Файл: Адаптивное управление металлорежущими станками..pdf

срезанная поверхность детали является отражающей. С ростом из­ носа инструмента расстояние AS между соплом и отражающей по­ верхностью сокращается, и вследствие этого возрастает давление в пневматической измерительной системе. Это изменение давления может быть увязано с ростом износа инструментов по задней грани.

При использовании средств активного контроля для измерения износа резцов возникают дополнительные трудности, связанные с размещением датчиков вблизи зоны резания и необходимостью их защиты от стружки, сложностью настройки при смене инструмен­ та и т. д. Кроме того, в условиях контурной обработки и регули­ рования подачи постоянно изменяются величина оборотной подачи и диаметр обрабатываемой детали. В этом случае для точного оп­ ределения величины износа необходим постоянный расчет попра­ вок показаний датчика для различных величин подачи, скорости вращения шпинделя и текущего дйаметра детали. Так, при диа­ метре обработки 80 мм и смещении щупа относительно главной режущей кромки на 5 мм изменение подачи на 0,5 мм/об искажа­ ет показания датчика на 0,01 мм; при том же взаимном располо­ жении резца и щупа и подаче 0,5 мм/об, уменьшение диаметра обработки с 80 до 20 мм вносит погрешность в показания, равную 0,03 мм.

Кроме того, используемые для измерения износа средства ак­ тивного контроля должны обладать высокой чувствительностью. Если принять, что при регулировании изменение режимов резания по скорости износа можно осуществлять по крайней мере через 1 сек, а в качестве предельного износа принять ширину фаски на задней грани, равную 0,6 мм, то при стойкости 1 час изменение фаски за 1 сек равно 0,17 мкм; даже при стойкости 10 мин прира­ щение ширины фаски за 1 сек составляет всего 1 мкм. Получен­ ные величины приращений фаски лежат на границе разрешающей способности современных датчиков.

Преимуществом данного способа является возможность опреде­ ления величины износа либо прямым измерением, либо измерением таких косвенных параметров, которые связаны с износом точными расчетными соотношениями.

Определение стойкостных характеристик инструмента по сило­ вым параметрам резания. Наибольшее распространение получили

косвенные методы измерения стойкостных параметров, основанные на установлении зависимости этих параметров от различных физи­ ческих величин, связанных с процессом износа и измеряемых в хо­ де резания.

Выбор измеряемых физических параметров зависит от физикохимической сущности процесса износа. Так, в работах [70, 84] раз­ личают два основных вида износа: механический и физико-хими­ ческий. К механическому износу отнесены абразивный, вызывае­ мый царапанием контактных поверхностей инструмента равномер­ но распределенными в заготовке твердыми включениями, опреде­ ляющими истирающую способность обрабатываемого материала [75], и выкрашивание, .под которым понимается прогрессивное мик­ ровыкрашивание и выкрашивание, заметное глазу и при больших величинах соответствующее поломке. Этот вид износа характерен для случаев обработки с небольшими температурами или при сравнительно легких условиях резания.

К физико-химическому износу отнесены окислительный, диффу­ зионный и адгезионный. Это кинетический процесс, ■в основе ко­ торого лежит взаимодействие отдельных компонентов материала инструмента с материалом изделия или со средой и на протекание которого существенное влияние оказывает температура.

Общее уравнение износа по задней грани представлено в виде

где W — общий износ;

W ь— износ, обусловленный хрупким изломом; Wa— износ от механического истирания;

Wz — износ, определяемый кинетическим процессом; WI — износ от прочих факторов;

Oç — сопротивляемость материала инструмента хрупкому из­ лому;

аа — сопротивляемость материала инструмента механическо­ му истиранию;

п— число соударений;

г— время резания.

Для условий непрерывного резания членом Wь можно прене­ бречь. Если не учитывать также член Wi, то уравнение (62) при­ мет вид

где первый член характеризует абразивный износ, зависящий от пути резания, твердости, размеров и характера распределения аб­ разивных включений в материале обрабатываемого изделия, этот вид износа не зависит от температуры; второй член характеризует кинетический характер процесса, определяемый только температу-

рой. Несмотря на условность, подобное деление удобно при раз­ дельном рассмотрении усилий и температуры для оценки таких па­ раметров инструмента, как предельное затупление, стойкость и скорость износа. Возможность раздельного рассмотрения двух ви­ дов износа подтверждается в работе [73], где показано, что на ин­ тенсивность износа существенное влияние оказывает давление при трении, возникающее в процессе резания, причем интенсивность износа возрастает с увеличением давления равномерно до тех пор, пока температура в месте контакта не начнет оказывать решающе­ го влияния на процесс износа.

Рассмотрим область, в которой превалирующее влияние на ве­ личину износа оказывает контактное давление и в качестве кос­ венного параметра износа могут быть использованы составляющие силы резания. Известно много работ, в которых исследуется связь между фаской износа по задней грани и составляющими силы ре­ зания. С целью уменьшения числа контролируемых косвенных па­ раметров при определении величины износа резцов на токарных станках проведены исследования, в результате которых установле­ на зависимость между составляющими силы резания и степенью износа резца при обработке углеродистых и легированных сталей, латуни и алюминия [34]. На рис. 73—79 приведены результаты из­

либденом, латуни и алюминия с различными скоростями и пода­ чами резания, глубинами обработки.

При обработке стали с содержанием углерода 0,45% измеря­ лись все составляющие силы резания в диапазоне скоростей 100—200 м/мин, а радиальная составляющая в диапазонах подач 0,05—0,2 мм/об и глубин 0,5—1,5 мм. Измерения радиальной со­ ставляющей при обработке легированной стали, латуни и алюми­ ния проведены в условиях регулирования только скорости в том же диапазоне; для стали с содержанием углерода 0,15% скорость изменялась в диапазоне 200—300 м/мин. Таким образом, исследо­ ванная зона характеризуется высокими скоростями резания, сред­ ними подачами и сравнительно небольшими глубинами.

Эксперименты проведены для износа до 0,25 мм и только для стали с содержанием углерода 0,15%, латуни и алюминия до 0,4—0,6 мм.

Отмечается, что установленные закономерности верны для двух­ мерного и трехмерного резания. В условиях эксперимента исполь­ зованы резцы со следующими геометрическими параметрами: пе­ редний угол у = 0°, главный задний угол а = 0°, вспомогательный

радиус заострения вершины 0,5 мм. Вариации инструмента прове­ дены только с передним углом у в пределах ±5°.

Рис. 73. Зависимость составляющих силы резания от фаски износа инструмента по задней грани при различ­ ных скоростях резания (обрабатываемый материал — сталь с 0,45% С; инструментальный материал — Р20;

s=0,2 мм[об; t= 1 мм):

Ру,кгс

Рис. 75. Зависимость радиальной силы от фаски износа при различных скоростях резания (обрабатываемый ма­ териал — сталь с Ni — Cr — Mo; остальные условия — по рис. 73):

Ру,кгс

4/7 г—

Рис. 76. Зависимость радиальной силы от фаски износа

кгс

QJJ5 0,1 055 0,2 0,15 DJ

Ь^мм

Рис. 77. Зависимость радиальной си­ лы от фаски износа при различной подаче ( V= 150 м/мин; остальные

условия — по рис. 73) :

Рис. 78. Зависимость радиальной си­ лы от фаски износа при различных передних углах . ( Ѵ= 150 м/мин;

остальные условия — по рис. 73) :

Рис. 79. Зависимость радиальной си­ лы от фаски износа при различных глубинах резания ( V= 150 м/мин; ос­

тальные условия — по рис. 73) :

приблизительно одинакова и равна 40 кгс/мм. Для осевой состав­ ляющей Рх эта величина равна 31 кгс/мм. Этот параметр по ради­ альной составляющей для стали с содержанием углерода 0,15%

не чаще, чем один раз в секунду, то при стойкости, например 1 час, величина приращения силы резания за 1 сек для легированной стали равна 0,011 кгс. Так как номинал сил может достигать со­ тен килограммов, то требуемая чувствительность измерительных средств (0,01 % от номинала) превосходит возможности современ­ ных датчиков силы.

В процессе исследований отмечено изменение величины К при изменениях скорости резания и подачи. Эти изменения не носят закономерного характера и объясняются неизбежными искажения­ ми вследствие образований нароста по режущей кромке инстру­ мента при данных скоростях резания. Эти изменения, судя по гра­ фикам, не превосходят 15%.