltage during ultrasonic cutting is measured by a high-frequency voltmeter of an ultrasonic generator, the results of experiments to determine the dependence of the surface roughness of the sides of the cut gear are shown in the table, and the same graphical dependence is shown in Fig. 3

Введение электронного блока 3 обеспечивает возможность контроля шероховатости поверхности в режиме реального времени и поддержание предельно допустимых технологических режимов, а введение ЭВМ 4 - расчет коррекции режимов резания и реализацию решений по изменению режимов резания в системе металлорежущего станка с ЧПУ 5, обеспечивает оперативное управление параметрами шероховатости поверхности заготовки через изменение режимов резания.The introduction of electronic unit 3 provides the ability to control surface roughness in real time and maintains the maximum permissible technological modes, and the introduction of computer 4 - calculation of correction of cutting conditions and the implementation of decisions on changing cutting conditions in the system of a CNC machine 5, provides operational control of surface roughness parameters blanks through a change in cutting conditions.

Figure 00000002
Figure 00000002

На фиг.2 изображена принципиальная схема поддержания предельно допустимых технологических режимов, которая выполнена в виде металлорежущего станка с ЧПУ 5, в зоне резания которого установлен пьезоэлектрический преобразователь с заготовкой 1, питаемый от ультразвукового генератора 2, к которому подсоединен электронный блок 3, включающий в себя блок регистрации оценки изменения напряжения 6, сигнал с которого через аналого-цифровой преобразователь 7, узкополосные низкочастотный 8 и высокочастотный 9 фильтры подается на блок сравнения по параметрам шероховатости поверхности 10 ЭВМ 4, на другой из входов которого подается сигнал с блока моделирования шероховатости поверхности при ультразвуковом резании 11, а входной сигнал с блока сравнения по параметрам шероховатости поверхности 10 подается на блок комплексной оценки шероховатости поверхности заготовок 12.Figure 2 shows a schematic diagram of maintaining the maximum permissible technological modes, which is made in the form of a metal-cutting machine with CNC 5, in the cutting zone of which a piezoelectric transducer with a workpiece 1, powered by an ultrasonic generator 2, to which an electronic unit 3 is connected, including a unit for recording the assessment of voltage changes 6, the signal from which through an analog-to-digital converter 7, narrow-band low-pass 8 and high-frequency 9 filters is fed to the comparison unit by the parameters of the surface roughness 10 of the computer 4, to the other input of which a signal is sent from the surface roughness modeling unit for ultrasonic cutting 11, and the input signal from the comparison unit according to the surface roughness parameters 10 is supplied to the complex surface roughness assessment unit for workpieces 12.

Информация о состоянии шероховатости поверхности в виде стандартизированных параметров (Ra, Rmax, Rz) и нестандартизированных параметров (ρвпад, ρвыст, ασ), полученных после расчета по специальной программе, подается на электрически соединенные оперативно-запоминающее устройство 13, дисплей 14 и печатающее устройство 15, выдающие оперативную информацию о процессе формирования микронеровностей и на блок расчета коррекции режимов резания 16, электрически соединенный с блоком реализации решений по изменению режимов резания 17, которые вмонтированы в систему металлорежущего станка с ЧПУ 5 и выдают команды на исполнительные приводы 18.Information about the state of surface roughness in the form of standardized parameters (Ra, Rmax, Rz) and non-standardized parameters (ρ indent , ρ protrusion, α σ ) obtained after calculation according to a special program is supplied to the electrically connected random-access memory 13, display 14 and a printing device 15 that provides operational information about the process of forming irregularities and to the calculation unit for correcting the cutting conditions 16, electrically connected to the unit for implementing decisions on changing the cutting conditions 17, which are mounted vans in the system of a CNC cutting machine 5 and issue commands to the actuators 18.

Способ осуществляется следующим образом (фиг.2): на пьезокерамический преобразователь колебательной системы с закрепленной на ней заготовкой 1 ультразвуковой генератор 2 подает высокочастотное напряжение, под воздействием сил резания происходит изменение величины напряжения, которое фиксируется и обрабатывается электронным блоком 3, в состав которого входят блок оценки регистрации изменения напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь 7, сигнал с которого подается на узкополосные фильтры низких 8 и высоких частот 9 для выделения частотного спектра, характеризующего шероховатость поверхности обрабатываемой заготовки. На блок сравнения по параметрам шероховатости поверхности 10, входящий в ЭВМ, одновременно подаются сигналы с узкополосных низко- 8 и высокочастотных 9 фильтров и блока моделирования шероховатости поверхности при ультразвуковом резании 11, а обработанный сигнал передается на блок комплексной оценки шероховатости поверхности заготовки 12, который по программе вычисляет стандартизированные параметры (Ra, Rmax, Rz) и нестандартизированные параметры (ρвпад, ρвыст, ασ) значения которых выводятся на оперативно-запоминающее устройство 13, дисплей 14 и печатающее устройство 15, что позволяет оперативно контролировать процесс формирования микронеровностей в процессе резания и блок расчета коррекции режимов резания 16, блок реализации решений по изменению режимов резания 17 совмещенные, с системой металлорежущего станка с ЧПУ 5, выдавая команды на исполнительные приводы 18, обеспечивая оперативную коррекцию технологических режимов.The method is as follows (Fig. 2): an ultrasonic generator 2 supplies a high-frequency voltage to a piezoceramic transducer of an oscillating system with a workpiece 1 fixed on it; under the influence of cutting forces, a change in the voltage value occurs, which is recorded and processed by an electronic unit 3, which includes a unit assessment of registration of voltage changes 6, analog-to-digital Converter 7, the signal from which is fed to narrow-band filters of low 8 and high frequencies 9 to highlight the frequency deleterious spectrum characterizing the surface roughness of the workpiece. The comparison unit according to the parameters of surface roughness 10, which is included in the computer, simultaneously receives signals from the narrow-band low-8 and high-frequency 9 filters and the surface roughness modeling block during ultrasonic cutting 11, and the processed signal is transmitted to the complex surface roughness assessment unit 12, which the program calculates standardized parameters (Ra, Rmax, Rz) and non-standardized parameters (ρ indent , ρ protrusion , α σ ) whose values are displayed on the random access memory 13, display 1 4 and a printing device 15, which allows you to quickly monitor the process of forming microroughnesses during the cutting process and the block for calculating the correction of the cutting conditions 16, the block for implementing decisions on changing the cutting conditions 17 combined with the system of a metal cutting machine with CNC 5, issuing commands to the actuators 18, providing operational correction of technological modes.

Пример конкретной реализацииConcrete implementation example

Производили определение шероховатости боковой поверхности зубьев нарезаемого зубчатого колеса z=60 с наложением ультразвуковых колебаний амплитуды 4-6 мкм на заготовку из стали 40Х червячно-модульной фрезой из Р6М5 с т=0,8 мм на различных режимах резания. Изменения напряжения пьезоэлектрического преобразователя при механической обработке регистрировалось и оценивалось по формуле:The roughness of the lateral surface of the teeth of the cut gear wheel z = 60 was determined with the application of ultrasonic vibrations of amplitude 4-6 μm on a billet made of steel 40X with a worm-modular milling cutter from P6M5 with t = 0.8 mm at various cutting conditions. The changes in the voltage of the piezoelectric transducer during mechanical processing were recorded and evaluated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Uбнагр - напряжение пьезокерамического преобразователя без нагрузки;where U bnagr - voltage piezoelectric transducer without load;

Uпр.рез - напряжение пьезоэлектрического преобразователя при механической обработке.U pr.rez - voltage of the piezoelectric transducer during machining.

Для шестого класса шероховатости поверхности числовые значения, среднее арифметическое значение профиля (Ra) находятся в пределах 1,25-2,5 мкм, что соответствует изменению напряжения пьезоэлектрического преобразователя на 10-35%, что и показано на фиг.3, если это значение более критической величины, то нагрузку уменьшают, а при меньшей увеличивают.For the sixth class of surface roughness, the numerical values, the arithmetic mean value of the profile (Ra) are in the range 1.25-2.5 μm, which corresponds to a change in the voltage of the piezoelectric transducer by 10-35%, as shown in figure 3, if this value more critical value, then the load is reduced, and at a lower increase.

Способ позволяет оптимизировать технологические режимы обработки через поддержание заданных значений шероховатости поверхности на станках с ЧПУ и расширить технологические возможности механической обработки при наложении ультразвуковых колебаний на заготовку.The method allows to optimize technological processing conditions by maintaining the specified surface roughness values on CNC machines and expand the technological capabilities of machining when applying ultrasonic vibrations to the workpiece.

Claims (1)

Способ поддержания предельно допустимых технологических режимов на металлорежущих станках с наложением ультразвуковых колебаний на заготовку, включающий измерение информативных параметров этих режимов, ввод результатов в ЭВМ и определение по ним нормируемых показателей технологических режимов, которые сравнивают с допустимыми значениями, отличающийся тем, что в процессе резания на заготовку накладывают ультразвуковые колебания с амплитудой 4-6 мкм, одновременно измеряя наиболее информативный параметр, в качестве которого принимают значение изменения напряжения пьезоэлектрического преобразователя колебательной системы ΔU, устанавливают корреляционную связь между ним и шероховатостью поверхности заготовки Ra, определяют величины критических значений изменения напряжения пьезоэлектрического преобразователя колебательной системы и при величине более 35% уменьшают нагрузку, а при величине менее 10% увеличивают нагрузку. A method of maintaining the maximum allowable technological conditions on metal cutting machines with superimposed ultrasonic vibrations on the workpiece, including measuring the informative parameters of these modes, entering the results into a computer and determining normalized parameters of technological modes from them, which are compared with acceptable values, characterized in that during cutting the workpiece is superimposed by ultrasonic vibrations with an amplitude of 4-6 microns, while measuring the most informative parameter, for which I take voltage change value ΔU piezoelectric transducer vibrational system is set correlation between it and the surface roughness of the workpiece Ra, determine values of the critical values of the voltage change of the piezoelectric transducer when vibrating system and the value is reduced more than 35% load and at a value less than 10% increases the load.
RU2008109281/09A 2008-03-11 2008-03-11 Method of maintaining acceptable technological modes RU2379737C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008109281/09A RU2379737C2 (en) 2008-03-11 2008-03-11 Method of maintaining acceptable technological modes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008109281/09A RU2379737C2 (en) 2008-03-11 2008-03-11 Method of maintaining acceptable technological modes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008109281A RU2008109281A (en) 2009-10-10
RU2379737C2 true RU2379737C2 (en) 2010-01-20

Family

ID=41260088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008109281/09A RU2379737C2 (en) 2008-03-11 2008-03-11 Method of maintaining acceptable technological modes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379737C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008109281A (en) 2009-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4559600A (en) Monitoring machine tool conditions by measuring a force component and a vibration component at a fundamental natural frequency
US8432119B2 (en) Method and apparatus for characterizing and enhancing the functional performance of machine tools
Prasad et al. Development of a system for monitoring tool condition using acousto-optic emission signal in face turning—an experimental approach
Singh et al. Comparative study of chatter detection methods for high-speed micromilling of Ti6Al4V
Doukas et al. On the estimation of tool-wear for milling operations based on multi-sensorial data
Jung et al. Study on process monitoring of elliptical vibration cutting by utilizing internal data in ultrasonic elliptical vibration device
US20200114442A1 (en) Method and apparatus for monitoring a bar blade chucking and/or a blade slot of a bar blade cutter head for bevel gear production
US8610393B2 (en) Method and apparatus for characterizing and enhancing the dynamic performance of machine tools
KR20140043973A (en) Apparatus and method for reduction of vibration in machine tool
D’Addona et al. Prediction of dressing in grinding operation via neural networks
RU2379737C2 (en) Method of maintaining acceptable technological modes
KR101862729B1 (en) Apparatus for analyzing vibration characteristics of tool using ultrasonic excitation
Fayzimatov et al. VIBROACOUSTIC SIGNALS IN CUTTING METALS
Sant’Anna et al. Experimental approach for analysis of vibration sources in a gear hobbing machining process
Prasad et al. Real-time tool condition monitoring of face milling using acousto-optic emission? an experimental approach
Janota et al. Operational method for identification of specific cutting force during milling
KR20190133888A (en) Method and system for detecting chatter using acceleration sensor
Hasan et al. Deep neural network tool chatter model for aluminum surface milling using acoustic emmision sensor
Yin et al. Identification method of modal parameters of machine tools under periodic cutting excitation
Kouguchi et al. Monitoring method of cutting forces and vibrations by using frequency separation of acceleration sensor signals during milling process with small ball end mills
González et al. MEMS accelerometer-based system for inexpensive online CNC milling process chatter detection
RU2478929C1 (en) Method for defining cutting tool wear
Stavropoulos et al. On the design of a monitoring system for desktop micro-milling machines
Wu et al. Chatter and deformation in machining thin-walled flexible components
Reddy et al. On-line monitoring of tool wear and surface roughness by acoustic emissions in CNC turning

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100312