SU1725100A1 - Способ измерени износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов резанием, преимущественно к способам измерени  износа режущего инструмента, и может найти применение дл  измерени  износа режущего инструмента при автоматизации металлорежущего оборудовани . Целью изобретени   вл етс  повышение производительности. В процессе обработки заготовки после начала врезани  инструменту сообщают в направлении главного движени  резани  механические высокочастотные или ультразвуковые колебани . Амплитуду колебаний инструмента определ ют из услови  a S 12,5 у0кр.Т-103 мк, где Уокр. - окружна  скорость обработанной поверхности; Т-период колебаний. В процессе измерений регистрируют врем  t контакта режущей кромки инструмента и обработанной поверхности, измер ют линейную скорость v вибрационного движени  инструмента за врем  т , с учетом которых определ ют ширину hi износа контактной площади по задней поверхности инструмента после обработки i-й заготовки. 2 ил. 1 табл. со С

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов резанием, преимущественно к способам измерени  износа режущего инструмента, и может найти применение дл  измерени  износа режущего инструмента при автоматизации металлорежущего оборудовани .

Известен способ оценки износа инструмента , согласно которому осуществл ют резание , затем останавливают подачу режущего инструмента, останавливают относительное вращение заготовки через 1 - 3 оборота после остановки подачи, возбуждают механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  в одном из звеньев кинематический цепи инструмент- деталь; регистрируют механические колебани , прошедшие через каждую контактную

поверхность инструмент - деталь, и по величине колебаний определ ют степень износа .

Данный способ не позвол ет определить количественную величину износа, выражаемую именованным числом, а также не позвол ет выполнить измерени  в процессе резани : требуетс  останов подачи и относительного вращени  заготовки, что снижает точность результата и производительность труда.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ измерени  износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей, согласно которому осуществл ют резание, затем останавливают подачу режущего инструмента , останавливают относительное JIO

joj О

|0

щение заготовки, возбуждают механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  в одном из звеньев кинематической пары инструмент - деталь в направлении главного движени  резани  и измер ют значение т времени контакта поверхностей в каждом цикле колебаний, с учетом которых оценивают износ инструмента.

Недостатком способа  вл етс  невозможность выполнени  измерений в процессе резани : требуетс  останов подачи и относительного вращени  заготовки, что снижает производительность труда.

Цель изобретени  - повышение производительности труда за счет совмещени  процессов резани  и контрол .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе определени  износа режущего инструмента при обработке цилиндрических заготовок, заключающемс  в том, что осуществл ют периодическую обработку резанием, в моменты остановок со- общают одному из звеньев пары инструмент- заготовка механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  в направлении главного движени  резани , и регистрируют врем  т контакта поверхностей инструмента и заготовки в течение каждого цикла колебаний, с учетом которых оценивают износ режущего инструмента, сообщение инструменту указанных колебаний осуществл ют в процессе резани  заготовки после начала врезани  инструмента, определ ют амплитуду а колебаний из услови  а 12,5 Voicp-T-10 мк, где VOKP- окружна  скорость обработанной поверхности; Т - период колебаний, измер ют линейную скорость v вибрационного движени  инструмента за врем  г и определ ют ширину hi износа контактной площадки по задней поверхности инструмента после обработки i-й заготовки по формуле

Лл

и V,. / Ъ

где а - главный задний угол инструмента;

п - число оборотов заготовки;

Г| - врем  контакта поверхностей инструмента и заготовки при обработке первой заготовки.

Сообщение инструменту механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в процессе резани  заготовки после начала врезани  инструмента позвол ет уменьшить стоимость изготовлени  детали и сокращает врем  цикла за счет совмещени  процессов измерени  и резани , в результате чего повышают производительность труда.

Определение амплитуды а колебаний из услови  а 12,5 у0кр:Т -103 мк позвол ет 5 системе прийти в исходное положение за врем  между двум  импульсами и исключить накапливание в системе запаса энергии вследствие действи  предыдущих импульсов, т.е. исключают возможность

0 раскачивани  системы, чем повышают устойчивость процесса.

На фиг.1 приведен эскиз, по сн ющий процесс осуществлени  предлагаемого способа; на фиг.2 - блок-схема устройства дл 

5 реализации способа.

Устройство, соединенное последовательно , содержит вибратор 1, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 2, пьезоэлектрический датчик 3

0 вибрации, измеритель 4 шума и вибрации, предназначенный дл  измерени  абсолютного значени  линейной скорости вершины режущего инструмента в направлении главного движени  резани ,измеритель 5 вре5 менных интервалов, предназначенный дл  измерени  текущего значени  времени резани  на дискретной длине обрабатываемой поверхности в каждом цикле колебаний инструмента, блок 6 коммутации, аналого0 цифровой преобразователь 7 и блок 8управлени  (микроЭВМ), подключенный к системе 9 ЧПУ,

Второй вход блока 6 коммутации соединен с вторым выходом измерител  4, второй

5 вход которого соединен с вторым входом измерител  5, выходом системы 9 ЧПУ и входом датчика 3. С блоком 8 управлени  соединены коммутатор 6, вибратор 1 и вход системы 9 ЧПУ .

0 Способ осуществл ют следующим образом .

Осуществл ют обработку заданного диаметра . После начала врезани  сообщают инструменту механические высокочастот5 ные или ультразвуковые колебани  заданных периода Т и амплитуды а в направлении главного движени  резани .

Согласно фиг.1 ширину изношенной контактной площадки по задней поверхности мож0 но вычислить по формуле

hg U-tg a , (1)

где ha ширина изношенной контактной 5 площадки по задней поверхности, мм; а - главный задний угол, град; U - величина износа по направлению нормали к обрабатываемой поверхности, мм.

Величина износа по направлению нормали может быть представлена в виде разности между величиной текущего радиуса обработки RJ и начального (заданного) радиуса RO в виде5

U RI - Ro. Известно,что

(2)

,-з

VoKp. 2ГОп.Ю ,

(3)

где VOKP - окружна  линейна  скорость обработанной поверхности, м/мин;

D - диаметр обработки, мм;15

п - число оборотов заготовки, об/мин.

Тогда из выражени  (3) текущий радиус обработки записывают в виде

4 -1°3 (4)

С учетом (2) и (4) выражение (1) з аписы- вают в виде

e VlVprVpsViQ M.

Колебани  инструмента начинаютс  в некоторой точке О (фиг.1). При движении инструмента в направлении (+OZ) со скоростью v аа) cos йл на участке ЕА образуетс  в процессе резани  стружка и в течение времени т звень  образуют элемент пары (контакт) инструмент-деталь, при этом каж- да  из множества точек участка ЕА проходит путь, равный длине резани  в одном цикле колебаний

I (v + VOKp ист) Т

(6)

При дальнейшем движении в направлении (-OZ) происходит разрыв элемента пары , что  вл етс  основой дискретности измерений. На рассто нии от точки А до точки Е стружка в течение времени (Т - т ) не контактирует с передней поверхностью инструмента и точка А пройдет путь

l Уокрист(Т- Т),

(7)

при этом точка В переместитс  в первоначальное положение точки Е, а точка D соответственно в положение точки А.

Исход  из услови  равенства углов по- ворота заготовки в каждом цикле колебаний инструмента, приравнивают правые части выражений (6) и (7), решают полученное

5

10

15

20

25

30 35

40

45

50

55

уравнение относительно У0кр ист и записывают эту величину в виде

V окр. ист -у 2 U(8)

где VOKP ист - истинное текущее значение окружной скорости обработанной поверхности в зоне измерени , м/мин;

г-текущее значение времени резани  в каждом цикле колебаний входного звена, с;

Т - заданный период механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в направлении,главного движени  резани , с;

v - текущее значение линейной скорости вибрационного движени  инструмента за врем  т, м/мин.

Подставл ют выражение (8) в (5) и окончательно записывают формулу дл  определени  ширины изношенной площадки по задней поверхности в виде

h JL L fr Ј, -}

-a MM (9)

Согласно фиг.1 с увеличением ширины износа площадки по задней поверхности увеличиваетс  величина износа по направлению нормали к обрабатываемой поверхности . Из этого следует, что увеличиваютс  текущий радиус обработки, окружна  линейна  скорость, врем  резани  в одном цикле колебаний инструмента. К этому выводу можно прийти и из анализа приведенных математических выражений.

В соответствии с блок-схемой (фиг.2) по команде на проведение измерений система 9 ЧПУ запускает программу обработки заданного диаметра на станке. После начала врезани  блок 8 управлени  запускает программу измерений. Блок 8управлени  включает вибратор 1, который возбуждает механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  инструмента в направлении главного движени  резани .

Величину периода Т механических или ультразвуковых колебаний инструмента выбирают в диапазоне 18 - 30 кГц согласно паспорту вибратора.

Предельное значение амплитуды колебаний инструмента определ ют путем расчета , дл  чего записывают: среднюю величину линейной скорости v вибрационного движени  инструмента в направлении главного движени  резани  за врем  т в виде

VM среди 0,24 у М/МИН

(Ю)

расчетную величину линейной скорости обработанной поверхности в виде

 

Уокр расч ТГОрасч П -10 М/МИН, (11)

предельное отношение, при котором обеспечиваетс  устойчивое резание в заданных режимах, в виде

VOKP расч/Уи средн. 1/3,

(12) 10

где уи среди - средн   линейна  скорость вибрационного движени  инструмента в направлении главного движени  резани  за врем  г,м/мин;

VOKP расч - расчетна  величина линейной скорости обработанной поверхности, м/мин;

а - расчетна  величина предельного порогового значени  амплитуды колебаний инструмента в направлении главного движени  резани , мк;

Т - заданна  величина периода вынужденных высокочастотных или ультразвуковых колебаний инструмента в направлении главного движени  резани , с;

Орасч - диаметр обработанной поверхности согласно чертежу (эскизу технологической карты), мм;

п - заданное число оборотов заготовки, об/мин.

Подставл ют в (12) правые части выражений (10) и (11) и путем несложных вычислений записывают предельное, большее некоторого порогового значени  выраже- ние дл  амплитуды в виде

а 5:12.5 тгОрасч: п -Т мк,

или а 12,5 Уокр рзсч-Т-103 мк. (13)

Верхнее ограничение величины амплитуды определ етс  целесообразностью ра- бочего хода инструмента, т.е. точка А (фиг.1) не должна выходить за пределы диаметра заготовки. Выход за этот предел увеличивает холостой ход инструмента.

На инструмент устанавливают датчик 3 виб- рации, представл ющий собой акселерометр.

Механические колебани  посредством датчика 3 преобразуют в электрический сигнал , который затем подают на вход измерител  4 шума и вибрации, где сигнал усиливают, фильтруют, выдел ют посто нную составл ющую сигнала с помощью де- тектировани  и на выходе получают значение линейной скорости v вибрационного движени  инструмента за врем  т, одновременно выделенную посто нную составл ющую сигнала от измерител  4 шума и вибрации подают на вход измерител  5 временных интервалов, где измер ют временной интервал периодических сигналов в форме времени резани  (времени контакта) т в каждом цикле колебаний. Блок б коммутации , управл емый от микроЭВМ, подключает аналого-цифровой преобразователь 7 к измерителю 4 шума и вибрации и измерителю 5 временных интервалов. Аналого-цифровой преобразователь 7 преобразует аналоговые сигналы измерител  5 временных интервалов и измерител  4 шума и вибрации в цифровые коды микроэвм. Запоминают цифровые коды дл  первой детали и повтор ют измерени  дл  i-й детали. МикроЭВМ обрабатывает сигналы по алгоритму (9) и, в зависимости от результата расчета, выдает соответствующую команду в систему 9 ЧПУ на замену инструмента или продолжение обработки в случае его работоспособности .

Пример. Обтачивают в центрах вал начисто. Диаметр вала О 200 мм; длина L 2000 мм;

Режим резани  (обычное резание): окружна  линейна  скорость обработанной поверхности (расчетна ) VOKP расч 150 м/мин; глубина резани  t 1,5 мм; подача S 0,3 мм/об; резец проходной, Т15К6, задний угол # 12°; обрабатываемый материал - ст.45.

Параметры вибрационного движени  инструмента: задаваемый по паспорту вибратора период вынужденных высокочастотных или ультразвуковых колебаний режущего инструмента в направлении главного движени  Т 50 с (частота f 20000 Гц), расчетное значение амплитуды вынужденных колебаний инструмента а 100 мк(а 12,55tD.n.,5v0KP.T103 12,5 150-103-50-10 6 93,75 мк).

Обработку ведут методом классического (обычного) резани . Измер ют в соответствии с техническим решением за вленного объекта текущие значени  параметров дл  первой, 1-й детали и вычисл ют износ.

Результаты расчета сведены в таблицу.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  износа режущего инструмента при обработке цилиндрических деталей, заключающийс  в том, что осуществл ют периодическую обработку резанием , в моменты остановок сообщают одному из звеньев пары инструмент- заготовка механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  в направлении главного движени  резани  и регистрируют врем  контакта поверхностей инструмента и заготовки в течение каждого цикла колебаний, с учетом которых оценивают износ режущего инструмента, отличающийс  тем, что,

   с целью повышени  производительности, сообщение инструменту указанных колебаний осуществл ют в процессе резани  заготовки после начала врезани  инструмента, определ ют амплитуду а колебаний из уело- 5 ви  а 12,5Уокр-.Т-10 мк, где У0кр - окружна  скорость обработанной поверхности; Т - период колебаний, измер ют линейную скорость v вибрационного движени  инст- та;

   румента за врем  г и определ ют ширину 10 п - число оборотов заготовки; hi износа контактной площадки по заднейъ - врем  контакта поверхностей инстповерхности инструмента после обработки румента и заготовки при обработке первой 1-й заготовки по формулезаготовки.

   v / ; v, з

   тгпМт гт а;)(0

   где а- главный задний угол инструмен v / ; v, з

   тгпМт гт а;)(0

   где а- главный задний угол инструмен