К.т.н. Лапковський С.В.

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”, Україна

МЕТОДИ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ РІЗАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ В УМОВАХ ГНУЧКОГО ВИРОБНИЦТВА

Тривалі спостереження всесвітньовідомої Компанії Sandvik Coromant за роботою традиційних токарних верстатів з ЧПК показують, що більша частина відмов (приблизно від 97% загальної кількості) усуваються безпосередньо оператором і лише до 3% відмов вимагають ремонту [1]. Порівняно невелика (0,2…3,0%) кількість відмов, що пов'язані із зупинкою керуючої програми, при яких верстат припиняє роботу. Найбільш часті виникають відмови, що викликані скупченням стружки в зоні різання (18...70%), та різні відмови різального інструменту (7...63%) [1].

Відновлення працездатності різального інструменту не вимагає великих витрат часу (зазвичай не більше 3,2% загального фонду часу) [1], проте постійна присутність оператора в цьому випадку обов'язкова. Несвоєчасне виявлення відмов інструменту може мати дуже різні наслідки ¾ від появи браку до аварії верстата, тощо. У зв'язку з цим при створенні гнучкої виробничої системи необхідно передбачати надійний контроль поточного стану різального інструменту із заміною інструменту, який відмовив, резервним, а при необхідності і з заміною забракованої заготовки, що передбачається нормативно-технічною документацією (наприклад, ГОСТ 26962-86).

Автоматичний контроль стану і резервування різального інструменту дозволяють:

1) підвищити надійність процесу металообробки (визначити правильність його протікання, автоматично відновлювати працездатність верстата при відмовах інструменту);

2) покращити якість обробки і зменшити брак;

3) зменшити витрати інструменту;

4) оберегти механізми та вузли верстата від поломки та передчасної втрати точності;

5) підвищити режими обробки;

6) реалізувати принцип «безлюдної технології».

Проведений Компанією Sandvik Coromant аналіз можливих методів автоматичного контролю стану різального інструменту і тенденцій їх розвитку дозволяє виділити наступні об'єкти контролю:

1) різальний інструмент;

2) оброблювана деталь;

3) стружка;

4) технологічне середовище;

5) процес різання.

Відповідно до цього можна скласти узагальнену класифікацію основних методів контролю стану різального інструменту (рис. 1). Для кожного з об'єктів контролю на діаграмі вказані контрольовані параметри та частота їх використання. Така класифікація не регламентує принцип дії та будову вимірювальної апаратури проте в ній відображено місце кожного діагностичного сигналу в загальному наборі показників, характерних для процесу металообробки. Як видно з таблиці, найбільш часто (36,5%) здійснюється розмірний контроль інструменту та оброблюваної деталі, хоча він застосовується лише після закінчення різання і не дозволяє виявляти порушення працездатності в ході обробки. Контроль в процесі різання зазвичай ведеться за силою різання (15,6%). Широке застосування знайшов також контроль ресурсу інструменту (11,6%). Частота використання цих методів пояснюється відносною простотою їх реалізації.

Взаємодія складових частин системи керування верстата при автоматичному контролі стану різального інструменту здійснюється наступним чином. На вхід вимірювального перетворювача з датчиків, що контролюють параметри різального інструмента, оброблюваної деталі, стружки, технологічного середовища і процесу різання, надходить діагностичний сигнал, а на вхід пристрою ЧПК подається вихідний сигнал вимірювального перетворювача. У результаті обробки отриманої інформації пристрій ЧПК формує необхідні команди для управління відповідними механізмами і вузлами верстата і допоміжного обладнання.

Рис. 1. Класифікація методів контролю стану різального інструменту

Вбудування датчиків сил в типові вузли (підшипники, втулки та ін) дозволяє контролювати стан різального інструменту без суттєвої зміни конструкції верстата. Для вбудування датчиків можна використовувати шпиндельні підшипники, опори в механізмах подачі, опорні поверхні револьверної головки. Контроль сил в приводах подачі дозволяє виявляти відмови не тільки різального інструменту, але і системи керування, що призводять до непередбачуваних змін траєкторії руху супорта і зіткнень його з іншими вузлами верстата.

По організації обробки контрольованого сигналу найбільш простими є способи, що базуються на вимірюванні електричних характеристик зони контакту інструмента з заготовкою. Зокрема, контроль за електрорушійною силою (ЕРС) різання на токарних верстатах можна здійснити без спеціальної електричної ізоляції зони різання при з'єднанні (через струмознімач) струмопровідних інструменту і заготовки з вимірювальним перетворювачем, за умови забезпечення доброго стружкоподрібнення.

Експериментальні та теоретичні дослідження ЕРС різання показали, що інформацію ступеня зношування інструменту можна отримати при різанні по збільшенню ЕРС різання. На чистових прорізних і відрізних операціях контроль інструменту можливий по зміні швидкісної залежності ЕРС різання. Вихід із ладу інструменту при подальшому збереженні або порушенні контакту із заготовкою викликає відповідно збільшення (до 30%) та зменшення (до 0) ЕРС різання.

Література:

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