SU1750925A1 - Способ управлени обработкой резанием - Google Patents

Abstract

Использование: оптимизаци  процесса рнезани  по качеству обрабатываемой поверхности . Сущность: определ ют интегральные оценки автокоррел ционной функции виброакустического сигнала зоны резани  в каждом из пробных проходов. При проведении пробных проходов варьируетс  один параметр технологического режима резани  - скорость резани  и вылет резца - при остальных заданных. По минимуму значени  интегральных оценок опред- л ют оптимальный режим прецизионной обработки. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов резанием, в частности определению оптимальных режимов резани  при тонком чистовом (прецизионном)точении на станах с ЧПУ, и может быть использовано в машиностроении и приборостроении.

Известен способ автоматического определени  оптимальных режимов резани , основанный на измерении тока от ЭДС трени  и резани  в замкнутой упругой системе станка, в котором, с целью расширени  функциональных возможностей за счет проведени  экспресс-оценки в процессе резани  с учетом индивидуальных особенностей и состо ни  технологической системы (ТС) в ос- нову формировани  диагностических признаков и полезного сигнала положена

классическа  особенность поэтапного формировани  фрикционного контакта инструмент - деталь на стадии врезани  инстурмента в деталь с момента его касани  до разрушени  фрикционных св зей с образованием стружки при врезании в деталь .

Недостатки известного способа - сложностью формировани  информационного сигнала и аппаратурной реализации дл  определени  оптимального режима резани .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ оптимизации процесса резани , согласно которому производ т измерение общего уровн  виброакустического сигнала зоны резани  при возрастающей во времени подаче, а по минимуму

сл

г-А

значени  общего уровн  виброакустического сигнала определ ют оптимальную подачу. Таким образом минимуму виброакустического сигнала при заданных скорости и глубине резани  соответствует минимум шероховатости и максимальна  точность обработанной поверхности, а также максимальна  стойкость резца.

Однако данный способ не учитывает индивидуальных особенностей динамическо- го состо ни  ТС и физико-механических свойств материалов инструмента и детали, так как виброакустический сигнал, генерируемый в зоне резани , представл ет собой широкополосный стохастический (случай- ный) процесс, спектр которого измен етс  в зависимости от режимов резани  и динамического состо ни  технологической системы станка. Вследствие этого, в частности, при прецизионном точении нет однознэч- ной зависимости между общим уровнем виброакустического (ВА) сигнала и шероховатостью поверхности В этом случае без учета вли ни  перераспределени  спектральных составл ющих в область высоких частот на изменение общего уровн  виброакустического сигнала нельз  определить оптимальный режим резани , который дал бы высокие точность, качество обрабатываемой поверхности и стойкость режущего ин- стру мента.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и качества обрабатываемой поверхности путем оптимизации режимов резани  при прецизионной обработке за счет экспресс-оценки, учитывающей индивидуальные особенности динамического состо ни  технологической системы станка и физико-механические свойства материалов инструмета и детали.

На фиг.1 представлены некоторые типичные зависимости автокоррел ционной функции дл  процессов различного вида; на фиг.2 - блок-схема системы контрол  динамических характеристик резани  дл  реали- зации способа оптимизации процесса резани 1; на фиг.З - зависимости качества обрабатываемой поверхности (шероховатость Ra) от скорости резани  и вылета резца , а также соответствующие интегральные оценки автокоррел ционной функции (АКФ) виброакустического сигнала.

Сущность способа заключаетс  в том, что каждому технологическому режиму обработки соответствует определенны ха- рактер колебательных процессов в зоне резани , который определ етс  динамикой взаимодействи  резца с.деталью При этом, счита  процесс резани  при неизменном технологическом режиме в течение некоторого времени на одном проходе стационарным , на этом интервале времени определ ют автокоррел ционную функцию R(r). где т- временной сдвиг.

Дл  по снени  сущности данного способа рассмотрим и исходный регистрируемый ВА процесс в виде суммы детерминированной a(t) и случайной s(t) составл ющих

x(t) a(t) + s(t)(1)

Тогда автокоррел ционную функцию процесса можно записать в виде

RXX(T) :Ј (t)+s(t)Ia(t+ r) + s(t+ r)d (2)

1 о

Путем преобразований, учитыва  независимость процессов a(t) и s(t), получаем

Rxx(t)Raa( r) + Rss(r)(3)

Если

a(t) A (o)),(4)

то

Raa(r ) ---COS О) Г,

(5)

оо

Z Ак sin (WK t +0k ), где к 1

.2

-j-COSOkT.

(6) (7)

Таким образом, при наличии гармонических колебаний в исходном спектре ВА колебаний ТС станка коррел ционна  функци  содержит гармоническую составл ющую и характеризует спектральные свойства ВА сигнала.

Количественна  оценка динамического состо ни  производитс  по свертке коррел ционной функции, основанной на интегральных методах (3)

I- (r) + ai R2xx(r) + 02 R2xx(r)dT,

о

(8) Где en , cti- весовые коэффициенты;

О, t - отрезок времени, на котором производитс  интегрирование;

Rxx( г), R хх( т), Rxx( т) - автокоррел ционна  функци  и ее перва  и втора  производные соответственно.

Предположим зарегистрированы два процесса

ai(t) Aisln( col ),

32(t) A2Sln( (O t -f (pi ),

причем A2 Ai,

A

2

A

COS (О Т ,

cos otr,

следовательно и интегральные оценки предлагаемого вида за равные промежутки времени будут различатьс , а именно: во втором случае будут больше, так как А2 А1, т.е. указанные оценки нар ду с частотными свойствами характеризуют амплитуду (уровень ) ВА сигнала ,

На фиг.1 представлены некоторые, типичные графики R( r } дл  разного вида колебательных ВА процессов (4). Случай, изображенный на фиг.1 а, соответствует од- ночастотному гармоническому процессу, при котором технологическа  система находитс  в автоколебательном режиме (процесс резани  неустойчивый), что  вл етс  всегда нежелательным  влением, так как качество обработанной поверхности при этом наихудшее и имеет место повышенной износ и выкрашивание режущей части инструмента вследствие высокого уровн  его колебательной скорости и перемещени  относительно заготовки.

Автокоррелограмма на фиг 16 соответствует виброакустическим колебани м в виде суммы гармонического процесса и широкополосного случайного шума, при котором процесс резани  также  вл етс  неустойчивым , но относительна  дол  автоколебательного виброперемещени  в общем сигнале ниже, чем в предыдущем случае. На фиг.1 в изображен график R(r) процесса с узкополосным низкочастотным случайным шумом, который характеризуетс  большим диапазоном изменени  низкочастотных амплитуд виброперемещений во времени, также отрицательно сказывающемс  на точности обрабатываемой детали и стойкости режущего инструмента.

Автокоррелограмма на фиг.1 г соответствует случаю узкополосного высокочастотного случайного шума, характеризуемого относительно меньшим диапазоном изменени  амплитуд виброперемещений, так как колебани  происход т в более высокочастотной области , вследствие чего данный процесс резани  формирует более тонкую структуру микронеровностей обрабатываемой поверхности и режущий инструмент находитс  с точки зрени  стойкости в более благопри тных услови х, что  вл етс  предпочтительным. В св зи с указанным идеальным процессом резани  исход  из услови  формировани  максимально тон (12)

кой микроструктуры получаемой поверхности и стойкости режущего инструмента следует считать процесс, при котором виброакустические колебани  в зоне резани  5 представл ют собой максимально широкополосный в область высоких частот случайный шум, автокоррел ционна  функци  R( r которого имеет вид. изображенный на фиг.1 д.

10 Из свойства автокоррел ционной функции (4) следует, что ее значение R(o) при временном сдвиге г О, численно равно дисперсии стационарного процесса, поэтому измер   R( г) при г- 0 получаем харзк15 теристику размаха виброакустических колебаний, который соответствует амплитудным свойствам формируемой поверхности .

Таким образом, наиболее тонкую

20 структуру поверхности, характеризуемую ее шаговыми свойствами, можно получить, реализу  процесс с автокоррел ционной функцией риброакустических колебаний зоны резани , представленной на фиг.1 д, а ми25 нимум амплитудных свойств формируемой поверхности соответствует минимальному значению R( т) при г 0. Эти два услови  соответствуют также максимальной стойкости режущего инструмента.

30 Предпочтительный вид процесса определ ют варьированием технологических ре- жи нов: скорости резани  и вылета резца во врем  проведени  кратковременных стандартных испытаний - пробных проходов.

35 При этом в режиме прецизионного точени  подача, определ ема  микрорельефом обработанной поверхности, и глубина резани , завис ща  от величины дефектного сло  от предыдущей обработки,  вл ютс 

40 заданными величинами.

Из этого следует, что оценку процесса резани  по автокоррел ционной функции виброакустических колебаний, характеризующей динамическое состо ние ТС станка,

45 можно получить подсчитав площадь, отсекаемую графиком функции (фиг.1) от оси времени за одинаковый промежуток времени , т.е.е использу  интегральную оценку вида:

50т

fi(s)- /IR()t dr(13)

или

о Т

l2(s)- /R(T)dr о

(14)

где h(s), te(s) - интегральные оценки автокоррел ционной функции;

О, Т - интервал времени вычислени  R( г), при этом автокоррел ционна  функци  вычисл етс  в абсолютных значени х виброперемещени  (s).

Минимуму (13) и (14) соответствует наилучшее качество получаемой поверхности и максимальна  стойкость режущего инструмента .

Таким образом, приведенна  формула (8), представл юща  интегральную оценку автокоррел ционной функции регистрируемого виброакустического сигнала на некотором интервале времени, позвол ет получить численную характеристику динамических свойств ТС станка.

Устройство дл  реализации предлагаемого способа содержит (фиг.2) пьезоэлек- трический акселерометр 1, который устанавливают как можно ближе к зоне резани , например на резцовом блоке. В качестве акселерометра 1 использован датчик ДН-3, вход щий в комплект измерител  шума и вибраций (ВШВ-003)2 , выход которого соединен с входом двойного интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен с входом измерител  коррел ционных характеристик - корреллометра - 4 (Х6-4), предназначенного дл  формировани  последовательно-параллельного восьмиразр дного кода, содержащего информацию о дискретных значени х автокоррел ционной функции процесса. Корреллометр4через устройство св зи с ЭВМ 5 соединен с микроЭВМ 6 (Электроника-60) системы ЧПУ станка, котора  применена дл  нормировани  исходного массива данных по значению автокоррел ционной функции при нулевом сдвиге и подсчета интегральных оценок, полученных в результате каждого прохода, и дл  определени  оптимального режима резани , соответствующего наилучшему качеству обрабатываемой поверхности .

Пример. Производ т прецизионное точение заготовки из алюминиевого сплава АК4Т твердосплавным резцом ВК8, п: 9°, у 40°; р 48°; р 42°; подача Зоб 3 мкм/об, глубина резани  t 30 мкм, скорость резани  V дискретно измен етс  от 156 м/мин до 389 м/мин (скорость вращени  шпиндел  от 800 до 2000 об/мин). В процессе обработки измер ют уровень виброакустического сигнала.в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц и обрабатывают согласно схеме, представленной на фиг.З. С по- мощьк крррелломётра Х6-4 -определ ют АКФ дл  каждого значени  V. Далее мик- роЭВМ в реальном масштабе времени рассчитывает и строит кривую интегральных оценок l(s) массива АКФ (фиг.З), по.минимуму которой определ ет оптимальные скорость резани  и вылет резца. Дл  данных пар материалов и режимов АК4Т и ВК8; Зоб 3 мкм/об и t 30 мкм, дл  вылета резца

мм оптимальной  вл етс  (рис.3 a); V0 243 м/мин (по 1250 об/мин), при которой шероховатость Ra 0,15 мкм.

На фиг.36 показаны зависимости шероховатости поверхности Ra. общего уровн 

вибраций а и интегральной оценки I(S) от вылета резца дл  тех же материалов детали и инструмента, S06 и t, что и в первом случае. Оптимальным значением вылета резца  вл етс  10 « 20 мм при п 1600 об/мин.

Общий уровень виброускорени  (а) возрастает , в то врем  как зависимость Ra имеет минимум.

В обоих случа х точность поверхности наилучша  (2-3 мкм), стойкость резца в 2

раза выше, чем при обработке с другими скорост ми резани  и вылетами резца.

Данный способ по сравнению с прототипом позвол ет учитывать перераспределение составл ющих спектра

виброакустического сигнала; за счет высокой достоверности получаемой информации оптимизировать режимы резани  по скорости резани  и вылету резца при других заданных параметрах, т.е. во всем

пространстве технологических параметров режимов резани , что обусловливает его применение дл  оптимизации прецизионного точени  по параметрам качества обработки: количественно учитывать

динамическое состо ние технологической системы станка (станок-приспособление- инструмент-деталь) по значению интегральной оценки АКФ виброакустического сигнала, что обеспечивает экспресс-оценку

динамического состо ни  станка, которую можно производить после его изготовлени , ремонта или в процессе эксплуатации, например перед началом прецизионного точени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ управлени  обработкой резанием , включающий измерение виброакустического сигнала зоны резани  и назначение

   соответствующего режима, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности и качества поверхности обрабатываемых деталей , режимы обработки назначают по ми- нимальному значению интегральной

   оценки автокоррел ционной функции виброакустического сигнала зоны резани , полученному при проведении пробных проходов с варьированием одного из параметров технологического режима резани .

   j. r

   Т Времз

   1 W

   tez/

   Фиг. 2.

   SCO ЮОО WO П0 UOO 1600

   СкОрЈ Сгг Ь (,eHcjQ Ui/we)

   ,

   ФигЗ