24. Критерии износа лезвия и его диагностика.

Критерий отказа инструмента, характеризуемый максимально допустимым значением износа режущего лезвия, после достижения которого наступает его отказ, называется критерием затупления. Принятые критерии зависят от характера обработки и обрабатываемого материала. Например, о возрастании износа инструмента можно судить по быстрому росту сил резания. Такой критерий затупления называется силовым.

Если к выполняемой операции не предъявляются высокие требования точности и шероховатости обработанной поверхности, целесообразно доводить инструмент до такой степени износа, при которой полный период его стойкости наибольший. Такой критерий затупления называется оптимальным. Полный период стойкости инструмента где Т — период стойкости инструмента, соответствующий данному

износу; к — количество переточек инструмента, допустимых при

данном износе.

Чем больше допустимый износ, тем больше длительность работы инструмента до затупления, но тем больший слой металла необходимо срезать с инструмента при его переточке. Следовательно, тем меньше возможное количество переточек. Поэтому полный период стойкости с увеличением допустимого износа сначала увеличивается, а затем, когда количество допустимых переточек становится слишком малым, уменьшается. Износ, соответствующий максимальному полному периоду стойкости инструмента, является оптимальным, т.е. наивыгоднейшим. Откладывая его значение на кривой износа, можно найти оптимальный период стойкости при данной скорости резания. Эта точка на кривой соответствует моменту перехода периода нормального износа в катастрофический. Размеры площадки износа инструмента могут ограничиваться требованиями обеспечения необходимого качества или точности обработанной поверхности. Такие критерии называются технологическими. В зависимости от обрабатываемого материала наряду с ограничениями шероховатости и точности обработки учитываются и другие факторы. Например, при сверлении пластмасс устанавливают дополнительный технологический критерий затупления сверл по образованию сколов и отслоений материала на входе и выходе сверла из отверстия, появлению прижогов на поверхностях инструмента и обрабатываемой детали, обильному выделению газов. При обработке износостойких покрытий, нанесенных на детали машин, в качестве технологического критерия затупления иногда принимается появление сколов покрытий на обработанной поверхности в результате резкого возрастания сил резания на контактных площадках резца. Мониторинг состояния режущих инструментов Высокая стоимость современного машиностроительного производства способствует широкому использованию безлюдных технологий. Одним из факторов, определяющих дальнейшее развитие таких технологий, является автоматический контроль режущих инструментов с точки зрения их дальнейшей работы. Как результат такого контроля могут быть приняты следующие решения: - выключение станка (наиболее простой и радикальный способ); - изменение соответствующих кадров управляющей программы станков с ЧПУ; - коррекционные перемещения инструментов; - замена работающей вершины инструмента; - изменение подачи или частоты вращения шпинделя станков с адаптивным управлением; - замена заготовки, не пригодной для обработки. Наиболее эффективным направлением в контроле режущих инструментов является их мониторинг (непрерывный контроль). Все методы контроля текущей работоспособности режущего инструмента можно условно разделить на четыре группы, которые, в свою очередь, можно поделить на методы прямого контроля, основанные на регистрации износа инструмента, и косвенного контроля, использующие физические явления, сопровождающие процессы резания и изнашивания инструмента. Классификация методов контроля состояния режущих инструментов

группы	Объект контроля	Контролируемый параметр
1	Режущий инструмент	Ширина площадки износа Вибрации Температура Расстояние от вершины или режущей кром­ки до постоянной базы
2	Обрабатываемая деталь	Размеры Температура на поверхности
3	Стружка	Направление схода Температура
4	Процесс резания	Длительность цикла обработки Мощность резания Силы резания Вибрации Акустическая эмиссия ЭДС в зоне резания Электрическое сопротивление зоны контак­та инструмент — деталь

Устройства для прямого контроля обеспечивают более высокую достоверность измерений и поэтому получили широкое распространение. Оптические устройства. Для оценки длины стержневых режущих инструментов (сверл, метчиков) могут использоваться сравнительно простые конструкции со встроенными фотоэлементами. Действие таких устройств основано на том, что площадка износа лучше, чем остальные поверхности инструмента, отражает световые лучи. Значительно более высокой точностью измерения (до 1 мкм) и большими технологическими возможностями обладают лазерные устройства. Они позволяют не только обнаруживать поломки инструмента (либо его полное отсутствие), но и выполнять измерение геометрии режущей кромки. Лазерные устройства могут использоваться также для одновременного контроля нескольких инструментов, например в многошпиндельных сверлильных головках. Разновидностью оптических устройств являются телевизионные камеры с устройствами распознавания образов. С их помощью можно оценивать как износ, так и сколы режущих кромок. Контактные устройства. Такие устройства обеспечивают непосредственный контроль инструментов в процессе работы с помощью датчиков касания и измерительных зондов. Погрешность измерения координат при использовании измерительных зондов колеблется в пределах 0,35...1,0 мкм. Контактные устройства могут использоваться как для контроля положения вершины инструмента в начале его работы, так и для измерения сколов, выкрашиваний и износа режущих лезвий в ходе работы. В последнем случае, однако, эффективность действия датчиков не слишком высока, поскольку контролируется главным образом область вершины инструмента, а она не всегда характеризует потенциальный отказ инструмента. Устройства, основанные на контроле времени прохождения ультразвуковых волн через твердое тело. Для контроля используется время прохождения расстояния от измерительной головки через новый и изношенный инструменты до поверхности детали и обратно. Косвенные методы мониторинга 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, основанные на контроле уровня сил и мощности резания. С возрастанием износа инструмента увеличивается уровень сил и мощности, потребной на резание. Поэтому как непосредственно силы резания, так и 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 мониторинга резко снижается. Кроме того, такие устройства регистрируют 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 их использования.

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 место размещения датчиков играет очень важную роль. Чем ближе оно к зоне резания, тем точнее измерения и выше надежность системы контроля.