К.т.н. Лапковський С.В., Фазліахмедов Г.М.

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”, Україна

МЕТОДИ АКТИВНОГО КОНТРОЛЮ СТАНУ РІЗАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ В УМОВАХ ГНУЧКОГО ВИРОБНИЦТВА

На основі результатів досліджень роботи токарних верстатів з ЧПК, що багато років проводилися всесвітньовідомою Компанією Sandvik Coromant [1], можна зробити висновок, що для того, щоб комплексно оцінити характер протікання робочого процесу і виявити аварійні ситуації, доцільно використовувати одночасно кілька методів контролю стану різального інструменту.

Програмно найбільш просто здійснюється контроль по порівнянню поточного значення діагностичного сигналу з його допустимим значенням (зазвичай максимальним) [1]. Правда, при цьому не виявляються порушення працездатності, що призводять до зменшення діагностичного сигналу (наприклад, поломка інструмента з подальшим порушенням його контакту з заготовкою). Однак подібні випадки порівняно рідкісні. Так, статистичні дані про вихід з ладу шестигранних і ромбічних різальних пластин при обробці конструкційних сталей у виробничих умовах показують, що приблизно 80% випадків порушення працездатності інструменту обумовлено його зношуванням, 20% ¾ поломкою, причому в 13% випадків при поломці зберігається контакт з оброблюваної деталлю [1]. Таким чином, зазначеним методом можуть бути виявлені близько 93% порушень працездатності різального інструменту [1].

При організації автоматичного контролю стану різального інструменту до складових частин пристрою ЧПК пред'являються певні технічні вимоги. Аналіз процесу порушення працездатності різального інструменту, що підтверджений швидкісної кінозйомкою, показує, що залежно від співвідношення сил, які діють на різальну пластину, вона може залишатися в рівновазі або зрушуватися [1]. При цьому період переходу інструменту із працездатного стану в стан відмови при відколах або поломці може становити від тисячних (і навіть десятитисячних) часток секунди до декількох секунд. Отже, залежно від характеру порушення працездатності інструменту для виявлення відмови необхідно використовувати датчики різної інерційності з різною періодичністю опитування.

Існуючі методи активного контролю стану різального інструменту можна розділити на прямі і непрямі (рис. 1).

Рис. 1. Методи активного контролю стану різального інструменту

Прямі методи полягають у безпосередньому вимірюванні параметрів інструменту; при цьому контролюються:

1) ступінь зношування (по лунці, що утворюється на передній поверхні);

2) відстань від різальної кромки до центру лунки;

3) глибина лунки;

4) ширина стрічки зносу по задній поверхні;

5) зменшення об'єму або маси інструменту;

6) розмірний знос різальної кромки;

7) розкид розмірів деталей в партії, тощо.

Зазначені параметри можуть бути визначені оптико-телевізійними, лазерними, електромеханічними, ультразвуковими або пневматичними методами.

Недоліком прямих методів є те, що в умовах виробництва їх можна застосовувати тільки після припинення процесу різання (міжопераційний контроль), тому не виключається поява браку виробів між контрольними операціями. Крім того, такі методи не універсальні, оскільки номенклатура інструментів, що використовуються на верстаті з ЧПК (особливо на багатоцільових), досить широка, і жоден з цих методів не охоплює її повністю.

Непрямі методи активного контролю використовують в процесі різання, який супроводжується рядом фізичних явищ. До основних з них належать:

1) зміна термоелектричного стану зони контакту деталі з інструментом;

2) зміна складових сили різання;

3) зміна характеру віброакустичних сигналів, що генеруються інструментом по мірі його затуплення.

Контроль зносу інструменту по зміні стану зони контакту може бути заснований, наприклад, на вимірюванні опору термоЕРС і температури в зоні різання. Однак на практиці це ускладнено через наявність мастильно-охолоджуючих технологічних засобів (МОТЗ) та стружки.

Силовимірювальні методи контролю з використанням різних датчиків і динамометрів найбільш поширені. Однак для їх ефективної реалізації необхідно оснащувати кожен інструмент власним датчиком і відповідною апаратурою, що у виробничих умовах важко. Встановлення ж загального силовимірювального датчика або датчика моменту призводить до істотного зниження точності контролю.

Віброакустичні методи контролю засновані на вимірюванні амплітуди віброакустичних сигналів або відношення амплітуд таких сигналів у різних частотних діапазонах. Ці методи мають ряд переваг, що дозволяють рекомендувати їх для активного контролю зносу різального інструмента, тому що: практично відсутній вплив МОТЗ на віброакустичний сигнал; один вібродатчик може успішно обслуговувати всі інструменти на верстаті; вібродатчик може бути винесений із зони різання без зниження точності вимірювань.

Промислове використання віброакустичних методів можливе тільки при надійному відділенні корисного сигналу від значних перешкод, що зумовлені вібрацією системи «верстат-пристрій-інструмент-деталь» (ВПІД), неоднорідністю матеріалу заготовки, зміною (в межах ковзання) частоти обертання асинхронного двигуна, тощо. Це завдання можна вирішити завдяки використанню явища акустичної емісії в високочастотному діапазоні, де менше впливають низькочастотні складові вібрації системи ВПІД.

Однак у виробничих умовах апаратура, що заснована на використанні цього методу, має недостатню перешкодозахищеність. Більш об'єктивні результати дає детектування амплітудних значень віброакустичного сигналу в двох або декількох частотних діапазонах і порівняння їх відносин. Цей метод дозволяє частково усунути вплив випадкових і періодичних перешкод.

Автоматично відновити працездатність ГВС при відмовах різального інструменту можна за допомогою наступних правил заміни:

1) правило заміни різального інструменту у часі з урахуванням ресурсу інструменту;

2) правило заміни різального інструменту по відмові;

3) комплексне правило заміни, що являє собою поєднання попередніх правил, при цьому заміна інструменту після заданого напрацювання дозволяє скоротити число випадкових відмов, а автоматичний контроль стану виключає використання інструменту, що відмовив.

Література:

1. http://www.sandvik.coromant.com/ru-ru/Pages/default.aspx