SU1024161A1 - Способ автоматического выбора и поддержани оптимальных режимов обработки - Google Patents

Abstract

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА И ПОДДЕРЖАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ путем регистрации спектра ; виброакустической эмиссии (ВАЗ) и формировани  сигнала управлени  скоРО .СТЫО обработки в функциии изменени  интенсивности сиУнэла, пропорционального суммарной энергии разрушени  обрабатываемого материала при посто нных (оптимальных с точки заданного качества -формообразовани  поверхности) г рдаче и глубине резани , о т л и ч a ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности и эффективности управлени  за счет получени  дополнительной информации о параметрах и состо нии п|х}цесса, дополнительно регистрируют спектр колебаний сил резани , автоматически отделыю вцдел ют из спектра сил и ВАЗ основную частотную составл ю|цую , коррелированную с частотой основных периодичностей процесса стружкообразовани , автоматически с лед т за ее изменением при,вариации скорости резани , регистрируют изменение величины нелинейных искажений (формы) основной частотной составл ющей, выделенной в спектре ВАЗ, и в функции их изменени  с приращением величины износа формируют сигнал об износе режущего инструмента , дифференцируют его по пути, пройденному инструментом, и определ ют ;коррсть развити  износа (интенсивность и изнашиваемость), затем, нормируют спектр сил и ВАЗ в функции изменени  (приращени  ) износа, формируют сигнал, пропорциональный переменной составл ющей мощности резани , характеризующей разрушение Материала, и в функции приращени  этого сигнала увеличивают скорость резани  до перехода через экстремум сигнала, при этом ог0аничение повышени  скорости обработки дл  некоторых материалов осуществл ют тго заданному допусти мому значению скорости развити  изiHoca , определ емого автоматически в процессе контрольной обработки.

Description

Изобретение относитс  к автоматическому уп(уавлению процессом механической обработки, в частности к самонастраивающимс  системам, управлёни  и системам иамеренТш стойкостных параметров режущего инструмента. Известен способ В1ыбора оптимальны режимов резани  на о снове анализа акустической.эмиссии, который заключаетс  в регистрации спектра акусти ческой эмиссии ( АЭ и формировании сигнала управлени  скоростного резани  в функции изменени  интенсивности сигнала АЭ пропорционально суммарной энергии разрушени  обрабатываемого материала при посто нных {оптимальных с точки зрени  технологических требований -заданного качест ва формообразовани  поверхности) подаче и глубине резани  tl. В известном способе анализируетс  истинна  акустическа  эмисси , обусловленна  развитием трещин, передвижением дислокаций м другими факторами в диапазоне частот от 200 кГц и выше, далеко лежащим за пределами полосы пропускани  упругой системы СПИД. Информативность и разрешающа  способность такого сигнала не вызыва ет сомнени  и подтверждаетс  получен ными экспериментальными данными. Однако при работе в цеховых услови х это приводит к тому, что нар ду с по лезными сигналами, возникающими в зоне резани , регистрируютс  посторонние шумы, существенно затрудн ющие обработку получаемой информации. Низка  точность оценки обрабатываемости управлени  скоростного резани  обусловлена тем, что энергетические уровни АЭ наход тс  также на уровне электромагнитных импульсных промышленных , помех, а оценку обрабатываемости производ т путем сравнени  относительной акустической энергии, выдел ющейс  на единице пути резани  на основе управл ющего сигнала, пропорционального произЕ1едению максимальной амплитуды АЭ на число акустических импульсов в единицу времени или пути резани . Кроме того, в законе изменени  интенсивности акустического сигнала, в указанном диапазон анализа при увеличении скорости р езани  наблюдаетс  несколько экстремальных значений , что затрудн ет автоматический выбор оптимального режима обработки. При этом требуетс  набор и обрабЪтка . статистических данных, полученных на .основе пробных оСработок материалов. Задача формировани  управл ющего сиг нала усложн етс  и тем, что энергетические уровни акустической эмиссии . увеличиваютс  ( видоизмен ютс  с повышением не только скорости резани , но и величины износа, твердости обрабатываемого материала, температурных факторов, которые, в свою очередь, также завис т от скорости резани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности и эффективности управлени  за счет получение дополнительной информации о параметрах и состо нии процесса резани . Указанна  цель достигаетс  тем, что по способу автоматического выбора и поддержани  оптимальных режимов обработки путем регистрации спектра виброакустической эмиссии СВАЭ и формировани  сигнала управлени  скоростью обработки в функции изменени  интенсивностисигнала , пропорционального суммарной энергии разрушени  обрабатываемого материала при посто нных (оптимальных с точки зрени  заданного качества формообразовани  поверхности) подаче и глу бине резани , дополнительно регистрируют спектр колебаний сил резани , автоматически отдельно выдел ют из спектра сил и ВАЭ основную частотную составл ющую, коррелированную с частотой основных периодичностей процесса стружкообразовани , автоматически след т за ее изменением при вариации скорости резани , регистрируют изменение величины нелинейных искажений ( формы основной частотной составл ющей, выделенной в спектре ВАЭ, и в функции их изменени  с приращением величины износа формируют сигнал об износе режущего инструмента , дифференцируют его по пути, пройденному инструментом, и опс дел ют скорость развити  износа (интенсивность и изнашиваемость) , затем нормируют спектр сил и ВАЭ в функции изменени  износа, берут произвёг дение амплитудных значений избран ных частотных составл ющих спектра сил и ВАЭ и определ ют переменную составл ющую энергии ( мощности ) разрушени  обрабатываемого материала, а в функции приращени  сигнала произведени  увеличивают скорость резани  до перехода сигналу.равного произведению, через максимум ( экстремум ) , при этом ограничение повышени  скорости резани  дл  некоторы материалов осуществл ют по заданном допустимому значению интенсивности изнашивани  инструмента, определ емой в процессе контрольной обработ ки. Сущность изобретени  базируетс  на особенност х динамики процесса резани , изученных на основе анализа спектра колебательных сил и движ ний по трем координатам измерени  в широком частотном диапазоне. При этом дл  формировани  сигнала, пропорционального составл ющей мощности процесса резани , выдел лись и анализировались композиционные составл ющие колебательных сил и скоростей движений, св занных с пер одичност ми процесса стружкообразог вани  и релаксационными процессами трени  по передней и задней поверхности режущего инструмента дл  случа  чистового и чернового точени  при вариации режимов обработки.При чистовом точении с увеличением скорости резани  (при глубине резани  меньше 2 мм и посто нной оптимальной подаче с точки зрени  качества формообразовани  поверхности наблюдаетс  увеличение составл ющей мощности резани , равной произведению интегрального значени  силы н скорость резани , в то врем  как пе0еменна  составл юща  мощности резани  носит экстремальный характер . Последн   определ лась на основе произведени  переменной соста л ющей силы резани  на скорость колебательных движений основных пе риодичностей процесса стружкообразовани  и услови  KOHtaKTHoro взаимодействи  инструмент-деталь. Причем экстремум (перегиб кривой динамической составл ющей мощности резани ) наступает несколько раньше, чем ускоренное развитие интенсивности изнашивани  режущего инструмента. Последующее уменьшение переменн составл ющей мощности резани  (сиг нала произведени  переменной составл ющей силы резани  на колебательную скорость) при дальнейшем увеличении скорости обусловлено вли нием температурных факторов на.релаксационные процессы трени  по передней и .задней поверхности режущего инструмента и процесса стружкообразовани . Указанна  особенность и легла в основу предложенного способа автоматического выбора и поддержани  оптимальной скорости резани  при чистовом точении На чертеже представлена блок-схема устройства, .реализующего способ. Устройство содержит преобразователь 1, предварительный усилитель 2, полосоюй фильтр 3 фазовый детектор k, усилитель-преобразователь 5 генератор 6, систему 7 начальной настройки блоков, ключевой полосовой усилитель 8, блок 9 усреднени  . масштабный усилитель 10, блок 11 дифференцировани , схему 12 сов-падени , систему 13 автоматической настройки задатчика, задатчик k, многовходовой регистратор 15, блок 16 интегрировани )- синхронный детектор 17-, усилитель 18, блок 9 умножени , преобразователь 20, предварительный усилитель 21, масштабны усилитель 22, синхронный детектор 23, масштабный усилитель 2, блок 25 интегрировани , схему 26 сравнени  , бхюк 27 задани  напр жени  и блок 28 управлени . Устройство работает следующим образом .. Спектр ВАЗ регистрируют преобра- зователем 1, установленным ( например , при чистовом точении) в направлении действи  отжимающей составл ющей силы резани  Р , выходной сигнал которого усиливают предварительным усилителем 2 с переменным коэффициентом усилени  и через полосовой фильтр 3 подают на фазовый детектор 7, образующий с перестраиваемым генератором 6 и системой 7 начальной настройки блоков кольцо фазовой автоматической подстройки частоты ( ФАПЧ7. При этом интегральный уровень сигнала на выходе полосового фильтра 3 под- держивают автоматически посто нным за счет введени  обратной св зи, образованной усилителем-преобразователем 5 переменного сигнала в посто нный с последующим интегрированием, включенным между выходом полосового фильтра 3 и регулируемым элементом коэффициента усилени  предварительного усилител  2. Это вызвано тем, что при вариаций (увеличении) скороети резани  измен етс  частота и пер распределение энергетических уровне основных периодичностей процесса, стружкообразовани  и р и1аксационног процесса трени  по передней и задней гран х режущего инструмента, лежащих в пределах полосы пропускан . полосового фильтра 3 выбранного ис ход  из информативности сигнала. Дл  автоматического вы/|елени  и еле женй  за основными информативными периодичност ми процесса резани  (стружкообразовани  прежде всего формируют опорный сигнал посто нной амплитуды с частотой.равной основно избранной частоте периодичностей с помощью сдвоенного кольца ФАПЧ, образованного фазовым детектором 4, перестраиваемым генератором 6 и бло ком 7 первоначального «ивтоматическо го поиска и настройки генератора 6 по максимальному значению выходного сигнала фазового детектора k, работа которого заключаетс  в следую чем. Так как на сигнальный вход фазового детектора подаетс  сигнал с выхода полосового фильтра 3, интегра по площади которого в заданном диапазоне поиска информативной частоты посто нен, а на -его второй вход пода етс  опорное напр жение; от перестра иваемого генератора 6 также в.задан ном диапазоне анализа, то в первона чальный момент времени в процессе контрольной обработки включают систему 7 автоматической настройки генератора 6 на поиск наиболее информативной частоты по максимальному значеж но выходного сигнала с фазового детектора . В дальнейшем при вариации режимов в процессе обработки выходное напр жение фазового детектора автоматически измен ет, подстраивает частоту генератора 6, поддержива  ее равной основной час тоте релаксации процесса трени  и стружкообразовани , мен ющейс  с изменением скорости резани , так как включаетс  в работу ФАПЧ. Таким образом, выходное напр жение посто нной амплитуды на выходе генератора 6 с частотой, paBHoti частоте .основных периодичностей процесса стружкообразовани , в дальнейшем i используетс  как опорный сигнал дл  выделени  наиболее информатив т ных частот из спектр а сил и движени /дл  формировани  сигнала о переменной составл ющей мощ 4ости резани , а также дл  формировани  полезного сигнала об износе инструг мента и скорости его развити . Учитыва  то, что с вариацией режимовобработки корости резани ) видоизмен ютс , пepepacпpeдeл юtc  энергетические уровни всего спектра. а следовательно, и уровни информативных частот, коррелированных с изнЬсом, возникает задача поиска нового метода формирбвани  полезного сигнала рб износе,скорости его развити  или интенсивности изнашивани . Задача усложн етс  еще и тем, что уровни основных периодичностей релаксационного процесса трени  и стружкообразовани  измен ютс  не только при увеличении скорости резани , при изменении услови  контакта в зоне резани , св занного с прираще нием (увеличением величины, износа режущего инструмента как по задней грани ( размерного износа, так и износа типа лунка в месте схода стружки по передней грани. .Эта задача в предлагаемом,способе решаетс  путем формировани  сигнала об износе на основе анализа изменени  (нелинейных искажений ) основ/ных периодичностей процесса трени  и стружкообразовани , св занных главным образом с развитием износа, дл  чего сигнал с выхода предварительного усилител  2 подают на вход ключевого полосового усилител  8, на управл ющий (ключевой ) вход которого подают опорный сигнал с выхода перестраиваемого генератора 6 с частотой, равной частоте основных избранных периодичностей процесса стружкообразовани . Таким образом, производ т пр мое преобразование широкополосного сигнала с . выхода усилител  2 посредством включени  и выключени  управл емого ключа ключевого усилител  8 через каждую половину периода опорного сигнала, снимаемого с выхода генератора 6. Затем дл  выделени  посто нной составл ющей сигнала,пропорциональной величине несимметричных нелинейных искажений, а следовательно, величине износа, сигнал с выхода ключевого усилител  8 подают на вход блока9 усреднени  или интегратор с последующей подачей его на один из выходов .многовходового регистратора 15 как полезный выходнойсигнал об износе.

В свою очередь, дл  исключени  вли ни  приращени  величины износа на энергетические уровни частот основных периодичностей сигнал, пропорциональный приращению величины износа , через.масштабный усилитель 10 подают на второй управл ющий вход предварительного усилит ел  2 нор мировани  в функции его приращени .

Затем ((юрмируют выходной полезный сигнал о скорости.развити  износа инструмента (или интенсивности его изнашивани  ), несущий такую важную дополнительную информацию а процессе резани , как обрабатываемость материала .

Дл  этого выходной сигнал об износе с выхода блока 9 программно дифференцируют блоком 11 по времени или пути, пройденному инструментом, а через схему 12 сравнени  подают на второй вход многовходового регистратора 15Величину допустимого значени  ин тенсивности изнашивани  определ ют и запоминают автоматически в процессе контрольной обработки с помощью системы 13 автоматической настройки задатчика I регистрации допустимой величины контролируемого параметра. Затем его подают дл  сравнени  на второй вход схемы 12 с текущим значе нием скорости приращени  величин.й износа , регистрируемого в процессе последующей обработки при выборе оптимальных,скоростей резани .

Дл  формировани  управл ющего сигнала скорости обработки в функции переменной составл ющей мощности резани , св занной ,с релаксацией энергии разрушени  обрабатываемых материалов, выходной сигнал предварительного усилител  2 в дополнительном канале интегрируют блоком 16 дл  регистрации колебательных скоростей , так как акселерометром 1 (преобразователем виброакусткческой эмиссии) регистрируют кблебательные ускорени . Затем подают его на синхронный детектор 17 дл  выделени  основных периодических процессов стружкообразовани , .на второй вход которого приложейо ранее сформированное опорное на- . пр жение с выхода генератора 6,

равное частоте основных периодич- ностей процесса стружкообразрвани  и релаксаций процесса трени .

В свою очередь, выходное напр жение синхронного детектора 17, пропорциональное колебательной скорости периодичностей стружкообразовани , через усилитель 18 nor дак)т на блок 19 умножени , на

0 второй вход которого подают сигнал, пропорциональный величине переменной составл ющей силы резани  с частотой , равной основным периодичност м процесса стружкообразоваНй . Послед5 ний формируют путем регистрации спектра колебательных силв направлении действи  PU , регистрируемого преобразователем 20. Затем аналогично выделению колебательной ско0 зости смещений инструмента с частотой основных периодичностей процесса стружкообразовани  усиливают предва-, рительным усилителем 21, нормируют выходной сигнал его в функции измене5 ни  износа путем изменени  коэффициента усилени  усилител  21 сигналом , пропорциональным износу, подаBaeNBiiM на управл ющий вход усилител  21 с выхода блока 9 через мас0 штабный усилитель 22.

После предварительного усилени  и нормировани  сигнала спектра сил выдел ют из него основную периодическую составл ющую, равную .частоте процесса, стружкбобразовани , с по5 мощью синхронного детектора,23л .на. второй вход jicoToporo также подают опорное напр жение с блока 6. Выделенный сигнал, пропорциональный

0 величине переменной составл ющей силе резани  через масштабный усилитель 2k, также подают на второй вход блока 19 умножени , выходной сигнал которого пропорционален ак5 тивной переменной составл ющей мощ ности резани , интегрируют ( усредн ют ) блоком 25, сравнивают схемой | 26 с заданном напр жением блока 27/ соответствующим установленной априорно начальной скорости резани ,

0 и в функции суммарного знамени  си1- нала управл ют скоростью резани .

При этом быбор и поддержание оптимальной скорости резани  осуществл ет5 с  автоматически в сторону повышени  скорости резани  в функции прираще- . ни  сигнала, пропорционального активной переменной составл ющей мощности

Claims (1)

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА И ПОДДЕРЖАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ' ОБРАБОТКИ путем регистрации спектра ; виброакустической эмиссии (ВАЭ) и формирования сигнала управления скоростью обработки в функциий изменения интенсивности сигнала, пропорционального суммарной энергии разрушения обрабатываемого материала при постоянных (оптимальных с точки зрения заданного качества -формообразования поверхности) прдаче и глубине резания, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности и эффективности управления за счет получения дополнительной информации о параметрах и состоянии процесса, дополнительно регистрируют спектр колебаний сил резания, автоматически отдельно выделяют из спектра сил и ВАЗ основную частотную составляющую, коррелированную* с частотой основных периодичностей процесса стружкообразования, автоматически следят за ее изменением при,вариации скорости резания, регистрируют изменение величины нелинейных искажений (формы) основной частотной составляющей, выделенной в спектре ВАЭ, ив функции их Изменения с приращением величины износа формируют сигнал об износе режущего инструмента, дифференцируют его по пути, пройденному инструментом, и определяют скорость развития износа (интенсивность и изнашиваемость) , затем-нормируют спектр сил й ВАЭ в функции изменения (приращения ) износа, формируют сигнал, пропорциональный переменной составляющей мощности резания, характеризующей разрушение материала, и в функции приращения этого сигнала увеличивают скорость резания до перехода через экстремум сигнала, при этом ограничение повышения скорости обработки для некоторых материалов осуществляют по заданному допустимому значению скорости развития из^носа, определяемого автоматически в процессе контрольной обработки. .

   ТШЖТ·

   1 1024161 а