Косвенные методы диагностики режущих инструментов
Косвенные методы диагностики режущих инструментов основаны на контроле изменения сил резания, мощности, температуры и других физических характеристик процесса резания в результате износа или поломки инструмента. Рассмотрим некоторые из таких устройств.
Устройства контроля времени работы инструмента. Принцип действия таких устройств достаточно прост. Перед началом очередного цикла обработки система управления сравнивает реальное время, отработанное инструментом, с постоянным значением, занесенным в память компьютера, и определяет, имеется ли запас стойкости для обработки еще одной детали. Если нет, то подается команда на замену инструмента новым, находящимся во вспомогательном магазине инструментов.
Длительность работы инструмента, определяемая количеством обработанных деталей, также является до некоторой степени характеристикой его износа. О числе обработанных деталей информирует счетчик циклов работы оборудования. По этой информации, устанавливающей период режущей или размерной стойкости, производят принудительную смену инструмента. Для уменьшения количества преждевременных выходов инструментов из строя период стойкости назначают с некоторым гарантийным запасом.
При каждом рабочем цикле автоматической линии или станка соленоид, встроенный в счетчик, получает электрический импульс и через храповой механизм и систему зубчатых колес поворачивает стрелки, отсчитывающие количество циклов. После обработки установленного количества деталей, соответствующего периоду стойкости, контакты счетчика, настроенные на определенное положение, замыкаются.
Соответствующий участок автоматической линии останавливается, зажигается сигнальная лампа, указывающая, какие инструменты нужно заменить. После смены инструмента наладчик устанавливает стрелки счетчика в начальное положение. Обычно счетчик настраивают так, чтобы предварительный сигнал подавался после обработки примерно 90 % общего количества деталей, определяющего период стойкости инструмента.
Устройства, основанные на контроле уровня сил и мощности резания. Известно, что с возрастанием износа инструмента увеличивается уровень сил и мощности, потребной на резание. Поэтому как непосредственно силы резания, так производные от них (мощность, крутящий момент на шпинделе, сила тока двигателей главного движения или движения подачи) можно использовать в качестве источника диагностического сигнала.
Действие устройств контроля мощности резания основано на измерениях силы тока и напряжения в двигателе главного движения или движения подачи. Такие устройства весьма просты, дешевы, не требуют изменений в конструкции станка. Однако надежность их работы зависит от соотношения мощности резания и номинальной мощности двигателя. Если оно невелико, достоверность диагностики резко снижается. Кроме того, эти устройства реагируют на изменения сил, связанные с возрастанием износа инструмента, со значительным опозданием во времени, что не позволяет вовремя среагировать на катастрофический износ и поломки инструмента. Это привело к практически полному отказу от использования таких устройств.
В настоящее время измерение сил осуществляют, используя тензометрические подшипники или оправки, датчики напряжений и деформаций, а также динамометры, встроенные в инструментальную оправку, резцедержатель либо револьверную головку. Во всех случаях важную роль играет место размещения датчиков. Чем ближе оно к зоне резания, тем точнее измерения и выше надежность системы контроля.
Широкое распространение получили подшипники с тензометри-ческими датчиками, наклеенными в канавке на их наружном кольце. Прохождение шарика (ролика) под датчиком вызывает локальные деформации кольца. Датчик подключен к тензометриче-скому мосту и генерирует сигналы переменной частоты, зависящей от частоты вращения вала и количества шариков в обойме подшипника. Амплитуда сигналов пропорциональна действию внешних и внутренних (возникших в результате предварительного нагружения) сил.
Для измерения осевой силы (силы подачи) можно использовать тензометрический датчик, представляющий собой обойму для опорных подшипников. Тензометрические элементы, наклеенные на внутреннее кольцо обоймы, защищены от действия СОЖ, масла и т.д.
Пружинящие кольца с наклеенными на них тензометрическими датчиками можно использовать для измерения главной силы резания, монтируя их под основанием револьверной головки.
Продолжение …