Принципы, методы и средства контроля режущего инструмента, заготовок и деталей

Режущий инструмент - один из основных элементов, определяющих работоспособность станков и обрабатывающих центров, а также качество изделий, которые обрабатываются. Отказы режущего инструмента составляют 20-60 % от общего числа нарушений работы станков с ЧПУ. К основным видам нарушений работо­способности режущего инструмента относят: износ, вы­крашивание, поломки или окапывание.

Рис.9.3. Блок схема алгоритма автоматического контроля параметров приводных электродвигателей  

Наиболее простым из известных и широко приме­няемых методов контроля состояния инструмента в про­цессе резания является метод непрерывного или через короткие промежутки времени (для каждой детали) из­мерения текущих параметров приводных электродвига­телей. Блок-схема алгоритма автоматического контроля параметров приводных электродвигателей может быть представлена специальным образом (рис. 9.3).

Измерительные преобразователи, устанавливаемые обычно на электродвигателях, регистрируют изменение тока нагрузки и через АЦП передают информацию для обработки в микроЭВМ. Информативность данного метода во многом зависит от полноты и точности статиче­ских данных о зависимости текущих параметров при­водных электродвигателей для различных режимов ре­зания всех применяемых инструментов с учетом особен­ностей комплексных деталей для групп, которые могут обрабатываться на данном конкретном станке.

Рис. 9.4. Схема контроля поломки режущего инструмента:   1 - патрон; 2 - обрабатываемая деталь; 3 - датчик ускорений; 4 - акустический датчик; 5 - усилитель; 6 - предварительный усилитель; 7 - регулятор вели­- чины подачи; 8 - блок управления; 9 - демодулятор; 10 - усилитель; 11 - устройство обработки данных; 12 - устройство регистрации данных

Схема контроля поломки режущего инструмента акустическим методом представлена на рис. 9.4.

С помощью магнита к концу хвостовика инструмен­та прикрепляется акустический датчик с номинальной собственной частотой 0,5 МГц. Получаемый акустиче­ский сигнал усиливается соединенными последовательно предварительным и основным усилителями. Полоса частот фильтруется с помощью установленных в усили­телях полосовых фильтров. Для верхних частот выбрана полоса пропускания 100 кГц, чтобы подавить низко­частотные шумы от различных звуков и вибраций, а для низкочастотного фильтра полоса пропускания составля­ет 1 кГц, что исключает электрические шумы. На рез­цедержателе вблизи режущей кромки устанавливается также датчик ускорений, сигнал от которого измеряется для сравнения в направлении скорости резания. Уровень сигнала ускорения имеет прямопропорциональную зави­симость от режимов резания, а уровень акустического сигнала (при тех же режимах) имеет большее рассеива­ние, но в то же время более строгую зависимость от со­стояния режущего инструмента. Между звуком, генери­руемым режущим инструментом, и состоянием его ре­жущей кромки существует определенное соотношение, то есть характер звука зависит от степени износа ин­струмента. С износом инструмента растет интенсивность колебаний в низкочастотной и высокочастотной облас­тях спектра. Острое режущее лезвие генерирует в основ­ном энергию высоких частот.

Для многоинструментальных станков и обрабаты­вающих центров наиболее перспективным для контроля процесса механообработки является использование со­временных средств технического зрения. Контроль раз­меров деталей, как правило, выполняют до обработки, после окончания процесса резания, а иногда между пе­реходами, часто в такие контрольные паузы включают и контроль инструмента. Такой контроль режущего ин­струмента ведет к увеличению полного цикла обработки, однако при этом можно средства подсистемы контроля размещать так, чтобы на них не оказывали влияние вредные факторы процесса механообработки.

Рис. 9.5. Датчик касания: 1 - подвижная часть станка; 2 - основание; 3 - пластина; 4 - пружина; 5 - корпус датчика; 6 - электромагнит; 7 - щуп; 8 - шарнир; 9 - опора

Наиболее распространенные средства прямого контроля с микронной точностью заготовок, деталей и инструмента вне процесса обработки - датчики касания. Пример конструкции датчика касания (патент 628137, Швейцария) приведен на рис. 9.5.

В корпусе датчика на трех полусферических опорах находится имеющая шесть степеней свободы подпружи­ненная пластина, в которую вставлен щуп. Электромаг­нитом, через который проходит щуп, создается перемен­ное магнитное поле, вызывающее колебания щупа; эти колебания нарушаются в момент касания щупом объек­та измерения, что регистрируется измерительным пре­образователем.

Блок-схема подсистемы измерения размеров детали и инструмента с использованием датчиков касания на токарно-револьверном станке с ЧПУ представлена на рис. 9.6.

На станке установлены два датчика касания, входя­щие в измерительный комплекс БВ-4271. Датчик детали предназначен для измерения детали, занимает одну из позиций револьверной головки (РГ) и связан с электрон­ным блоком оптоэлектрической связью. В зависимости от особенностей конфигурации измеряемой детали ДД оснащается щупом с наконечником в форме шарика или диска.

Рис. 9.6. Блок-схема измерения размеров детали и инструмента датчиком касания: измерение детали (а); измерение инструмента (б):

1 - револьверная головка; 2 - датчик детали (ДД); 3 - щуп ДД; 4 - измеряе­мая деталь; 5 - патрон; 6 - базовая втулка; 7- наконечник щупа датчика инструмента (ДИ); l_д,X_c,Z_щ - координаты щупа датчика касания при измерении диаметров детали; X_н,Z_с - координаты щупа датчика поверхности при измерении торцевых детали; d_щ - диаметр щупа датчика касания.

Датчик для измерения инструментов ДИ установлен на шпиндельной бабке, на откидном кронштейне, имеющем два фиксированных положения. При от­сутствии детали в патроне ДИ можно опустить в изме­рительную позицию. При этом его измерительный нако­нечник ДИ располагается вблизи торца патрона и к его плоским граням можно подвести любой из инструмен­тов, размещенных в РГ, в том числе и ДД. На время обработки ДИ отводится за пределы рабочей зоны. Со­пряжение датчиков касания с УЧПУ обеспечивается специальной интерфейсной платой, которая содержит программно-доступные счетчики перемещения (по одно­му на координату). На вход каждого счетчика при дви­жении суппорта поступают импульсы от датчика обрат­ной связи соответствующей координаты. Счет импульсов запускается специальной командой от программы и пре­кращается при поступлении сигнала от датчика каса­ния. Число, оставшееся при этом в счетчике, представ­ляет собой величину перемещения по соответствующей координате (в дискретах) от момента запуска до момента поступления сигнала от датчика при соприкосновении его щупа с поверхностью детали или инструмента.

Перед началом измерения щуп ДД позиционируется по программе в "точке старта", координата которой Х_с вычислена таким образом, чтобы перемещение щупа до контакта с поверхностью детали при ее номинальном (программном) положении составило величину l_Н.В этом положении программа устанавливает режим "измере­ние", то есть запускает счетчик перемещения.

Из точки старта щупу задается перемещение на из­мерительной скорости в направлении к измеряемой по­верхности на величину 2 l_Н. Если фактическая координа­та поверхности отличается от номинальной не более, чем на ±l_Н, то в пределах хода происходит наезд щупа на поверхность. При этом прекращается отсчет перемеще­ния и в счетчике остается величина l_к фактического перемещения до точки касания.

Независимо от того, произошла ли встреча щупа датчика с измеряемой поверхностью, движение щупа происходит на всю величину 2 l_н. Затем щуп отводится в точку старта, где считывается содержимое счетчика l_К и вычисляется отклонение l фактического положения по­верхности от программного l=l_н - │l_к│.

Это отклонение считается положительным, когда по­верхность смещена "навстречу" щупу датчика. Такой алгоритм применяется при всех видах измерений.

Величина l, полученная при измерении, характери­зует положение относительно нулей программы одной точки поверхности. Этой информации было бы доста­точно для определения размеров детали диаметра ци­линдрической поверхности или координаты торца отно­сительно базового торца, если бы технологические базы сохраняли неизменное положение относительно нулей программы. Практически вследствие тепловых дефор­маций станка технологические базы - ось шпинделя и опорный торец - постоянно смещаются относительно нулей программы. Величина этих смещений ∆Х₀ и ΔZ₀ учитывается в измерительных подпрограммах при вычислении координаты точки старта. Измерение ΔХ₀ и ΔZ₀ организовано в специальной привязочной подпро­грамме. Для этого измерения в патроне станка устано­влена специальная базовая втулка, отверстие и торец которой имеют минимальное биение относительно оси шпинделя, а диаметр отверстия точно аттестован.

Дата добавления: 2014-01-07