SU1022780A1 - Способ управлени процессом механической обработки - Google Patents

Abstract

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, включающий регистрацию спектра виброакустической эмиссии, излучаемой зоной резани , выделение из спектра высокочастотной гармонической составл ющей, дл  которой акустическое сопротивление минимально от задней грани режущего инструмента до мест к регистрации акустической эмиссии в направлении действи  отжимающей составл ющей силы резани , и анализ ее огибающей амплитудной модул ции. отличающийс  тем, что, с целью повыщени стойкости режущего инструмента за счет уменьшени  действи  циклических составл ющих сил трени  и резани  по задней грани, в зоне резании  возбуждают ультразвуковые колебани , из огибающей амплитудной модул ции избранной гармонической составл ющей выдел ют частотную составл ющую , мен ющуюс  синхронно с частотой возбуждени  вынужденных ультразвуковых колебаний, осуществл ют поиск минимального амплитудного значени  последней в частотном диапазоне анализа при посто нной средней мощности возбуждени  колебательных смещений и формируют сигнал управлени  мощностью ультразвуковых колебаний, а при выходе мощности возбуждени  за установленные пределы произвоS д т поиск новой частоты возбуждени , ми (Л нимизирующей циклические составл ющие силы резани  по задней грани .инструмента, и поддерживают его путем изменени  частоты возбуждени  мощности. Is5 Ю 00

Description

Изобретение относитс  к металлообработке на токарных станках и предназначено дл  определени  состо ни  процесса резани , а также дл  контрол  и управлени  акустическим режимом и точностью механической обработки.

Известен способ управлени  точностью обработки на металлорежущих станках путем изменени  скорости подачи в функции отжимающей составл ющей силы резани , при котором измер ют сигнал виброакустической эмиссии, возникающей при обработке , выдел ют частотную составл ющую, на которой наблюдаетс  минимальное отношение акустического сопротивлени  между задней гранью инструмента и местом установки измерительного преобразовател  виброакустической эмиссии к акустическим сопротивлени м между другими гран ми и этой же точкой, нормируют эту составл ющую по среднему уровню за период наблюдени , выдел ют ее огибающую амплитудной модул ции, раскладывают в спектр, определ ют частоту максимального уровн  и по девиации этой частоты управл ют законом изменени  скорости подачи, как функции отжимающей составл ющей силы резани  1 .

Однако поддерживать минимальные допустимые значени  отжимающей составл ющей силы резани  не всегда эффективно в св зи с тем, что уменьшение подачи приводит к уменьшению производительности и ухудшению качества обрабатываемой поверхности .

Цель изобретени  - повышение стойкости режущего инструмента за счет уменьшени  действи  циклических составл ющих сил трени  и резани  по задней грани, а также улучшение эксплуатационных характеристик обрабатываемых деталей.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу управлени  процессом механической обработки одновременно с регистрацией спектра виброакустической эмиссии возбуждают в зоне резани  вынужденные ультразвуковые (УЗ) колебани , затем из огибающей амплитудной модул ции избранной гармонической составл ющей выдел ют частотную составл ющую, мен ющуюс  синхронно с частотой возбуждени  вынужденных ультразвуковых колебаний, осуществл ют поиск минимального амплитудного значени  последней в частотном диапазоне анализа при посто нной средней мощности возбуждени  колебательных смещений и формируют сигнал управлени  мощностью ультразвуковых колебаний, а при выходе мощности возбуждени  за установленные пределы производ т поиск новой частоты возбуждени , минимизирующей циклические составл ющие силы резани  по задней грани инструмента, и поддерживают его

путем изменени  частоты возбуждени  мощности.

Сущность изобретени  базируетс  на особенност х динамики процесса резани 

при наложении вынужденных ультразвуковых колебаний на режущий инструмент или деталь.

В процессе ультразвуковой обработки инструмент движетс  по сложной пространственной траектории, причем эта траектори  существенно измен етс  в процессе обработки в зависимости от изменени  параметров упругой системы, станка,  вл ющихс  функцией изменени  текущих координат зоны обработки. В зависимости от изменени  этой траектории существенно мен ютс  услови  обработки, силова  нагруженность инструмента, а следовательно и услови  его изнашивани . Неблагопри тные вибрационные режимы обусловлены такими траектори ми движени  инструмента, при которых измен ютс  составл ющие движени  инструмента в сторону детали. При этом увеличиваютс  циклические составл ющие сил, действующие на заднюю грань инструмента . Последние образуют дополнительные циклические напр жени  в режущем клине. Это вызывает усталостное разрушение инструмента и приводит к снижению его срока службы в целом. Траектории движени , не привод щие к образованию циклических сил на задней грани, вызывают лишь незначительные циклические силы на передней грани.

Циклические составл ющие сил, действующие на заднюю грань инструмента, одновременно деформируют поверхностный

5 слой обрабатываемой детали и определ ют глубину его распространени , вызывают значительные остаточные напр жени  на обработанной поверхности, что снижает качественные показатели обрабатываемой детали и ее эксплуатационные характеристики.

0 Таким образом можно считать, что возникновение относительно больщих циклических сил, действующих на заднюю грань инструмента , может быть положено в основу критери  рациональности выбранного акусj тического режима. При этом важно выделить такую суперпозицию сил, котора  вызвана исключительно процессами, протекающими на задней грани инструмента. Дл  этого можно воспользоватьс  следующими особенност ми процесса резани  и системы СПИД. Зона, прилегающа  к верщине режущего инструмента,  вл етс  интенсивным источником виброакустических волн, распростран ющихс  по поверхности детали в зоне трени  по задней грани инструмента . Изменение акустического контакта

5 по задней грани инструмента с деталью св зано с вариацией площади контакта и определ етс  величиной сближени  задней поверхности инструмента с деталью. Поэтому

последн   и характеризует силы, действующие на заднюю грань инструмента.

Следовательно, амплитудна  модул ци  той частотной составл ющей движени  элемента СПИД, котора  вызвана сигналом виброакустической эмиссии, прошедшим через заднюю грань инструмента, и  вл етс  носителем информации о циклических составл ющих сил, приложенных к задней грани инструмента со стороны детали.

В высокочастотной области система СПИД  вл етс  сложной волноводной системой , дл  которой имеютс  частоты, на которых акустические сопротивление минимально между силой, приложенной к задней грани инструмента, и точкой измерени  колебательной скорости (мостом установки вибропреобразовател ). Одновременно дл  этой точки изменение акустического сопротивлени  на пор док больше по отношению к силам, приложенным к остальным гран м инструмента. Поэтому, на этих частотах и осуществл етс  разделение информации о силовых воздействи х на заднюю грань инструмента по отношению к силовым воздействи м, действующим на остальные его грани.

Таким образом, амплитудна  модул ци  сигнала выбранной частотной суперпозиции определ ет циклические составл ющие сил, действующих на заднюю грань инструмента.

На чертеже приведена блок-схема устройства , реализукзщего предлагаемый способ .

Способ осуществл ют следующим образом .

Ультразвуковые колебательные смещени  в зоне резани  возбуждают, например, через режущий инструмент с помощью задающего генератора 1, усилител  мощности 2 и электромеханического преобразовател  3. При этом дополнительно частоту возбуждени  оптимальных колебательных смещений автоматически перестраивают генератором пилообразного напр жени  4 при заданной посто нной средней мощности возбуждени  и одновременно осуществл ют контроль выбора оптимальной частоты и амплитуды колебательных смещений с последующим автоматическим выбором и поддержанием оптимальных акустических режимов , дл  чего одновременно с возбуждением ультразвуковых колебательных смещений преобразователем 3 дополнительно регистрируют спектр виброакустической эмиссии преобразователем 5.

Высокочастотную гармоническую составл ющую , дл  которой акустическое сопротивление минимально от задней грани режущего инструмента до места установки преобразовател  5 регистрации виброакустической эмиссии, выдел ют из спектра с помощью фильтра 6. Затем с помощью детектора 7 со встроенным интегратором выдел ют из нее огибающую амплитудной модул ции , отображающую изменение условий контакта режущего инструмента по задней грани с обрабатываемой деталью. Из огибающей амплитудной модул ции высокочастотной составл ющей выдел ют гармоническую составл ющую, измен ющуюс  синхронно с частотой возбуждени  ультразвуковых колебаний, с помощью перестраиQ ваемого узкополосного фильтра 8 и детектора 9 со встроенным интегратором.

Частоту настройки узкополоснрго фильтра 8 производ т с помощью пилообразного напр жени , снимаемого с генератора 4, фиксиру  амплитудное значение частоты на

5 выходе детектора 9, равное частоте возбужденн  ультразвуковых колебаний. При этом осуществл ют поиск ее минимального амплитудного значени  в заданном частотном диапазоне при посто нной средней мощносQ ти возбуждени  и поддерживают это значение посто нным путем управлени  в заданных пределах мощностью усилител  2 возбуждени  ультразвуковых колебательных смещений на режущем инструменте сигналом поиска и управлени .

5 Сигнал поиска и управлени  формируют следующим образом.

Генератором 10 пр моугольных импульсов посредством триггера 11 управл ют аналоговыми ключами 12 и 13 синхронно с работой генератора 4 пилообразного напр 0 жени , через которые выходной сигнал с фильтра поочередно подаетс  на аналоговое запоминающее усфройство минимума 14, схему сравнени  15 и дифференциальный усилитель 17. Причем сигнал через аналоговый ключ 12 подаетс  на аналоговое запоминающее устройство 14 минимума в процессе первой перестройки задающего генератора 1, а затем в процессе настройки и поддержани  минимума через ключ 13 на второй вход схемы сравнени  15 и дифференциальный усилитель 17. При этом аналоговым ключом 16 управл ют выходным сигналом схемы совпадени  18, подающимс  при наличии на его входах разрешающего импульса с триггера 11 и выходс ного напр жени  блока сравнени  15.

С помощью блока сравнени  15 и дифференциального усилител  17 сравнивают текущее значение амплитуды выходного сигнала детектора 9 с минимальным ее значением, запомненным аналоговым запоминающим устройством (A3) 14 за врем  первой перестройки частоты задающего генератора 1, и управл ют мощностью, поддержива  минимум посто нным. В дальнейшем при выходе мощности возбуждени  генератора за установленные пределы производ т новый поиск.

Повторную перестройку останавливают с помощью блока сравнени  15 через элемент

совпадени  18 в момент совпадени  величин сигналов с АЗУ 14 и текущего значени  на выходе детектора 9 со встроенным интегратором .

Затем управл ют мощностью возбуждени  в заданных пределах на основе выходного сигнала дифференциального усилител  17, поддержива  сигнал на выходе блока посто нным, а следовательно, и величину циклических сил по задней грани инструмента на заданном уровне.

Применение предлагаемого способа дл  управлени  параметрами колебаний при ультразвуковой механической обработке эффективно как при чистовых, так и при черновых операци х. При этом дл  чистовых операций наиболее важным  вл етс 

повыщение качественных показателей обработки: щероховатости и глубины деформированного сло , определ ющих эксплуатационные характеристики деталей при заданной стойкости инструмента, что достигаетс  за счет выбора и поддержани  оптимальных акустических режимов возбуждени  в тангенциальном направлении. В свою очередь , дл  черновых операций важно повышение стойкости инструмента за счет уменьшени  циклических составл ющих сил на задней грани режущего инструмента.

Экономическа  эффективность от использовани  предлагаемого способа определ етс  повышением времени стойкости режущего инструмента на 30% и качественных показателей обрабатываемых деталей, определ ющих их эксплуатационные характеристики .

Claims (1)

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, включающий регистрацию спектра виброакустической эмиссии, излучаемой зоной резания, выделение из спектра высокочастотной гармонической составляющей, для которой акустическое сопротивление минимально от задней грани режущего инструмента до места к регистрации акустической эмиссии в направлении действия отжимающей составляющей силы резания, и анализ ее огибающей амплитудной модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышениястойкости режущего инструмента за счет уменьшения действия циклических составляющих сил трения и резания по задней грани, в зоне резаниия возбуждают ультразвуковые колебания, из огибающей амплитудной модуляции избранной гармонической составляющей выделяют частотную составляющую, меняющуюся синхронно с частотой возбуждения вынужденных ультразвуковых колебаний, осуществляют поиск минимального амплитудного значения последней в частотном диапазоне анализа при постоянной средней мощности возбуждения колебательных смещений и формируют сигнал управления мощностью ультразвуковых колебаний, а при выходе мощности возбуждения за установленные пределы производят поиск новой частоты возбуждения, минимизирующей циклические составляющие силы резания по задней грани инструмента, и поддерживают его путем изменения частоты возбуждения мощности.