Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

выбор этого критерия аргументируется тем, что он «более удобно измеряется и достаточно полно отражает режущую способность инструмента», несмотря на то, что при напряженных условиях обработки (высоких скоростях и больших подачах) почти для всех твердых сплавов основным является износ в виде лунки на передней грани.

Зависимость износа по задней грани от времени может быть, представлена кривой (рис. 67) с тремя четко выраженными участ­ ками [73, 77]. Первый участок соответствует периоду приработки, на протяжении которого под действием тангенциальных сил быст­ ро срываются наиболее выступающие элементы поверхности ин­ струмента. После некоторого сглаживания трущихся поверхно­ стей наступает период нормальной работы, при котором износ инструмента во времени (или по пути резания) равномерен, т. е.

Рис. 68. Экспериментальные зависимости фаски износа резцов (Т15К6) от времени при различных подачах [73]

скорость износа постоянна. Третий участок соответствует периоду повышенного износа, сопровождающегося ростом температуры и пр. Третий участок следует считать нерабочим; приведенные в нормативах и стандартах значения предельного износа по задней грани при обработке, в частности, жаропрочных сталей, соответст­ вуют началу третьего участка. Пример экспериментально получен­ ных [73] зависимостей фаски износа резцов по задней грани пред­ ставлен на рис. 68. Величины предельного затупления имеют зна­ чительный разброс, кроме того, они ниже установленных норм в условиях обработки, характеризующихся преимущественным изно­ сом инструмента по передней грани.

- Японские исследователи считают типичными графики износа инструмента по задней грани, приведенные на рис. 69. Графики по­ строены в логарифмических координатах и свидетельствуют о том, что функция является показательной, составленной из двух членов: первый соответствует двум участкам графика по рис. 67, второй — третьему, нерабочему участку. Этот вид зависимости хорошо сог­ ласуется с формулой [73] для резцов из твердого сплава Т15К.6:

где h3— износ резца по задней грани.

Зависимость верна только для первых двух участков графика (см. рис. 67). Показатель степени был установлен эксперименталь­ но. При облегченных условиях резания период приработки может быть исключен, так что зависимость износа по задней грани от времени становится линейной, т. е. скорость износа постоянна. В этом случае, если известно приращение величины износа Ah за время Ат, можно определить скорость износа

Ah

V = -----------

Дх

и, следовательно, период стойкости, соответствующий этой ско­ рости.

Один из путей определения величины износа—непосредствен­ ное измерение изменяющихся геометрических параметров инстру­ мента в процессе обработки, что возможно только тогда, когда в ходе обработки весь инструмент или его отдельные режущие эле­ менты периодически выходят из зоны резания. Возможность соз­ дания такой измерительной системы для контроля износа инстру­ мента при фрезеровании показана в работе [34], где приведено описание лабораторной установки, включающей электрооптическое измерительное устройство, снабженное видиконом, задерживаю-

щим триггером, стробирующей цепью, высокоскоростным счетчи­ ком импульсов и интегратором. Изображение освещенной ленточ­ ки по задней грани увеличивается микроскопом и передается на экран видикона. На выходе видикона формируются импульсы пря­ моугольной формы, длительность которых пропорциональна шири­ не фаски износа вдоль линии развертки. При неправильной форме фаски рекомендуется усреднять выходные данные нескольких ли­ ний развертки.

В ряде случаев геометрические параметры инструмента могут быть определены косвенно по смещению режущей грани резца от­ носительно обрабатываемой детали. Для измерения этих смещений могут быть применены измерительные средства, используемые в системах активного контроля. Недостатком такого измерения яв­ ляется снижение точности вследствие пересчета величины погреш­ ности обработки в величину износа, отклонений формы обработан­ ных и измеряемых участков деталей, вызванных упругими и теп­ ловыми деформациями системы СПИД, а также из-за значитель­ ных микронеровностей при черновой обработке. Эти отклонения со­ измеримы и могут даже превышать величину изменений геометри­ ческих параметров изнашиваемой части резцов. Несмотря на это, делаются попытки создания подобных устройств для адаптивных систем управления.

Измерительное устройство для адаптивной cncreMbf управления режимами резания на токарном станке описано в работе [34]. Дат­ чик (рис. 70), представляющий собой электромикрометричесікую головку типа дифференциального трансформатора, устанавливают на резцедержателе так, что его щуп находится в постоянном кон­ такте с поверхностью резания (рис. 71). При износе инструмента по задней грани поверхность резания смещается, вызывая соответ­ ствующее смещение' щупа. Тем самым осуществляется измерение размерного износа инструмента в осевом направлении (в отличие от радиального, определенного в работе [24]). Связь между фаской

износа по задней грани 1і3 и величинойразмерного износа hr опре­ деляется зависимостью

также равном 0, что и принято в данной работе; при у¥=0 зависи­ мость имеет более сложный характер [66]. В работе [73] отмечено, что величины 1г3, получаемые путем такого пересчета, значительно расходятся с действительными значениями фаски износа.

Кроме того, предложенному способу измерения износа присущи погрешности из-за теплового расширения резца, деформации его под действием силы резания, отклонения и вибрации обрабатывае­ мой заготовки, недостаточной жесткости станка, шероховатости поверхности резания, находящейся в контакте с щупом [34]. Для устранения помех от следов подачи, а также для уменьшения по­ грешности от теплового расширения инструмента предлагается ис­ пользовать резцы с главным углом в плане ф —90°. Считается, что вибрационные помехи высоких частот могут быть сглажены филь­ тром, а погрешности, вызываемые податливостью станка и детали, могут быть сведены к минимуму приближением щупа к резцу. Для компенсации ошибок от силовых и температурных деформаций рез­ ца, которые считаются превалирующими, предлагается [34] исполь­ зование дополнительных датчиков усилий (тензодатчиков) и тем­ пературы, показания которых при помощи потенциометров умно­ жаются на соответствующие коэффициенты и подаются в аналого­ вое суммирующее устройство (приведена блок-схема устройства компенсации). Для автоматического исключения погрешности от этих двух факторов рассматривается также использование допол­ нительного компенсационного датчика, который устанавливается на резцедержке, а щупом упирается в инструмент.

В адаптивной системе управления с этим измерительным ус­ тройством для исключения погрешности измерения от деформаций после начала обработки производится установка нулевого положе­ ния датчиков [74]. В этом случае при постоянно меняющихся усло­ виях резания и соответственном изменении усилий и вызываемых ими деформаций для получения объективной информации об абсо­ лютной величине износа необходимо наличие в системе памяти ве­ личины начального смещения, соответствующего, например, каж­ дому новому сочетанию режимов. В противном случае после каж­ дой смены режимов может быть получена информация об износе, отсчитываемом с нового момента времени.

Для исключения погрешностей измерения в момент врезания предусмотрен специальный электрический сигнал начала измере­ ний, используемый одновременно и для установления нулевой точ­ ки отсчета выходных данных. Однако из-за налипания стружки на резец и неровностей от износа резца отмечались шумы, которые не

могли быть устранены низкочастотными фильтрами. В связи с этим сигналы снимались с определенным интервалом, накапливались и

анализировались с помощью ЦВМ методом регрессии с определен­ ным доверительным пределом.

Для измерения износа может быть использована система актив­ ного контроля {68], в которой применена своеобразная мерительная скоба, образованная парой пневматических датчиков, один из ко­ торых расположен на каретке и измеряет положение плунжера, несущего резец, а второй установлен на стальной бесконечной лен­ те, перекинутой через ролики, и измеряет наружный диаметр об­ рабатываемой детали. Каретка соединена с лентой таким образом, что перемещения датчиков направлены в противоположные сторо­ ны, чем обеспечивается установка скобы на заданный диаметр, который измеряется специальным датчиком, соединенным с лентой и выдающим показания на цифровое табло. Эта часть системы предназначена для повышения точности обработки путем уменьше­ ния ошибок, вызванных нарушением настройки станка.

Система позволяет уменьшить погрешности, обусловленные из­ носом инструментов, при обработке партии, а также каждой кон­ кретной детали. С этой целью применяется третий пневматический датчик, установленный за резцом в направлении от детали и изме­ ряющий расстояние между кареткой и поверхностью детали, т. е. размерный износ инструмента. Сигнал с датчика поступает на усилитель и затем через золотник и плунжер изменяет положение резца для компенсации погрешности обработки, вызванной раз­ мерным износом инструмента.

Хотя основное назначение этого датчика — повышение точности обработки, он может быть использован и в. адаптивной системе управления режимами для измерения износа инструмента при том условии, что невысокая чистота поверхности при черновой обра­ ботке не внесет существенных искажений в его показания. В этом случае износ инструмента может быть оценен по ширине фаски износа на задней грани, полученной пересчетом величин размерно­ го износа. Поскольку продольное смещение датчика относительно инструмента ведет к значительным погрешностям измерения, ко­ торые не могут быть скомпенсированы даже введением специаль­ ного пересчета, такая система приемлема только при продольном точении цилиндрических валиков и не пригодна в случае контур­ ной обработки, например, конической поверхности. Наличие устрой­ ства подналадки инструмента для компенсации погрешностей де­ формаций частично освобождает от дополнительных компенсаци­ онных устройств, подобных описанным ранее.

В лаборатории технологии и станков Высшей технической шко­ лы в Дармштадте разрабатывается метод измерения износа по­ средством датчика, действующего по принципу пневматического соплазаслонки [65]. Сопло пневматической системы (рис. 72) рас­ положено в твердосплавной пластине резца таким образом, что