3.6. Система определения состояния инструмента

Новым подходом к решению задачи повышения точности и производи-тельности обработки является использование микропро­цессоров. Учет факторов, определяющих геометрические погрешности обработки, сводит-ся к созданию либо эмпирическим, либо аналитическим путем математи-ческой модели станка, которая затем закладывается в вычислительное уст-ройство, ведущее управление ходом процесса обработки. В этом случае станок оснащают системой первичных преобразователей (датчиков), даю-щих информацию о режиме, силе резания, температурном режиме обра-ботки, координатах положения режущего инструмента, анализируемых в соответствии с УП. Получаемые данные о состоя­нии технологической сис-темы вводят в вычислительное устройство, которое расчетным путем опре-деляет вид и уровни сигналов коррекции, поступающих в УЧПУ, или не-посредственно на соответствующие рабочие органы станка.

95

Создание гибких технологических систем на базе многоцелевых стан-ков, обеспечивающих реализацию без­людной технологии, требует реше-ния задач, связанных с автома­тическим определением состояния режущего инструмента, необ­ходимости коррекции его положения или замены. Обра-ботка заготовок корпусных деталей средних размеров на многоцелевых станках предусматривает 5 – 30 различных режущих инструмен­тов (фрез, сверл, зенкеров, расточных резцов, метчиков). Одним из важных парамет-ров, используемых для оценки состояния ре­жущего инструмента, является продолжительность резания, т.е. время непосредственной работы инстру-мента на станке, начиная с момента его установки.

Это время

, (20)

где τ_j – время резания при выполнении инструментом определен­ного пе-рехода; п – число выполненных переходов к рассматрива­емому моменту времени.

Сравнение времени резания с расчетным периодом стойкости в общем случае позволяет судить о состоянии инструмента и его возможностях. Од-нако, как показывает практика, фактическая стойкость инструмента может колебаться в широких пределах (изменяться в 1,5 – 3 раза и более). Причи-нами этого является различное качество изготовления и заточки инстру-мента, а также нестационарный характер процесса резания, обусловленный изме­нением входных параметров заготовки. Это обстоятельство требует использования нескольких критериев, позволяющих оценить состояние ре-жущего инструмента в комплексе, с различных позиций, что возможно пу-тем применения микропроцессоров и информационно-измерительных бло-ков систем адаптивного упра­вления.

К числу таких критериев в первую очередь относят техно­логические критерии, которые позволяют оценить состояние инструмента с позиции получаемых параметров точности детали. Согласно этим критериям инст-румент требует поднастройки или замены, если в результате размерного изнашивания не обеспечи­ваются требуемые размеры детали или шерохо-ватость поверх­ности в заданных пределах:

≤ Δ_А ≤ , (21)

где , – допускаемые верхние и нижние предельные откло­нения со-ответственно; Δ_А – отклонение параметра точности детали.

96

Указанные критерии дополняет силовой критерий, который позволяет оценить режущую способность инструмента путем измерения сил резания и моментов, действующих в процессе обработки. Затупление инструмента в результате изнашивания и выкрашивания приводит к изменению геомет-рии и относитель­ному увеличению сил резания и моментов, начиная с пер-вого рабочего хода, выполняемого острым инструментом. Это позво­ляет определить относительное приращение нагрузки, а следовате­льно, и сте-пень затупления инструмента по мере его использования.

Учет продолжительности работы каждого инструмента в усло­виях тех-нологически гибкого мелкосерийного производства осно­ван на использо-вании ЭВМ и программных методов получения и оценки технологической информации. Управляющую про­грамму станка транслируют через ЭВМ, в которой происходит считывание текста по каждому из кадров программы и получение необходимых исходных данных для выполнения последую-щих расчетных процедур. В процессе просмотра программы ЭВМ опре-деляет вид и общее число i используемого инструмента, а также мно-гократность j его применения за один цикл обработки: i= 1, 2, .... i, j = 1, 2, ...., j. Одновременно выявляются режимы резания: подача S_i и частота вращения шпинделя n_i, заданные в программе станка для каждого инстру-мента: S₁ n₁; S₂, n₂; ...; S_i, n_i. Путем выявления координат, соответствующих началу х_н, у_н, z_н и концу х_к, у_к, z_к относительного перемещения инструмента на рабочей подаче S_i, ЭВМ находит длину резания L_i для каж­дого инстру-мента (L₁, L₂, ..., L_i).

В результате в памяти ЭВМ формируется массив данных о номенклату-ре применяемого инструмента, режимах резания и длины резания на каж-дом рабочем ходе. При необходимости ЭВМ по запросу выдает получен-ный массив данных в виде распечатки. На основе полученных данных ЭВМ вычисляет продолжительность резания при последовательном вы-полнении переходов соответствующим инструментом: τ_i = L_i/S_i. Получен-ные результаты по каждому инструменту суммируют, и в результате опре-деляют время работы каждого инструмента за цикл τ_1Σ, τ_2Σ,…, τ_iΣ.

На основании непрерывного слежения за числом обрабатываемых дета-лей вычисляют фактическое время работы режущего инструмента при дан-ных условиях обработки и сравнивают с заданной стойкостью. Если фак-тическое время работы режущего инструмента достигает периода его стой-кости, то возникает вопрос о необходимости его замены. Рекомендуемые значения стойкости инструментов вводят в память ЭВМ в виде массива

97

или в виде аппроксимированных зависимостей T = f(S, υ). В результате ста-новиться возможным :

– определить число однотипных деталей m_i, которые могут быть обра-ботаны каждым инструментом за имеющийся период стойкости, m_i = Т_i/τ_iΣ;

– выявить момент, когда время резания при обработке однотипных заготовок инструментом i достигает заданного периода его стойкости, mτ_iΣ →T_i;

– оценить по окончании обработки партии заготовок из m штук состоя-ние режущего инструмента по значению оставшейся стойкости, T_oi = T_i – – mτ_iΣ.

Последующую обработку заготовок нового типоразмера в общем слу-чае можно выполнять тем же режущим инструментом, но с другими режи-мами резания S_j, υ_j, t_j и при иных условиях обработки. Каждому из таких сочетаний режимов резания соответствует свое расчетное значение перио-да стойкости режущего инструмента Т₁ = f(S₁,υ_j), Т₂ = f(S₂,υ₂), …, Т_j = = f(S_j,υ_j), которое может отклоняться как в большую, так и в меньшую сто-рону: T₁(S₁,υ₁) > T₂(S₂,υ₂); T₁(S₁,υ₁) < T₂(S₂,υ₂); T₁(S₁,υ₁) = T₂(S₂,υ₂).

Период стойкости инструмента на выполнение новых переходов j с учетом использования ресурса стойкости на предыдущие переходы (j – 1) составит

T_j^* = T_jT_o(j-1)/T_(j-1), (22)

где T_j, T_(j-1) – расчетные периоды стойкости для условий данного и пред-шествующего переходов; T_o(j-1) – период стойкости, оставшейся по оконча-нии (j – 1) перехода.

Если по окончании обработки заготовок одного типоразмера инстру-мент еще сохраняет определенный ресурс стойкости, то ЭВМ выполняет аналогичные расчеты и инструмент используется при последующей обра-ботке новых заготовок. Режущий инструмент применяют до тех пор, пока период оставшейся стойкости инструмента Т_oj не достигнет нулевого зна-чения Т_oj → 0.

Общая функциональная схема автоматической системы по оценке сос-тояния режущего инструмента и определения момента его замены пред-ставлена на рис. 64. Для определения целостности инструмента и его раз-мерного износа, а также в целях введения необходимой коррекции в раз-мерную настройку станка по двум координатам используют специальное измерительное устройство 2. Его устанавливают вблизи рабочей зоны на кронштейне. Перед обработкой стол станка и шпиндельная бабка выводят-

98

ся в положение, при котором соответствующий режущий инструмент до-водится до касания с измерительным штоком. В результате с измеритель-ного устройства подается сигнал, характеризующий положение вершины режущей кромки инструмента относительно начала отсчета. Вопрос о за-мене инструмента решает микроЭВМ в соответ­ствии с заданным алгорит-мом принятия решения. В основе при­нятия решения лежит информация, которая характеризует цело­стность инструмента, его размерный износ, ос-тавшийся период стойкости, нагрузку, действующую в процессе обработ-ки, откло­нения получаемых параметров точности детали.

Error: Reference source not found

Рис. 64. Система автоматического определения состояния режущего инструмента и момента его замены:

1 – обрабатываемая заготовка корпуса; 2 – измерительное устройство;

3, 6 – двигатели рабочей подачи соответственно по координатам Y и X;

4 – инструментальный магазин; 5 – двигатель шпинделя

В случае поломки инструмента или значительного изнашива­ния, когда поднастройка невозможна, следует команда на его замену. Возникающая при резании нагрузка периодически изме­ряется, причем нагрузка на пер-вых рабочих ходах, выполняемых острым инструментом, запоминается в ЭВМ как начало отсчета приращений. Если действующая нагрузка, изме-ряемая по мощ­ности двигателя главного движения или подачи, достигает пре­дельного значения, то дается команда на замену инструмента.

99

Замена инструмента происходит также в том случае, когда расчет­ный период его стойкости исчерпывается (Т_oj = 0), а соотношение действующей и допустимой нагрузки составляет N ≥ 0,95N_пр, при .