CC BY
14
УДК 621.941
Я. В. Барабаш
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ШОРСТКОСТ1 ПОВЕРХН1 ДЕТАЛ1 ПРИ ТОЧ1НН1 ТИТАНОВИХ СПЛАВ1В 13 ЗАСТОСУВАННЯМ В1БРОАКУСТИЧНОГО СИГНАЛУ
При точ1нн1 титанового сплаву в1броакустична ем1с1я може бути використана для д1агностики процесу точ1ння i оцнки шорсткост1 оброблено!'поверхн1. Встановлено за-лежн ¡сть м iж середньою енергieю RMS акустичного сигналу та шорсткстю обробленоi поверхнi . За даними ВАЕ можна оцнювати шорстксть обробленоi поверхн i безпосеред-ньо в процей р i зання, що дозволить надал i створити методику монiторингу стану шор-сткост i оброблено! поверхн i
Вступ
Вiброакустична (ВАЕ) е одним з найбтьш Ыформативних явищ для вщображення фiзичних процеЫв, що вщбуваються при рiзаннi металiв. Фiзичнi принципи вiброакустичноT емюп пов'язанi з процесами тертя, руйнування i пластично! дефор-маци i е високочастотними хвилями пружноТ дефор-маци, що генеруеться в зон рiзання.
Спроби використовувати ВАЕ для вивчення про-цесiв рiзання, механiзмiв тертя i зносу робилися ще ранше [1 -3]. Але сучасний етап розробки та викори-стання засобiв дiагностики характеризуеться Ытен-сивною комп'ютеризацiею. Обчислювальна технiка використовуеться на вск етапах проектування дiаг-ностичних систем, але, безумовно, головна роль припадае на процес обробки i аналiзу дiагностичноl' Ыформацп. Для дiагностики методом ВАЕ розробка ефективних алгори™в запису, обробки i аналiзу акустичних сигналiв набувае в даний час особливо''' актуальной [4].
Проблеми обробки вiброакустичноl' Ыформаци обумовленi, перш за все, складнютю i рiзноманiт-тям процеав, якi генерують сигнали ВАЕ. ^м того, важливими чинниками, що визначають специфiку пошуку iнформативних дiагностичних ознак, е по-рiвняно рис змiни корисного сигналу при значних рiвнях перешкод, а також нестацюнарнють вим^ рюваних сигналiв.
Дослiдження вiброакустичних сигналiв вико-нуеться вже давно [4-6], але про створення загаль-ного алгоритму аналiзу вимiряних сигналiв говори-ти ще зарано.
Як вiдомо, основними джерелами випромЫю-вання вiброакустичних сигналiв при точЫы е на-ступнi три зони: площина зрушення; поверхня роз-подiлу рiзець-стружка; поверхня розподiлу рiзець-деталь.
У данiй статтi описанi результати дослщження динамiки змiни спектру вiброакустичного сигналу при рiзних подачах Б. Метою аналiзу спектрограм вiброакустичного сигналу був пошук закономiрно-
© Я. В. Барабаш, 2007
стей змЫи спектру сигналу в залежносл вщ подачi, що змiнювалась.
Методика та результати дослщжень
Точiння титановоТ заголвки ВТ20 проводилося рiзцями з вбудованим датчиком вiброакустичноТ емiсií. Обробка проводилась на верстал ТПК-125ВМ з ЧПУ. Вимiрювання шорсткостi здмснюва-лися за допомогою приладу Surtface фiрми «Taylor-Hobson». Застосовували повздовжний рiзець, оснащений круглою пластиною з BK-8 дiаметром 7 мм з наступними геометричними параметрами: а = 5°, y = 0°.
Схема експериментальноТ установки включала наступнi компоненти: широкосмуговий датчик ВАЕ, попереднiй пщсилювач i швидкодiючий АЦП, вбу-дований в персональний комп'ютер. Сигнал ВАЕ записували з частотою 44100 Гц. Пюля чого вЫ оброблявся спе^альним пакетом програм «Cool Edit 2000» для аналiзу звукових сигналiв: сигнал мас-штабувався по амплiтудi, проводилася фтьтра^я для вiдсiкання шумiв роботи верстата, будувала-ся спектрограма та розраховувалася середня енер-пя вiброакустичного сигналу для кожного досвщу (перiоди врiзання i виходу рiзця не враховували-ся).
Спектрограму будували за допомогою швидко-го перетворення Фур'е з використанням згладжу-вання по методу Блекмана-Харрюа при кiлькостi вибiрок 4096 i частотi 48000 Гц, так як використову-вали звукову карту осктьки .
Для фтьтраци сигналу в кожному експерименл записувався нетривалий за часом сигнал (5-10 с) при працюючому верстал та включенм подачу а потiм спектр цього сигналу програмно вщымався iз спектру сигналу, отриманого при рiзаннi. Таким чином, пюля фтьтраци вiброакустичний сигнал не мютив в собi частоти, що вщповщають сигналам вiд верстата i електродвигунiв головного руху та подачу тертя в передачах, що направляють.
Було проведено експерименти, при таких режимах: глибина рiзання t = 0,2 мм, швидкiсть V
Э = 0,01 мм/об
Э = 0,05 мм/об
0 12000 16000 20000 24000
Настота Р, Гц
100 -120
0
12000 16000 20000 24000
8000 12000 1600 Частота Р, Гц
0
Э = 0,1 мм/об
-100
-120
Э = 0,15 мм/об
4000 800
)0 12000 "Ш00
Частота Р, Гц
12000 16000 20000 24000
4000 800
)0 12000 1В0С
Частота Р, Гц
12000 16000 20000 24000
0
Э = 0,2 мм/об
00
-120
Э = 0,25 мм/об
4000 800
)0 12000 "Ш00 Частота Р, Гц
12000 16000 20000 24000
4000 800
)0 12000 1600 Частота Р, Гц
12000 16000 20000 24000
Рис. 1. Спектрограмм криво!', що огинае вiброакустичних сигналiв при рiзних подачах 5
0
00
-120
4000
б
а
0
0
в
г
0
0
Рис. 2. Залежнють змЫи середнiй енергп КМЭ вiд подачi 5
/55М 1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2007
- 155 -
= 280 м/хв, а подачу S змшювали вщ 0,01 до 0,25 мм/об. На рис. 1 представлен спектрогра-ми криво!', що огинае вiброакустичного сигналу при рiзних значеннях S.
При збтьшенн подачi S амплгтуди гармонiк практично не змЫюються, а вiдбуваеться зростан-ня амплггуди сигналiв з частотами мiж гармонка-ми.
На основi отриманих даних для кожного експе-рименту була розрахована середня енерпя RMS вiброакустичного сигналу (рис. 2).
Отриман залежностi порiвнювали 3i змiряною шорсткiстю обробленоТ поверхн при тих же подачах (рис. 4). При порiвняннi залежностей середньоТ енергп RMS i шорсткостi обробленоТ поверхнi вiд подачi спостерiгаеться практично лiнiйна залежнють на обох графiках (рис. 2 та рис. 3).
На основi отриманих даних були побудован залежносл змiни середньоТ енергiТ RMS вщ шорст-костi Ra обробленоТ поверхнк На всьому дiапазонi подач (рис. 4) видно практично лУйний зв'язок середньоТ енергп RMS з параметром шорсткосл Ra.
Отриман результати показують можливiсть за-стосування запропонованоТ методики обробки i ана-лiзу сигналу ВАЕ для оцЫки шорсткостi обробленоТ поверхн в широкому дiапазонi подач безпосе-редньо в процес обробки.
Висновки
При точiннi титанового сплаву рiзцями ВК8 вiброакустична емiсiя може бути використана для дiагностики процесу точiння i оцiнки шорсткосл обробленоТ поверхнi. При цьому найбтьш Ыфор-мативним е спектр сигналу ВАЕ мж значеннями на спектрограмi огинаючого акустичного сигналу, ам-плпуда якого росте зi збiльшенням об'ему плас-тичноТ деформацп.
Встановлено залежнють мiж середньою енер-гiею RMS акустичного сигналу та шорсткютю обробленоТ поверхнк За даними ВАЕ можна оцЫю-вати шорсткiсть обробленоТ поверхн безпосеред-ньо в процеа рiзaння, що дозволить надалi ство-рити методику монiторингу стану шорсткосл обробленоТ поверхнк
Перелiк посилань
1. Подураев В. Н., Горелов В. А. Технологическая диагностика резания методом вiброaкус-тической эмиссии. - М.: Машиностроение, 1988. - 56 с.
2. Остафьев В. А., Антонюк В. С., Г. С. Тымчик Диагностика процесса металлообработки. -КиТв: Техыка. 1991. - 152 с.
3. Iwata K., Moriwaki, M. An Application of Acoustic Emission Measurement to In-Process Sensing of Tool // Annals of the CIRP. - 1977. - 1. - № 25. -P. 21-26.
4. Dornfeld D. A. In Process Recognition of Cutting States // JSME International Journal. - 1994. -37. - № 4. - P. 638-641.
5. Teti, R., La Commare, U. Cutting Conditions and Work Material State Identification through Acoustic Emission Methods // Annals of the CIRP.
- 1992. - 1. - № 41. - P. 89-92.
6. Филоненко С. Ф. Акустическая эмиссия. Измерение, контроль, диагностика. - К.: КМУГА, 1999. - 312 с.
7. Uehara K. & Kanda Y. Identification of Chip Formation Mechanism through Acoustic Emission Measurements // Annals of the CIRP. - 1984. - 1.
- № 33. - P. 71-74.
Поступила в редакцию 22.05.2007
5 m
5 £
i-o о i-пз m о x о о. ш
3
2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Подача S, мм/об
0,25
Рис. 3. Залежнють змЫи шорсткосл Ra обробленоТ поверхн вщ подaчi S
ш
ч -12-
со
§
о:
к S -14-
^
а
е
X
о
к -16-
к
X
ч
е
а
О -18-
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
Шероховатость Ra, мкм
Рис. 4. Залежнють змЫи середньоТ енергп RMS вщ шорсткосп Ra обробленоТ поверхн при зм^ подaчi S
При точении титанового сплава виброакустическая эмиссия может быть использована для диагностики процесса точения и оценки шероховатости обработанной поверхности. Установлена зависимость между средней энергией RMS акустического сигнала и шероховатостью обработанной поверхности. По данным ВАЕ можно оценивать шероховатость обработанной поверхности непосредственно в процессе резания, что позволит в дальнейшем создать методику мониторинга состояния шероховатости обработанной поверхности
The process of turning titanium alloys with the purpose of the finding the relationship between signals from cutting area and the treated surface's roughness was investigated. The most informative frequency band of the viaacoustic emission signal was defined. The connection between the acoustic signal's RMS and the treated surface's roughness was determined.
ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 2/2007 — 157 —
