SU1079368A1

SU1079368A1 - Apparatus for controlling the state of cutting tool

Info

Publication number: SU1079368A1
Application number: SU833565782A
Authority: SU
Inventors: Вилор Лаврентьевич Заковоротный; Анатолий Николаевич Ткаченко; Игорь Евгеньевич Павленко; Людмила Ивановна Ровенькова
Original assignee: Ростовский-На-Дону Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сельскохозяйственного Машиностроения
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-03-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТЮЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЖУ1ПЕГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее преобразователь вйброакустической эмиссии, 1федварительный усилитель, соединенный с первым входом первого блока делени через последовательно соединенные первый полосовой фильтр и первый детектор и со вто рым входом блока делени через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и второй детектор, систему управлени станком , отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени износа инструмента и расщирени технологических возможностей за счет фиксации момента выхода инструмента из стро , в него введены последовательно соединенные источник опорного напр жени , аналоговый ключ, первый интегратор , второй блок делени , аналоговое запоминающее устройство и первый компаратор , усилитель-ограничитель, вход которого соединен с выходом второго детектора, а выход - с вторым входом аналогового ключа, второй интегратор, вход которого соединен с выходом первого блока делени , а выход - с вторым входом второго блока делени , с 9 второй комнаратор, вход которого соединен с выходом первого блока делени , а выход (Л с входом системы управлени станком, выход второго блока делени соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с системой управлени станком, к которой подключены вторые входы аналого- ; вого запоминающего устройства и обоих интеграторов . со :с X)A DEVICE FOR THE CONDITION OF THE CONDITION OF THE TOOL MODE, containing a vibroacoustic emission converter; machine, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement of tool wear and the expansion of technological capabilities due to fixing the moment when the instrument is out of order; a voltage source, an analog switch, a first integrator, a second dividing unit, an analog storage device and a first comparator, an amplifier-limiter, whose input is connected to the output of the second detector, are entered into it; the second input of the analog key, the second integrator, whose input is connected to the output of the first dividing unit, and the output to the second input of the second dividing unit, with 9 a second room transmitter, the input of which is connected to the output of the first dividing unit, and an output (L with the input of the machine control system, the output of the second division unit is connected to the input of the first comparator, the output of which is connected to the machine control system, to which the second analog inputs are connected; storage device and both integrators. with: with X)

Description

Изобретение относитс ic машиностроению к может быть использовано дл определени износа и поломок режущего инструмента непосредственно в ходе обработки деталей на станках.The invention relates to mechanical engineering to can be used to determine the wear and breakage of a cutting tool directly during the machining of parts on machines.

Известно устройство дл определени износа режущего инструмента, содержащее преобразователь виброакустической эмиссии, установленный на режущем инструменте, и соединенный с предварительным усилителем, вы ход которого св зан с входами двух полосовых фильтров, выходы фильтров подключены через детекторы к блоку делени . Принцип работы устройства основан на перераспределении высокочастотной и низкочастотной частей спектра виброакустической эмиссии при увеличении износа инструмента, что позвол ет, не внос изменений в конструкцию суппорта станка, оценивать непосредственно в ходе обработки износ инструмента. Кроме того, измерительный преобразователь может устанавливатьс в месте, удаленном от зоны резани , что обеспечивает высокую технологичность и надежность устройства (11.A device for detecting wear of a cutting tool is known, comprising a vibroacoustic emission converter mounted on a cutting tool and connected to a preamplifier whose output is connected to the inputs of two band-pass filters, the outputs of the filters are connected through detectors to a dividing unit. The principle of operation of the device is based on the redistribution of the high-frequency and low-frequency parts of the vibroacoustic emission spectrum with increasing tool wear, which allows, without making changes to the design of the machine support, to evaluate tool wear during processing. In addition, the measuring transducer can be installed in a place remote from the cutting zone, which ensures high manufacturability and reliability of the device (11.

Однако точность показани устройства - невелика, так как сигаал виброакустической эмиссии вл етс , в большей степени, величииой стащгонарно случайной и характе5й1зуетс большой дисперсией, при обработке деталей слошюй формы показани данного устройства в разпшшых местах детали, несколько отпичв ютс в измен ющейс с диаметром скорости резани и изменени припуска. Кроме того, в устройстве не предусмотрено определе mie сколов инструмента н его поломок. Цель изобретени - повышение точности измерени износа инструмента, в частности при обработке деталей сложной конфигураили к& станках с ЧПУ, и расширение технологигескнх возможностей за счет фиксации мог.гента 1шструмепта из стро . Поставленна цель дост1Паетс тем, что устройство, содержащее преобразователь виброакуст1-гческой зг шссии, предварительный усилитель, соедннеьтый с первым входом первого блока делени через последовательно соединенные первый полосовой фильтр и первый детектор и с вторым входом блока делени через последовательно соединенные второй полосовой фильтр и второй детектор, систему управлешш станком, снабжено двум интеграторами, вторым блоком делени , двум компараторами, анаг оговым запоминающим устройством, усилителем-ограничителем источником опорного напр жени , аналоговьш ключом, выходы 1штеграторюв соеданеиы 55 However, the accuracy of the device is small, since the vibro-acoustic emission is, to a greater extent, highly randomly random and characterized by large dispersion, and when processing parts of this form, the readings of this device in different places of the part are somewhat different in the cutting speed that changes with diameter and allowance changes. In addition, the device does not provide for the determination of mie chipping of the tool and its breakage. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring tool wear, in particular when machining parts of complex configuration or & CNC machines, and the expansion of technological capabilities due to the fixing of the mog.pent 1shstrumeptta of st. The goal is achieved by the fact that the device contains a vibro-acoustic transducer, a preamplifier connected to the first input of the first dividing unit through the first band-pass filter connected in series and the first detector and to the second input of the dividing unit through the second-connected filter of the second band pass and second detector , the control system of the machine, is equipped with two integrators, a second division unit, two comparators, an anag storage device, a limiting amplifier and reference point, analogue key, outputs 1gtegrator connection 55

с входами второго блока делени , выход которого соединен непосредственно и через аналоговое запоминающее устройство с входами первого компаратора, выход которого подключен к системе управлени станком, вход второго интегратора соединен с выходом первого блока делени , вход первого интегратора соединен с выходом источника опорного напр жени через аналоговый ключ, управл ющий вход которого подключен через усилитель-ограничитель к выходу второго детектора , к выходу первого блока делени подключен второй компаратор, а управл ющие входы интеграторов, второй вход аналогового запоминающего устройства и выход второго компаратора, подключены к системе управлени станком.The inputs of the second division unit, the output of which is connected directly and through an analog storage device to the inputs of the first comparator, the output of which is connected to the machine control system, the input of the second integrator are connected to the output of the first division unit, the input of the first integrator is connected to the output of the reference voltage source via analog a key whose control input is connected through an amplifier-limiter to the output of the second detector, a second comparator is connected to the output of the first dividing unit, and the control ode integrator, the second input of the analog storage device and the output of the second comparator, connected to the machine control system.

На чертеже представлена блок-схема устройства .The drawing shows the block diagram of the device.

Устройство содержит преобразователь 1 вибраций , предварительный усилитель 2, полосовые фильтры 3 и 4, детекторы 5 и 6, блоки 7 и 8 делени , компараторы 9 и 10, интеграторы И и 12 . усилитель-ограничитель 13, источник 14 опорного напр жени , аналоговый ключ 15, аналоговое запоминающее устройство 16, систему 17 управлени станком.The device contains a vibration converter 1, a preamplifier 2, band-pass filters 3 and 4, detectors 5 and 6, blocks 7 and 8 divisions, comparators 9 and 10, integrators And 12. limiting amplifier 13, voltage source 14, analog switch 15, analog storage device 16, machine control system 17.

Предварительный усилитель 2, вход которого св зан с преобразователем виброакустической эмиссии 1, св зан с первым входом блока 7 делени через полосовой фильтр 3 и детектор 5 и с вторым входом блока 7 де3 и 4. Фильтр 3 выдел ет низкочастотную составл юшуго спектра ВАЗ, а фильтр 4 высокочастотную составл ющую. лени через последовательно соединенные по лосовой фильтр 4 и детектор 6. Первый компаратор 9 соединен входом с первым блоком 7 делени , а вьгходом - с системой 17 управлени станка. Вь5ходь интеграторов И и 12 соединены со входалси блока 8 делени , выход которого соедигсен непосредственно и через аналоговое запо;4инающее устройство 16 с входами компаратора 10, выход которого соединен с системой 17 управлени станком. Вход первого интегратора 12 соединен с выходом первого блока 7 делени , вход второго интегратора 11 соединен с выходом источника 14 опорного напр жени через аналоговый ключ 15, управл ющий вход которого соединен с выходом второго детектора б через усилитель-ограничитель 13, управл ющие входы интегратора П и 12 подключены к системе 17 управлени . Устройство работает следующим образом. Сигнал виброакустической эмиссии (ВАЗ), излучаемой зоной резани , регистрируетс преобразователем 1 вибраций, усиливаетс предварительным усилителем 2 и подаетс на параллельно включенные полосовые фильтрыThe preamplifier 2, whose input is connected to the vibroacoustic emission converter 1, is connected to the first input of the dividing unit 7 through a band-pass filter 3 and the detector 5 and to the second input of the unit 7 de 3 and 4. The filter 3 selects the low-frequency component of the VAZ spectrum and filter 4 high frequency component. It is connected via a serially connected vacuum filter 4 and detector 6. The first comparator 9 is connected by an input with the first dividing unit 7, and the input to the system 17 of the machine control. Upper integrators I and 12 are connected to the input of a dividing unit 8, the output of which is connected directly and via an analog control unit 4 to the inputs of the comparator 10, the output of which is connected to the machine control system 17. The input of the first integrator 12 is connected to the output of the first dividing unit 7, the input of the second integrator 11 is connected to the output of the voltage source 14 via an analog switch 15, the control input of which is connected to the output of the second detector b via the limiting amplifier 13, the control inputs of the integrator and 12 are connected to control system 17. The device works as follows. The vibroacoustic emission signal (VAZ) emitted by the cutting zone is recorded by the vibration converter 1, amplified by the preamplifier 2 and fed to parallel-connected band-pass filters.

Увеличение износа инструмента приводит к перераспределению спектра ВАЗ (высокочастотна часть возрастает). Поэтому дл определени величины износа сигнал с фильтров 3 и 4 детектируетс блоками 5 и 6 и подаетс на вход блока 7 делени , сигнал на выходе которого соответствует величине износа инструмента.An increase in tool wear leads to a redistribution of the WHA spectrum (the high-frequency part increases). Therefore, to determine the amount of wear, the signal from filters 3 and 4 is detected by blocks 5 and 6 and fed to the input of dividing unit 7, the signal at the output of which corresponds to the amount of tool wear.

Однако при обработке деталей сложной формы показани на выходе блока 7 делени (т.е. фактически устройства - прототипа ) будут различны в различных местах детали , вследствие вли ни на спектр ВАЗ изменени скорости резани , геометрии среза, вариаций припуска. Кроме того, переход на новый диаметр при обработке ступенчатых Деталей вызывает сравнительно длительный (несколько секунд) переходной процесс на выходе блока , 7, обусловленный тем, что инструменту необходимо притеретьс к новому диаметру.However, when processing parts of complex shape, the indications at the output of dividing unit 7 (i.e., the actual device of the prototype) will be different in different parts of the part, due to the effect on the VAZ spectrum of changes in cutting speed, cut geometry, variations in allowance. In addition, the transition to the new diameter when machining the Step Parts causes a relatively long (several seconds) transition process at the output of the block, 7, due to the fact that the tool needs to be lapped to the new diameter.

Позтому дл исключени вли ни указанных факторов на точность измерени износа в устройство введен интегратор 12, который интегрирует сигнал на выходе блока 7 делени в течение всего времени обработки детали . Таким образом, сигнал на выходе блока 12 представл ет собой средне-интегральное значение износа, а так как сигнал ВАЗ стационарно случайный, то точность измерени пар метров на его основе будет тем выше, чем больше врем усреднени . Следовательно сигнап на выходе интегратора 12 существенно более точно характеризует износ инструмента.Therefore, to eliminate the influence of these factors on the measurement accuracy of wear, an integrator 12 is inserted in the device, which integrates the signal at the output of dividing unit 7 during the entire time of part processing. Thus, the signal at the output of block 12 is a mean-integral value of wear, and since the signal of a VAZ is stationary random, the accuracy of measurement of pairs of meters based on it will be the greater, the longer the averaging time. Therefore, the signal at the output of the integrator 12 is much more accurately characterized by tool wear.

Дл дальнейшего повышени точности устройства сигнал с выхода интегратора 12 подаетс на блок 8 делени , на второй вход которого подаетс напр жение с выхода интегратора 11, пропорциональное фактическому времени обработки каждой детали.To further improve the accuracy of the device, the signal from the output of the integrator 12 is fed to a dividing unit 8, the second input of which is supplied with a voltage from the output of the integrator 11 proportional to the actual processing time of each part.

Измерение фактического времени обработки производитс следующим образом.Measurement of the actual processing time is performed as follows.

Высокочастотна часть сигнала ВАЗ, как менее зашумленна , подаетс через усилительограничитель 13 на управл ющий вход аналогового ключа 15 и открывает его на врем протекани процесса резани , а так как интегратор 13 зар жаетс посто нным напр жением от источника напр жени , то напр жение на выходе интегратора 11 пропорционально времени обработки.The high-frequency part of the VAZ signal, as less noisy, is fed through the amplifier limiter 13 to the control input of the analog switch 15 and opens it for the duration of the cutting process, and since the integrator 13 is charged with a constant voltage from the voltage source, the output voltage integrator 11 is proportional to the processing time.

Далее сигнал с выхода блока 8 делени , представл ющий собой усредненное по времени значение износа, подаетс на вход компаратора 10, на другой вход которого подаетс напр жение с аналогового запоминающего устройства 16, в котором в режиме обучени запомтшаетс среднее значение сигнала, соответствующее изношенному инструменту (в режиме обучение производитс обработка изнощенным инструментом).Next, a signal from the output of dividing unit 8, which is a time-averaged wear value, is fed to the input of a comparator 10, to another input of which a voltage is supplied from an analog storage device 16, in which, in the learning mode, the average value of the signal corresponding to the worn-out tool ( in the learning mode, a treatment with a worn tool is performed).

В рабочем режиме компаратор 10 сравни|вает значение износа после обработки очеред ной детали с запомненным и при их совпадении или превышении запомненного напр жени подает команду на систему ЧПУ дл прекращени процесса и вызова оператора или на автоматическую смену инструмента.In the operating mode, the comparator 10 compares the wear value after machining the alternate part with the memorized one and, if they coincide or exceed the memorized voltage, sends a command to the CNC system to stop the process and call the operator or automatic tool change.

Аварийные ситуации в процессе резани (детали с повышенным припуском, врезание инструмента на ускоренной тюда е в деталь, вследствие ошибки в программе юга отказа оборудовани и т.п.) и поломки инструмента сопровождаютс повышенной интенсивностью ВАЗ и расширением ее спектра, позтому сигнал на выходе блока 7 делени резко увеличиваетс , что вызывает срабатывание компаратора 9, дающего команду на немедленный быстрый огиод инструмента из зоны обработки и остановку вртщени шпиндел . Зто позвол ет предотвратить повышенные динамические нагрузки на станок, что увеличивает врем его работы до очередного ремонта и исключить внеплановый ремонт станка. Кроме тоге., сзтцественно уменьшаетс веро тность выхода детали в брак при поломках инструмента (имеютс ввиду поломки, вызванные посторонними включени ми в детали и тл. предотвратить которые невозможно из-за ограниченного быстродействи исполнительйых устройств станка/другие виды поломок, например обусловленные чрезмерным износом режущего HHCtpj eHia исключаютс ).Emergency situations during the cutting process (parts with increased allowance, tool cutting on the accelerated e into the part, due to an error in the program of equipment failure south, etc.) and tool breakage are accompanied by increased VAZ intensity and expansion of its spectrum, thus the output signal of the block The 7th division increases dramatically, which causes the comparator 9 to be triggered, which commands an immediate quick tool reset from the machining zone and stops the spindle speed. This allows you to prevent increased dynamic loads on the machine, which increases its operating time until the next repair and eliminates unplanned repair of the machine. In addition, the likelihood of parts getting into rejects with tool breakdowns is significantly reduced (meaning breakdowns caused by extraneous inclusions in parts and so on can not be prevented due to limited performance of machine tools / other kinds of breakdowns, for example, due to excessive wear of the cutter HHCtpj eHia excluded).

Claims

A device for monitoring the state of the cutting tool, comprising a vibroacoustic emission transducer, a preamplifier connected to the first input of the first division block through a series-connected first bandpass filter and a first detector and to the second input of the division block through a series-connected second bandpass filter and a second detector, control system machine tool, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring tool wear and expand technological capabilities due to the fix At the moment of failure of the instrument, it is connected to it in series with a reference voltage source, an analog switch, a first integrator, a second division unit, an analog storage device and a first comparator, a limiter amplifier whose input is connected to the output of the second detector and the output to the second an analog switch input, a second integrator, the input of which is connected to the output of the first division block, and the output - with the second input of the second division block, the second comparator, whose input is connected to the output of the first block eniya, and output to the machine control system, the second divider output coupled to an input of the first comparator, whose output is connected to the machine control system, which are connected to second inputs of _analog: Vågå storage device and the two integrators.