Контроль состояния инструмента

Точность размеров обрабатываемой детали в значительной мере связанная с состоянием режущего инструмента. Поэтому повышение эффективности работы ГПС тесно связано со степенью автоматизации контроля и диагностирования состояния режущего инструмента.

Внешнее проявление изнашивания рабочих поверхностей инструмента в каждый момент времени характеризуется комплексом параметров. К ним можно отнести: величину и интенсивность изнашивания, шероховатость обработанной поверхности, точность размеров детали и значение температуры, силовые характеристики, колебание инструмента.

Состояние инструмента может контролироваться как прямым путем или косвенным. Прямой контроль состояния инструмента разрешает более оперативно реагировать на отклонение от стабильной работы инструмента и внести соответствующие коррективы в рабочий процесс.

При прямом контроле измеряется непосредственно величина износа режущей кромки, а при косвенном – параметр, более легко поддающийся измерению, и связанный с износом корреляционной зависимостью. Возможет контроль состояния инструмента как непосредственно в процессе резания, так и после его окончания.

Прямой контроль состояния инструмента разрешает более оперативно реагировать на отклонение от стабильной работы инструмента и внести соответствующие коррективы в рабочий процесс.

К прямому методу контроля относятся автоматическое измерение длины резцов, сверл, разверсток и других осевых инструментов. Такой контроль осуществляется с помощью датчиков касания. Режущая кромка автоматически подводится к щупу, который выдает данные в СЧПУ, где они сравниваются с заданными.

Недостатком прямых методов контроля состояния режущего инструмента с использованием датчиков касания и щупов является необходимость прекращения процесса обработки и выход инструмента из рабочей позиции на позицию контроля. Кроме того, такими методами невозможно оперативно обнаружить поломку инструмента, что может привести к выходу станка из строя.

Прямые методы контроля можно применять для тех видов обработки, при которых инструмент не находится в постоянном контакте с заготовкой, например, при фрезеровании. В этом случае возможно использование пневматических или ультразвуковых датчиков, которые имеют высокую разрешающую способность (чувствительность датчиков достигает 2,5 мкм).

Недостатком метода непосредственного измерения изнашивания является снижение точности контроля вследствие нароста, влияние на работу датчика стружки, СОЖ.

Косвенный метод контроля базируется на измерении сил резания и крутящих моментов, которые характеризуют состояние режущего инструмента.

1. Наиболее простой метод косвенного контроля – контроль времени работы инструмента. Данные об оптимальной стойкости инструментов вводятся в память СЧПУ. В процессе обработки фиксируется время работы каждого инструмента. Недостатком такого способа является необходимость точного определения периода стойкости инструмента, что достаточно сложно. Этот метод обычно используют для обдирочных операций, когда колебание припуска, что приводит к существенному изменению сил резания.

2. Наибольшее распространение получил метод косвенного состояние режущего инструмента с помощью датчиков. Типичные виды датчиков для косвенного контроля состояния инструмента следующие:

• датчик на основе тензометров для измерения составляющих силы резания или магнитных свойств скрученного участка вала по его крутящему моменту;

• пьезоэлектрический датчик для измерения деформаций;

• магнитопружинные датчики для измерения деформации, крутящего момента;

• акустические датчики для контроля поломки инструмента используют акустические датчики. Датчик наиболее эффективен для контроля поломки инструмента и момента касания. Эти датчики также предварительно юстируют для определения критических значений, определяющих поломку инструмента. Таких значений может быть несколько для различных инструментов.

Значительное количество модификаций имеют датчики крутящего момента. Это могут быть тензометрические датчики, преобразующие упругую деформацию в электрический сигнал. Их устанавливают на подшипниках шпинделя.

3. Одним из наиболее распространенных косвенных методов определения состояния инструмента является контроль мощности, затрачиваемой на процесс резания. Однако в данном случае при контурной фрезерной обработке на точность диагностирования может оказывать влияние неравномерный припуск. Поэтому диагностирование можно проводить с помощью тестовых измерений на фиксированном припуске или идентифицировать влияние изменения припуска в режиме «обучения». При этом при обработке первой детали партии автоматически фиксируются координаты, в которых наблюдается изменение силового параметра на заданную величину. Значения этих координат вводится в память ЧПУ. На остальных деталях контроль выполняется в этих координатах.

Относительная простота контроля силовых параметров позволяет использовать их в системах адаптивного управления процессом резания. Но зависимость значения составляющих сил резания от изнашивания не являются универсальными и требуют коррекции результатов с помощью коэффициентов, а это вызовет значительное рассеяние данных.

4. По измерению вибраций обнаруживают изнашивание, резонансные колебания инструмента и его поломка. В качестве датчиков вибрации используют пьезоэлектрический акселерометр. Вибрации резания от конструктивных вибраций станка отделяют детектирование датчика при частотах от 0,5 до 1,5 кГц. Для контроля аномалий по уровню вибраций необходимо выполнить градуировку датчика при пробной обработке. Полученные величины допустимых уровней вибраций вносят в память ЧПУ.

Диагностику работы инструмента можно осуществлять через контроль нагрузки на шпиндельный узел. Для этого используются тензодатчики вмонтированные в шпиндельный узел. Увеличение силы резание при изнашивании инструмента ведет к росту нагрузки на опоры шпинделя и к их деформации. Это фиксируется тензодатчиками, которые через усилители передают сигнал на прибор, который регистрирует отклонения в стабильности работы ТС.