Диагностирование и прогнозирование режущего инструмента в процесс обработки на станках с ЧПУ

Введение

Износ инструмента представляет собой один из главных параметров, который несомненно оказывает влияние на качество и скорость обработки детали. Среди всех погрешностей и отказов, которые могут иметь место в процессе обработки, главным образом выделяется отказ инструмента и погрешности, вносимые его износом, следовательно, это приводит к повышенными нагрузками во время работы.
Актуальность работы обусловлено тем, что диагностика и прогноз износа режущего инструмента на сегодняшний день самый актуальный вопрос при обработке заготовок на станках с ЧПУ, где процесс обработки происходит без участия человека, следовательно, нужно гарантированное обеспечение окончания технологического операции без смены и поломки режущего инструмента. Важная проблема заключается в том, что стойкость даже одной партии инструмента имеет довольно широкий разброс. Также стоит отметить, что современные машиностроительные предприятия довольно часто используют сборные режущие инструменты, которые включают в себя несколько режущих пластинок, которые имеют одинаковую стойкость. Все указанные причины, увеличивают риск получения брака или поломки инструмента в процессе резания, безусловно, ни один производитель не хочет допускать таких поломок или износа при обработке заготовок из дорогостоящих материалов, а также, такие ситуации недопустимы, когда обработка заготовок происходит в течение длительного времени, потому что неисправимый брак почти готовой детали, который вызван поломкой инструмента, приводит к значительным затратам и потери времени.
Целью работы является анализ диагностирования и прогнозирования режущего инструмента в процессе обработки на станках с ЧПУ.
Задачи работы:
Рассмотреть методы диагностирования режущего инструмента в процессе обработки на станках с ЧПУ.
Рассмотреть прогнозирование режущего инструмента в процессе обработки.


Диагностирование режущего инструмента в процессе обработки на станках с ЧПУ

При контроле и диагностике состояния режущего инструмента необходимо решать следующие задачи:
контроль работоспособности инструмента, а именно годится инструмент или нет;
контроль размерного износа инструмента;
контроль состояния режущей кромки, что особенно актуально при чистовой обработке поверхностей и обработке поверхностей сложной формы, главным образом при обработке на станках с ЧПУ, многоцелевых (обрабатывающих центрах) и др.
Диагностирование режущего инструмента помогает установить его состояние, остаточную стойкость, что позволяет применять его более эффективно. Для повышения качества изготавливаемой детали и улучшения эффективности использования режущего инструмента нужно не только диагностировать его текущее состояние, но и прогнозировать его остаточный износ.
Стоит отметить, что существуют много систем для диагностики и контроля режущего инструмента в процессе обработки, однако не все они применимы, потому что многие из них используются только в экспериментальных лабораториях, а использование в производстве невозможно, так как требует большого количества модификации оборудования и больших затрат средств. В настоящее время проводятся попытки создания комплексных диагностических систем, которые имеют основу не один метод диагностики, а комбинируют несколько методов и имеют возможность управления процессом обработки, исходя из полученных результатов диагностики. Такие системы являются более эффективными и имеют большие перспективы на развитие и внедрение в производство, а именно использование на станках с ЧПУ. [4,c.39]
Сегодня создано огромное количество систем для контроля степени изнашивания и определения момента выхода из строя инструмента. Эти системы классифицируются по различным показателям (см. рисунок 1), определяющим стратегию диагностирования инструментов, например, силе резания, мощности резания и др.

Рисунок 1 – Методы контроля состояния режущего инструмента

Все методы диагностики текущей работоспособности режущих инструментов можно условно разделить на методы прямого контроля, которые базируются на установлении величины износа инструмента, и косвенного контроля (см

. рисунок 2), которые применяют физические явления, которые сопровождают процессы резания и изнашивания инструмента.
Прямые методы предусматривают непосредственное измерение параметров износа, при этом контролируется износ (по лунке, образующейся на передней поверхности), расстояние от режущей кромки до центра лунки, глубина лунки, ширина ленточки износа по задней поверхности, уменьшение объема или массы инструмента, размерный износ режущей кромки, разброс размеров деталей в партии и т.д. Указанные параметры могут быть определены радиоактивными, оптико-телевизионными, лазерными, электромеханическими, ультразвуковыми или пневматическими методами.

Рисунок 2 – Косвенные методы контроля состояния режущего инструмента
При использовании косвенных методов датчиками принимаются сигналы, поступающие от определенных участков инструмента, машины, заготовки и содержащие информацию о размерах и скорости износа инструмента.
Предлагаем рассмотреть самые известные методы диагностики режущего инструмента в процессе обработки на станках ЧПУ.
Первый известный метод измерение параметров акустического излучения (АИ). Этот способ является довольно таки простым. Этот метод относится к акустическим методам неразрушающего контроля и технической диагностики. В основе метода лежит физическое явление излучения волн напряжений при быстрой локальной перестройке структуры материала. Преимущества использования этого метода в качестве экспресс оценки состояния режущего инструмента состоит в отсутствии необходимости многочисленных и продолжительных опытов, а также предоставлением наиболее полной и точной информации о процессах, происходящих в зоне резания.
Второй метод, метод обеспечения заданной размерной точности и шероховатости обработанной поверхности путём прогнозирования технологической стойкости режущего инструмента на основе диагностирования его износа методом акустической эмиссии. Методика диагностирования технологической стойкости основана на зависимости износа рабочих поверхностей инструмента от времени его работы: һ=f(Tи), которая имеет три периода работы режущего инструмента в рациональных условиях: период приработки; период установившегося процесса резания; период отказа инструмента. [8]
Достоинством метода диагностики по АЭ является независимость параметров диагностических сигналов от динамических характеристик станка, так как анализируемый уровень частот колебаний, которые несут информацию из зоны резания, значительно превышает частоты колебаний работающих агрегатов станка.
Недостатком метода является существенное ослабление сигнала при его прохождении стыков упругой системы станка. Поэтому сигнал должен сниматься непосредственно с инструмента, а установить датчик вблизи зоны резания не всегда предоставляется возможным (например, на станках с автоматической сменой инструмента).
Третий метод представляет собой метод измерения мощности резания и усилия подачи. Эта система разработана и внедрена фирмой Omative systems. Электронные системы современных станков с ЧПУ помогают без вмешательства в систему станка передавать в измерительную систему сигналы о силовых характеристиках как главного привода, так и осевых приводов станка. Предложенная в работе система диагностики непосредственно анализирует полученные сигналы и достаточно хорошо работает при черновых и получистовых режимах обработки