6.3.2. Отображение поломок режущих инструментов в характеристиках ва излучения

Своевременное обнаружение поломок инструментов является первейшей задачей, которая ставится перед системой диагностики при автоматизации процесса металлообработки. Задача контроля износа инструментов является более тонкой и актуальна не во всяком производстве.

Пример записи ВА сигнала при сверлении в обычном режиме

Пример записи ВА сигнала перед поломкой и во время поломки

Записи были в октавной полосе 4 кГц

Рис. 6.41. Пример изменения огибающей амплитуды ВА сигнала при поломке сверла. Запись в октавной полосе 16 кГц.

Рис. 6.44. Изменение огибающей амплитуды ВА сигнала при поломке концевой фрезы: Р6М5 – СЧ21, h_з = 1 мм, V = 18 м/мин, s = 25 мм/мин, t = 6 мм. Октавная полоса 16 кГц.

Рис. 6.45. Пример параллельной записи крутящего момента на шпинделе и ВА сигнала в октавной полосе 8 кГц при поломке сверла Ø 4.2 мм (сверлильно-фрезерный обрабатывающий центр с мотор-шпинделем, мод. HE)

На рисунке видно, что за все время сверления крутящий момент вырос в пределах 50 %. Амплитуда ВА сигнала в некоторых частотных диапазонах выросла в 10-15 раз. В период, когда крутящий момент еще даже не изменился, импульсы ВА сигнала свидетельствовали об аварийной ситуации.

Если рассматривать поломки инструментов с точки зрения баланса энергии, расходуемой при резании, то основной причиной дополнительного роста ВА энергии при поломках является частичный переход потенциальной энергии упругих деформаций в ВА энергию. Чем быстрее происходит выход потенциальной энергии, тем большая ее доля переходит в ВА сигнал.

Образование трещины в инструменте составляет время в несколько миллисекунд, но длительность импульса ВА сигнала может быть значительно больше, т.к. определяется не только самим процессом распространения трещины, но и условиями дальнейшего контактирования краев трещины между собой и обрабатываемым материалом. Это положение достаточно общее и распространяется на все виды инструментов. Характер импульса ВА сигнала будет определяться количеством накопленной потенциальной энергии, временем ее высвобождения, условиями взаимодействия краев трещины между собой и обрабатываемым материалом.

Поломки резцов

Наиболее сложный вид импульса ВА сигнала возникает при поломке резцов. При точении возникает большое разнообразие условий поломок режущих пластин, приводящее к соответствующему разнообразию вида импульсов ВА сигналов. В тех случаях, когда поломка режущих пластин вызывает хотя бы на короткое время потерю контакта инструмента с обрабатываемым материалом, импульс ВА сигнала имеет амплитуду, на 20-30 дБ превышающую амплитуду ВА сигнала при резании. Длительность импульса составляет 5-15 мс, а вслед за импульсом наблюдается "провал" амплитуды ВА сигнала из-за потери контакта. Длительность провала и уровень возникающего затем сигнала будут определяться формой скола и площадью контакта с изделием. При полном выкрашивании твердосплавной пластины и возникновении контакта державки с изделием уровень ВА сигнала может упасть, особенно в высокочастотных диапазонах из-за возникновения пластического течения контактирующих поверхностей, имеющих меньшую твердость и температуру плавления. Но при сохранении обширного контакта растут усилия резания и амплитуды колебаний в области низких частот.

Запись ВА сигнала при разрушении режущей пластины

Пример скола пластины без импульса ВА сигнала, но с провалом амплитуды.

Длительность провала около 0,1 с.

Запись ВА сигнала в октаве 4 кГц при разрушении пластины

Запись ВА сигнала при сколе режущей пластины. Между маркерами 6 мс.

Отображение скола пластины в октаве 4 кГц.

Пример развития выкрашивания режущей пластины при точении

ВА сигналы при поломке зубьев торцевой фрезы

Поломка зуба фрезы – довольно часто встречающаяся ситуация при торцевом фрезеровании. Скол зуба может достигать таких размеров, при которых он перестает участвовать в резании. В этом случае на следующий зуб приходится удвоенное сечение стружки, что повышает вероятность поломки следующего зуба.

а

б

в г

Рис. 2 Вид аппаратуры для контроля вибраций при торцевом фрезеровании (а) и вид приспособления для крепления заготовки (б) с акселерометрами на приспособлении; применявшаяся фреза (в), режущие пластины (г)..

Рис. 3 Схема соединения исследовательской аппаратуры.

Рис. 4 Усилители сигналов вибраций мод. ВШВ 003.

Рис. 5 АЦП мод. Е 440.

Рис. 6 Рабочее пространство фрезерного станка мод. ГФ3171 М с акселерометрами на приспособлении для крепления заготовки.

Рис. 44 Пример записи виброускорения при фрезеровании на динамометре (упругая система имеет пониженную жесткость) с двумя сломанными зубьями (подача 315 мм/об, ширина 99 мм, глубина 1,5 мм). Маркерами выделен один оборот фрезы.

Рис. 45 Пример записи виброускорения при фрезеровании в жестких тисках с двумя сломанными зубьями (подача 315 мм/об, глубина 99 мм, ширина 1,5 мм). Маркерами выделен один оборот фрезы.

Сравнение с рис 44 показывает влияние жесткости упругой системы на амплитуду ВА сигнала.

Рис. 46 Запись виброускорения на рис. 45, но с измененным масштабом. Маркерами отмечен один оборот фрезы.

Просматривается большая неравномерность сигнала в пределах одного оборота, вызываемая отсутствием 2-х зубьев. Из этого эксперимента можно заключить, что в качестве диагностического параметра, отвечающего за выявление поломки зубьев, может быть использована величина разницы между максимальным и минимальным значениями сигнала в течение оборота.

Рис. 46 Пример записи виброускорения при фрезеровании на динамометре при одном снятом зубе. Маркерами отмечен один оборот фрезы.

Рис. 47 Сравнение октавных спектров при фрезеровании на динамометре (с пониженной жесткостью упругой системы) с одним (1) и двумя (2) снятыми зубьями.

Увеличение числа «сломанных» зубьев привело к резкому росту амплитуды на всех полосах выше 500 Гц.

Рис. 48 Сравнение октавных спектров при фрезеровании с двумя снятыми зубьями: 1 – фрезерование на динамометре с низкой жесткостью; 2 – фрезерование в тисках с высокой жесткостью.

На рис. 48 показано сравнение октавных спектров при фрезеровании с двумя снятыми зубьями, но при разном оборудовании для крепления заготовки. В первом случае, это был динамометр, во втором – тиски. Низкая жесткость динамометра приводит к большим амплитудам вибраций по сравнению с тисками.