6.1.3. Распознавание поломок (скалывания) инструмента

С большими сложностями приходится сталкиваться при создании алгоритма диагностирования поломок (скалывания) инструмента. Это связано, с разными причинами поломок, определяющими различное поведение диагностических признаков перед и в момент поломки.

Основные причины поломок.

- Неожиданный, случайный рост силы резания.

- Рост силы, вызванный износом инструмента или тепловыми деформациями..

- Усталостные процессы в инструментальном материале механического и термоциклического происхождения. Разрушению инструмента может в этом случае предшествовать повышение амплитуды и частоты колебаний. В то время как сила резания не возрастает.

Сложность диагностирования поломок определяется также возможным разнообразием взаимодействия отделившейся при скалывании части режущей пластинки с обрабатываемой заготовкой. Это определяет поведение диагностических параметров в следующий за поломкой момент времени. Например, режущая пластинка резца может сразу выйти из контакта с заготовкой или отделившаяся часть пластинки будет разворачиваться на опорной поверхности корпуса резца, осуществляя резание, но с иными подачей и глубиной.

Исследования показали, что в наибольшей мере особенности процесса поломки отражает составляющая силы резания .

После кратковременного превышения силой верхнего порогового значения , наступает ее падение. Длительность нахождения сигнала за пределами составляет порядка 0,1 мс. Это время, характерное для процесса поломки, больше времени возрастания силы за счет, например, случайных всплесков сигнала. Оно позволяет отличать поломку от других случаев, вызывающих рост силы, но не приводящих к поломке.

Рис. 6.10. Графики изменения составляющей силы при поломке инструмента

Бывает трудно отличить случайные всплески силы от закономерного роста, вызывающего разрушение инструмента. Возможны ложные команды.

Экспериментально установлено, что при поломке режущей пластинки резца сила резания на малое время превышает , после чего быстро снижается до величины меньшей (рис. 6.10,б). Этот алгоритм обладает большой помехозащищенностью, так как при случайных всплесках нагрузка далее не снижается до величины меньшей .

В случае, когда разрушение инструмента носит усталостный характер, сила резания, предшествующая поломке не возрастает. После поломки в зависимости от того, как сколовшаяся часть пластинки удаляется из зоны резания, сила падает резко или постепенно уменьшается до значения ниже (см. рис. 6.12). Применительно к алгоритму распознавания это означает, что сигнал о поломке должен формироваться как только .

Рис. 6.12. График изменения составляющей силы P_z при поломке резца из-за усталостного разрушения

Для исключения ложных команд, вызванных выполнением этого неравенства из-за случайного падения силы, вводится задержка , в течение которой, а не менее ее, должно сохраняться неравенство.

Наряду с силой резания в качестве диагностических признаков поломки используют сигнал ЭДС – резания, сигнал параметров виброакустической (ВА) эмиссии и др.

Рис. 6.13. Изменение ЭДС резания при поломке режущей твердосплавной пластины: а – без нарушения; б – с нарушением контакта с обрабатываемой заготовкой

Амплитуда колебаний в большой степени зависит от характера деформаций и разрушений в зоне контакта инструмента с деталью. При образовании микротрещин и поломки режущей пластины амплитуда колебаний значительно возрастает. Это используется в диагностике поломок.

Надежным признаком поломок является появление импульсов сигналов с высокой амплитудой.

Используется косвенный контроль поломок по определению моментов контакта инструмента с деталью и выхода из нее. Превышение установленного времени врезания (от момента включения рабочей подачи до момента касания детали) или времени резания позволяет судить о поломке инструмента. Надежную фиксацию моментов касания и конца резания обеспечивают акселерометры.

Программы работы систем диагностирования должны быть синхронизированы с управляющей программой станка с ЧПУ. В управляющих программах предусматривают участки обработки детали, в которых действует конкретный кадр программы диагностирования. При распознавании отказа инструмента из устройства диагностики подается команда на прекращение подачи, вращения шпинделя и отвода инструмента из зоны резания. При чистовой обработке прекращение резания после распознавания предельного износа может быть недопустимо, так как это скажется на качестве обработки детали. В этом случае возможна задержка выдачи команды на прекращение резания до полной обработки поверхности детали, при этом могут быть автоматически снижены режимы резания для исключения катастрофического развития износа.