SU1380910A1 - Способ автоматического контрол состо ни и условий протекани процесса резани и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области станкостроени , предназначено дл  измерени  основных параметров, характеризующих состо ние и услови  протекани  процесса резани  непосредственно в ходе обработки, и может быть использовано дл  автоматического управлени , выбора и поддержани  ог1тималь)1ых режимов обработки на станках, снабженных адаптивными системами управлени  п Г.АП. Цель изобретени повышение точности и paciiiHpe )1ие функциональных возможностей. Дл  этого дополнительно возбуждают на рабочей части инструмента в направлении подачи под углом ai-30-45° по отношению к нормали , проведенной к плоскости резани , энергию маломощных ультразвуковых волн в качестве зондирующего сигнала, не вли ю- Hiero на кинетику процесса резани , одновременно регистрируют и преобразовывают в электрический сложной формы сигнал возбуждаемые ультразвуковые волны со стороны инструмента под углом а9 30-45° к направлению возбуждени  по отно пению к нормали, проведенной к плоскости резани . В устройстве, реализующем способ, число диагностических каналов формировани  полезных сигналов увеличено до п и оно снабжено ультразвуковым генератором , двум  пьезоэлектрическими преобразовател ми: первым предназначенным дл  возбуждени  высокочастотного ультразвч ко- вого зондирующего сигнала, и вторым преобразователем регистрации отраженной энергии у;1ьтразвуковых волн. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. i (Л

Description

00

оо о со

Изобретение относитс  к станкостроению, предназначено дл  измерени  основных параметров , характеризующих состо ние и услови  протекани  процесса резани  непосредственно в ходе обработки, и может быть использовано дл  автоматического управлени , выбора и поддержани  оптимальных ре гимов обработки на станках, снабженных адаптивными системами управлени  и ГАП.

Цель изобретени  повышение точности и раси ирение функциональных возможностей за счет обеспечени  возможности оценки непосредственно в ходе обработки физико-механических свойств контактируе- мых пар, обрабатываемости различных конструктивных материалов.

На фиг. 1 показаны конструктивные особенности установки пьезоэлектрических преобразователей возбуждени  и регистрации зондирующих ультразвуковых волн на рабочей части инструмента; на фиг. 2 - то же, дл  инструмента с измененной геометрией; на фиг. 3 - блок-схема устройства дл  осуществлени  способа.

Устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь 1 возбуждени  ультразвуковых высокочастотных колебаний (волн) на рабочей части режущего инструмента 2 в направлении подачи под углом, например к нормали, проведенной к плоскости резани , пьезоэлектрический преобразователь 3 регистрации отраженных ультразвуковых волн под углом 45° от границ раздела в процессе контакта инструмента 2 с дста. 1ью 4, ультразвуковой генератор 5 возбуждени  энергии ультразвуковых волн, используемых в качестве зон- дирую1цег(. сигпа.ла, подключенный к входу преобразовател  1 возбуждени  ультразвуковых 1ЮЛН в зоне резани , не вли ющих па кинетику и процессы, протекающие в зопе контакта инструмента - деталь .

Капал фор.мировани  диагностических признаков включает последовательно соеди- Henniiie избирательный высокочастотный усилитель 6, настроенный на частоту возбуждени  у. 1ьтразвуковых колебаний на рабочей части инструмента 2, фазовый детектор 7, опорный вход которого подключен к выходу генератора 5, согласук)П1ий элемент 8, обладающий большим входным сопротивлением, исключающий вли ние интегратора 9 на огибающую амплитудной модул ции на выходе фазового детектора 7, схему 10 сравнени  с подключенным к второму входу задатчиком 11, многовходо- вой регистратор 12, блок 13 выделени  огибающей амплитудной модул ции и подавлени  несущей высокочастотной составл ющей колебаний возбуждаемых ультразвуковым генератором 5.

Устройство содержит также два диагностических капала формировани  полезного

сигнала, число которых может быть увеличено до п, включающие соответственно предварительные усилители 14.1; 14.2, подключенные к выходу блока 13 выделени  огибающей амплитудной модул ции, перерастраиваемые узкополосные фильтры (усилители ) 15.1; 15.2, подключенные к выходу предварительных усилителей, детекторы 16.1; 16.2, подключенные к выходам фильтров, интеграторы 17.1; 17.2, подключенные к выхо0 дам амплитудных детекторов, схемы 18.1; 18.2 сравнени  подключенные к выходам интеграторов, задатчики 19.1; 19.2 контролируемых параметров, подключенные соответственно к второму входу схемы сравнени  в каждом диагностическом канале,

схемы 20.1; 20.2 автоматической под- настройки фильтров и задатчиков по максимальному значению выходных сигналов на выходе блоков 17.1; 17.2, блок 21 регистрации режимов обработки, включающий таQ хогенератор 22, кинематически св занный с обрабатываемой деталью, и реахорд 23, движок которого кинематически св зан с суппортом.

При этом многовходовой регистратор 12

5 подключен своими входами к выходам блоков 9, 10, 17.1, 18.1 и 18.2, сигналы с которых  вл ютс  выходными полезными сигналами устройства, дающими в комплексе информацию о параметрах, характеризующих состо ние и услови  протекани  про0 цесса резани , и динамических характеристик . Причем выходной сигнал на выходе блоков 9 и И) несет в себе текущую информацию о твердости контактирующих пар, их физико-механических свойствах и соответственно фактической площа5 ди контакта контактируемой пары инструмент-деталь . Изменение во времени последнего свидетельствует о диссипативных свойствах контакта.

Используют амплитудно-частотный метод

разделени  информации с помощью узкополосных перестраиваемых фильтров 15.1; 15.2 из огибающей амплитудной модул ции возбуждаемых высокочастотных ультразвуковых волн, с последующими формированием полезных сигналов блоками 14-21.

5 В зависимости от установлени  коррел ционной св зи частотных составл ющих спектра, сформированные сигналы на выходе блоков 17.1, 17.2, 18.1, 18.2  вл ютс  выходными полезными сигналами, функционально св занными с износом режущих

0 инструментов, ц ероховатостью обрабатываемой детали и ее обрабатываемостью, а также циклической нагруженностью режущего клина и виброустойчивостью станка.

Способ осуществл етс  следующим образом .

5 Высокочастотные ультразвуковые зондирующие волны возбуждают пьезоэлектрическим преобразователем 1 на рабочей части инструмента 2 в направлении подачи в

пределах критического yr. ia (X ;U)- 45 (например ai 3(r) no отноп ению к нормали , проведенной в плоскости резани  дл  режун1,их инструмер1тов с пласчинка- ми твердо1Ч) сплава (фиг. 1). или по отношению к перпендикул ру, проведенному к образующей обрабатываемой дета.ли через резна дл  режущих инструментов со сменными (трехгранными, чг ты рехгранными и др.) пластинами (фиг. 2).

Регистрацию отраженных ультрачвуко- вых волн и преобразование их в vieKT- рический сигнал с учетом поглощени  :)не)- гии зоной резани  осуществл ют с помощью пьезоэлектрического преобразовател  .. установленного в пределах критического угла 45° по OTHOHieHHK) к нормали. проведенной в плоскости резани  или через вершины резна к поверхности обрабатываемой детали. Отбор активн(1Й сос1ав.1 к)- шей энергии зондирующих у. 1ьтразвуков1)1ч волн осуществл етс  в моменг кас;1нин инструмента 2 и детали 4 в функции изменени  диссинативньгх сн(.)йсгв контама при наличии процесса резани 

Возбуждение и пополнешн ni iirint ультразвуковых во.лп зондирующего сигнп.; осуществл ют с помощью перестраириклю го ультразвукового lenepaTopa 5. Л.1  увеличени  чувотвител1Л1ости частогу впзбуж.чс- ни  ультразвукового зондирующего cHii,i.ia выбирают равной, с учетом, приведенной массы рабочей чнсти инструмента, той мч ч т венной резонансной ч;:ст()те Г1реоб)а.1пв;;- те;1 , на к(JTopoй акх стическое соп()отнн. К 11ие минимально между чич тами установки пьсЗО: , |еКТ)ПЧ Г1 КИХ ));| iDHal I . к Й HOiOS /Kдени  1 и )LTMC: i. iiuii . V

Критическсн значение У Г.лов ci lonu -ifi- венно возбуждени  ct, и pc i истрапии а ультразвуковьгх noiii и)1-:д1| 1 KMIUTO си1.н.:.а ( 45) Mi)i6ifp, iK)T . учетом особенности раси)осг()апени  прод;).|ьн)| ультразвуковых В(.. 1Н чере. рабочую ( lac- тину тве)дого cH. iaiia, как (М, в которой скорость )анени  .1ьт()азвук) вых волн значительно меньпи чем в ;a териале обрабатываемой детали или самой державке. Это обус. ювленс тем, что воз буждаемые продольные волнь or nbe:ui- элемента 1 распростран ютс  под уг . юм oti. превьппаюшим некоторое критическое значение (а 26-30), прп котором обеспечиваетс  полное внутреннее отражение продольных Bo. iH и трансформацн  в заготовку (обрабатываемую деталь) часто сдвиговых или поверхностных (нри ai 45) во.лн распростран ющихс  под углом а.. В таком случае режуша  пластина выполн ет 1))унк- ции гасител  отраженных продольных и сдви- говых волн заготовки (детали), а изменение дисси 1атив1Н)1х свойств контакта инст румент-деталь непосредственно .ч ходе об

5

0

о

0 5

5

5

0

)аботки отражаетс  в законе и менени  отбора энергии заготовки возбуждаемого зо1 днрук)шего сигнала. Зона резани  в данном случае выполн ет функцию модул тора .

Указанные особенностн лежа г в осно- Н фо и1ировани  диагностических признаков , в разработке и создании устройства эксг|ресс-(Л1енки состо ни  и ус.ювий п()отс- кани  технологического процесса к-.ишн .

Формирование диагностических признаков осуществл ют путем рег 11ст)ации отра- . KeHHijix ультразвуковых во.ш Фондирующего сигнала с последующим преобразованием их в электрический сигнал сложной формы с помощью пьезоэлектрического преобразо- вате.л  3. Затем выходной сигнал пьезоэлектрического нреобразовател  3 уси.чивают избирательным усилителм (i. настроенным ма час-тс)ту ультразвукового гсне 5агора 5, и .четектируют фазов1 1м детектором 7, на- 11) жепне на опорный вход KOTOpoi o подают с выхода у.чьтразвукового генератора 5 вочб у.чьтразвуковых .зондирующих во.чн на рабочей части инструмента.

Таким образом, величи1{а и превран1е- ние .1П 10вапного выходного напр женн  fia выходе фазового детектора 7 соот- ветствуюч е, 1ичине прирашеиной н (|)ак- 1ическ()И п.чошади контакта (ФПК) инстр - мент-дета.чь. износа режущего инструмента и твердости об)абат1)П1аемо1 о материала.

,;ч1:1Мй, ч ердости ()брабат1)П5;1емыX мате- uia.ioB оценивают по и.тененнк нача.чьной : 1мичп11ы .зычо.чного напр жени  на выходе детеьюра 7 (изменение огноси гс.чьно н.и) цр; условии цосто .иств; нача.чьньгх режимов обработки (ве.чичины , подачи li скоросги резани ). В ч аком с.чу- Mat , чем оо.чьше ФПК, тем бо,1ыпе от- эьч- ): И) (ПО.Ч уг,чом а.;) .чы развуко- вых . пнди) К))цего сигпа.ча. тем мень- шмичина по.чезногч) си1 на.ча tia выходе .1е ;екг()Г а 7

Л 1Я иcк,чl(Jчeни  в.чи ни  дискретности контакта инст)умент-дета.ть и мен ющихс  .шнамических характеристик сист емь (ЛШД непосредст11(. нно в ходе об 1абот ки. выход- Н.ОЙ си|-нал фазового детектора дополнительно усредн ют (иитегрируют) во в)емени б.юком 9 дл  оценки относите.чьного из- .менении ФПК и твердости обрабатьшае- мых материалов. Начальное значенне ве.ти- чины контролируемых параметров д.ч  разных .материа.чов задают с цомошью задат- чика 11. Затем сравнивают нх с номощью схемы К) сравнени  с теку1ним значением напр жени  на выходе б.чока 9 н в виде разностного сигна.ча регистрируют блоком ( регист|)атором ) 12 как выходной 1о,чез)ый сигна.т о с)еднем значении отбора энер- гин ц ф нкциона.чьно св ;занных с Heii ФПК, н твердостью )брабат.1вае.мог() мате- пиа.ча.

Наличие согласующего элемента 8, выполн ющею функции (миттерного повторител , позво. ; ет, с одной стороны, усредн ть во времени с помощью блока 9, мен ющего выходное напр жение детектора 7, с другой стороны, сохран ть информа- тивность в огибаюп1ей амплитудной модул ции полезного сигнала о комплексе информации динамических  влений, возникающих в зоне контакта инструмент-деталь, а следовательно, в зоне низани .

Дл  оценки динамических  влений, возникающих в зоне резани , определ ющих виброустойчивость станков, качество формообразовани  пове)хности обрабатываемых деталей, шероховатость, цилиндрическую нагруженность режущего клина и т. п., до- гтолнительно выдел ют огибающую амплитудной модул ции и подавл ют чаС1 оту зондирующего сигнала с помощью б.кжа 13, а гакже. исно. п.зу  амплитудно- частотн1 |й метод разделени  информации, (})0()мируюг раздельно указанные контроли- П емые на аме1ры с помощью идентичных II диагностических каналов, образованных б.токами 14 20.

Выделение частотных составл ющих, коррелированных с контролируемыми парамет- рами и фо мирование нолезных сигналов осуществл ют автоматически диагностическими каналами в процессе самообучени  устройства п)и контрольной обработке. При :jTo.i выделение наибо нч- информативных частотных сосг;и. 1 ю1цих после предвари- те;1ЬН(.)го усилени  блоками 14.1, 14.2 осу- ществ.л ют автомш  чески с помощью узко- полосных )1ииаемых фильтров 15.1, 15.2 схемами аьт)м; тической настройки (блоками) 20.1. 20.2 но максимальному значению продетекти)ованных вьгходных сигналов (| ильгрон 15.1, 15.2 блоками 16.1, 16.2 с пос.1едук)|цим ус|1еднением интеграторами 17.1, 17.2. Фиксацию допустимьгх .значений контролируемых параметров также осунгествл ют автомат ическими блоками 19.1 19.2 со ВС1 роенм1)1ми электромеханическими (аналог овыми) .ми па.м ти, управл емыми соответсгвенно схемами 20.1, 20.2 автоматической насгройки фи.тьтров.

С)авнени  текун1е1о значени  контролируемых ца)амегров с заданными блоками 19.1, 19.2 д(Л1 сгимы 1и значени ми осу- ществл ю с ndvioiiu.Ki 18.1. 18.2 сравнени  с последующей регистрацией полезньгх сигналов на выходе б.токов 17 и 18 .многовходовы.м )егистратором 12.

Исключение вли ни  вариаций режимов обработки на изменение (приращение) унер- гегических уровней спектра осуществл ют автоматически нчтсм изменени  коффициен- Tf)B передачи |цн дварительных усилителей 14.1, 14.2 каждого из диагностических кана- . IOB в функции и.(менени  сигнала, сфор- мированного блоком 21 )егистрации режимов обработки, включающим тахогенерат(.)р

0

5

5 0

5

0 5

5

0

22 регистрации частоты вращени  детали и реахорд 23 регистрации изменени  положени  верщины резца при изменении диаметра обрабатываемой детали по заданной

программе.

Claims (2)

1. Способ автоматического контрол  состо ни  и условий протекани  процесса резани , включающий регистрацию спектра виброакустичеекой эмиссии (ВАЗ), преобразование его в электрический сигнал и установление коррел ционной св зи между контролируемыми параметрами с видоизменением спектра электрического сигнала ВАЭ, отлинаюи ийс  тем, что, с целью повыщени  точности и расщирени  функциональных возможностей , дополнительно в ходе процесса резани  возбуждают зондирующий сигнал на рабочей части режущего инструмента в направлении подачи под углом 45° по отноп1ению к нор.мали к плоскости резани , в качестве которого используют колебани  высокочастотных ультразвуковых волн, одновременно со стороны инструмента регистрируют отраженные ультразвуковые волны под углом аа к плоскости резани , равным ai, преобразуют их в электрический сигнал, модулированный по амплитуде , определ ют потерю энергии отраженных ультразвуковых волн и фиксируют видоизменени  энергетических уровней спектра огибающей амплитудной модул ции в функции изменени  диссинативных свойств контакта инструмент деталь непосредственно в ходе процесса резани , дл  чего демодулируют электрический сигнал по посто нной составл ющей, по которой суд т о фактической площади контакта, о твердости контактируемых пар и их физико- .механических свойствах, а по глубине модул ции , закону из.менени  и спектральному составу огибающей амплитудной модул ции суд т о динамических  влени х, возникающих в зоне резани , и обраба- тьц аемости материалов.

2. Устройство дл  автоматического контрол  состо ни  и условий протекани  процесса резани , включающее диагностический канал, выполненный в виде соединенных последовательно предварительного усилител , узкополосного перестраиваемого фильтра, высоких частот, детектора, интегратора и схемы сравнени , второй вход которой св зан с задатчиком, св занным входом с выходо.м схемы автоматической настройки фильтров, второй выход которой соединен с узкополосным перестраиваемым фильтром высоких частот, а вход -- с выходом интегратора многовходовой регистратор , св занный с выходом схемы сравнени  диагностического канала, и блок регистрации режимов обработки, св занный с входом предварительного усилител  диагностического канала, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей, устройство снабжено по крайней мере еше одним диагностическим каналом, выполненным аналогично первому диагностическому каналу, высокочастотным ультразвуковым генератором , первым пьезоэлектрическим преобразо вателем, св занным с выходом высокочастотного ультразвукового генератора и предназначенным дл  возбуждени  зондируюше- го сигнала, вторым пьезоэлектрическим преобразователем , предназначенным дл  регистрации отраженной энергии ультразвуковых волн, и высокочастотным каналом формировани  диагностических признаков, включающим последовательно соединенные высокочастотный избирательный усилитель, настроенный на частоту возбуждени  ультразвукового генератора, фазовый детектор, опорный вход которого соединен с выходом ультразвукового генератора, согласующий элемент (эмиттерный повторитель), интегратор и схему сравнени  с подключенным , к второму входу задатчиком допустимой величины контролируемого параметра , св занную выходом с входом много- входового регистратора, при этом выход блока регистрации режимов обработки соединен с управл ющими входами предварительных усилителей каждого диагностического канала.