Мониторинг износа режущего инструмента при токарной обработке на станках с ЧПУ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

УДК 67.05

Севастьянов Александр Александрович

студент ТГУ, 2 курс г. Тольятти, РФ Е-mail:[email protected] Селиванов Александр Сергеевич канд. техн. наук, доцент ТГУ, г. Тольятти, РФ Е-mail:[email protected]

МОНИТОРИНГ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Аннотация

В работе представлена методика диагностирования состояния режущего инструмента и алгоритм оценки его остаточной стойкости на основе контроля тока в электроприводах станка с ЧПУ в режиме реального времени. Экспериментально показана чувствительность параметров электроприводов (в частности квадратурного тока) к контактным нагрузкам в зоне стружкообразования. Установлено, что при переходе к катастрофическому износу наблюдается резкое изменение характера распределения (среднеквадратичного отклонения) величины тока в электроприводах станка.

Ключевые слова Износ режущего инструмента, токарная обработка, станки с ЧПУ.

Введение

Актуальным направлением в развитии программируемой обработки на станках с ЧПУ является онлайн диагностика состояния режущего инструмента. Обзор научно-технической литературы [1-5] показал основные направления в развитии компьютеризованных систем диагностики режущего инструмента. В большинстве случаев используются косвенные методы оценки износа, например, по составляющим сил резания, термоЭДС, вибрации, шуму и т.д., соответствующие определенной степени износа инструмента [1,3,4,5]. Общим недостатком существующих подходов в оценке стойкости инструмента является необходимость наличия различных датчиков в зоне резания, что в реальных условиях обработки затруднительно, особенно в условиях массового выпуска продукции.

Современные системы ЧПУ с открытой архитектурой имеют арсенал диагностических возможностей технологического оборудования [1, 6]. Открытая архитектура позволяет одновременно обеспечить доступ к переменным контроллера движения для всех управляемых координат станка. Использование таких диагностических возможностей систем ЧПУ позволяет интегрировать в них различные алгоритмы диагностирования состояния режущего инструмента в процессе обработки, причем без необходимости установки на оборудование дополнительных датчиков.

Методика диагностики состояния режущего инструмента

Сущность диагностики режущего инструмента на токарном станке с ЧПУ сводится к оценке изменения параметров электроприводов (в частности квадратурного тока и момента) по управляемым координатам станка и привода главного движения. При работе новым инструментом силы резания и момент резания значительно меньше, чем при работе изношенным инструментом, что отражается на переменных электропривода станка. В процессе износа инструмента происходит увеличение момента, т.е. изменение сил резания и момента резания в течение времени, что можно представить как функцию износа инструмента. Увеличение момента резания или сил резания приводит к возрастанию момента или токов, считываемых с электроприводов. Если установить предельно допустимую величину момента резания и соответственно момента в приводе, например, главного движения, соответствующую предельно допустимому износу инструмента, то представляется возможность оценки состояния инструмента по результатам «опроса»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х

системой ЧПУ электроприводов станка согласно следующему алгоритму (рис. 1.).

Рисунок 1 - Алгоритм диагностирования состояния режущего инструмента в системе ЧПУ FlexNC

Для практической реализации предложенного подхода было выполнено экспериментальное исследование.

Методика экспериментального исследования

Экспериментальные исследования выполнены на токарном станке с ЧПУ модели 16Б16Т1С1 с системой ЧПУ FlexNC и контроллером движения TurboPMAC (Delta Tau) [7]. В качестве образцов использовали предварительно обточенные заготовки 0 40 мм и длиной 100 мм. из стали 45 ГОСТ 1050-88. Обработку образцов проводили инструментом BOEHLERIT PDJNR 2525 M15 пластина DNMG 1506 1.2 CT35M Sandvik на следующих режимах:

- скорость резания - 100 м/мин;

- подача - 0,2 мм/об;

- припуск на обработку - 0,35 мм.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

В процессе обработки СОЖ не применяли.

Качественную оценку износа твердосплавных пластин проводили путем анализа фотоснимков, полученных с помощью оптического микроскопа «Лабомет» при увеличении *20 и ><50.

В процессе обработки с помощью диагностических возможностей системы ЧПУ проводили в автоматическом (программном) режиме запись моментов и токов в приводах станка. Обработку записанных значений проводили в Excel. Рассчитывали средние значения записанных величин, среднеквадратичное распределение и дисперсию. Проводили оценку распределения случайной величины (момента Ms, тока Ix и тока Iz).

Проведение экспериментального исследования проводили в два этапа. На первом этапе осуществляли запись значений в электроприводах станка на холостом ходу. На втором этапе проводили обработку заготовки с заданным припуском. Запись значений в приводах станка осуществляли на каждой восьмой обработанной детали. В процессе проведения экспериментального исследования было обработано 200 образцов.

Результаты экспериментального исследования

На рис. 2. приведены фотоснимки режущей кромки инструмента, иллюстрирующие развитие очагов износа в течение всего времени обработки партии образцов.

О

X

Рисунок 2 - Развитие очагов износа режущего инструмента за период его стойкости

На рис. 3 приведены результаты записанных значений моментов в приводе главного движения (Ms), полученных при обработке новым и изношенным на разных стадиях инструментом.

Значения момента в приводе главного движения I!

М&,Нм «

■J

2.J 2 1,5 1

J ■ \ 1 \ ,л - / \ ^

" ' .V 1 /

\!\ / ''Anftf V\KAJ • 1

У- "л ■ А \к V Л - Vi А 1л /-%-л■ -J гА-)гл 11 пД . ' u /V A" 1 A>e.-5J,"\ A " J Л и ' V-

Vii 1 V v^Uwгf WW 1J,"*\/ 1 *; * ■ V- у. * . ^'■••Xt *\/ ■ a . ..*? * ** * У *! L iT * щ ЧГАТЛ**«" ТГ^Т ur 1 ♦ % V ici "Л-*. .¡^к^JT: . *f ,Ж yWr иг 1 V « , *4»» • • ! У, «

V Ок VA^AA.A

У * *v* Jf V* • ♦ * ♦ V *v ♦ • * 4 * • * V ♦ V*

*■

^кр. износ

норм. ^экс пл.

приработка

сервоцикл onüoca

20 -10 (50 50 юо по 1-10

Рисунок 3 - Записанные значения момента Ms при обработке новым и изношенным

на разных стадиях инструментом

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

Из анализа рис. 3 следует, что с увеличением износа инструмента средние значения записанных величин увеличиваются. Кроме того, наблюдается также увеличение разброса записанных значений момента (тока) в электроприводе. Это обусловлено влиянием вибраций изношенного инструмента.

Как следует из представленных зависимостей, наблюдается характерное увеличение значений переменных состояния электроприводов станка. Как было отмечено выше, кроме увеличения средних значений наблюдается увеличивающийся по мере износа инструмента разброс записанных значений. Был выполнен статистический анализ распределения случайных величин, в нашем случае моментов и токов, полученных при различных степенях износа инструмента. На рис. 4 представлены результаты статистического анализа записанных значений величин моментов в приводе главного движения.

Рисунок 4 - Результаты статистического анализа

Как следует из анализа рис. 4, зона перехода к критическому износу характеризуется резким изменением значения среднеквадратического отклонения записанного значения момента в приводе главного движения. Этот параметр может быть использован, наряду со средним значением, в качестве диагностического признака состояния износа режущего инструмента.

Заключение

Предложенную методику и алгоритм диагностирования режущего инструмента возможно интегрировать в системы ЧПУ открытой архитектуры с целью мониторинга остаточного ресурса режущего инструмента в процессе механической обработки. Список использованной литературы:

1. Григорьев А.С. Инструментарий системы ЧПУ для диагностики и прогнозирования износа режущего инструмента в реальном времени при токарной обработке // Вестник МГТУ «СТАНКИН», № 1(18), 2012. -С.39-43.

2. Диагностика автоматических станочных модулей /Под ред. Б. М. Бржозовского. - Саратов.: Изд-во Сарат.ун-та, 1987.-152с.

3. Заковоротный В. Л., Борачев Е. В. Информационное обеспечение системы динамической диагностики износа режущего инструмента на примере токарной обработки // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 1995. -№3. -C.118- 133.

4. Зориткуев В.Ц., Никитин Ю.А., Сидоров А.С. Мониторинг и прогнозирование износа режущего инструмента // СТИН, 2007, № 10, С.31 - 34.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х

5. Сидоров А.С. Диагностика состояния режущего инструмента / А.С. Сидоров // Главный механик. 01. 2011. С.24 - 31.

6. Рыбалко А.П., Рыбалко С.А. Адаптивные, диагностические и программные возможности системы ЧПУ FlexNC // Автоматизация в промышлености. - 2010. - С.21-26.

7. Электронный ресурс www.deltatau.com

© Севастьянов А.А., Селиванов А.С., 2016

УДК 681.527.7

Синицын Алексей Витальевич

к.т.н., доцент МГТУ им.Н.Э.Баумана, г. Москва, РФ

E-mail: [email protected] Рассадкин Юрий Иванович к.т.н., доцент МГТУ им.Н.Э.Баумана, г. Москва, РФ

E-mail: [email protected]

СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТНОГО КОНТУРА РАДИОТЕЛЕСКОПА РТ-7.5

Аннотация

В статье представлена методика синтеза корректирующих устройств контура управления скоростью систем с многомассовой упругой механической передачей.

Ключевые слова

Радиотелескоп, система автоматического управления, контур управления скоростью.

Как показано в статье [1] математическая модель скоростного контура может быть представлена в виде структурной схемы (рисунок 1).

Рисунок 1 - Математическая модель скоростной подсистемы

На рисунке: J = Jдв + У - суммарный момент инерции всех подвижных частей, приведенный к валу двигателя;

->2„2 1 , ^ £ т> „ , т>2„2

M (s) =

1+ TS + T32 s2 1 + 2%3T3s + T S

1 + rs + T32 s 2 1 + 2^3 T3 s + T32 s 2

(1)

-5 ° х 1 ^ЬЗ^-З^ 1

- передаточная функция, учитывающая влияние на контур скорости упругой механической передачи;

T =

1гз

1

T'= i- =

c (о,

J

ДВ

J3 ^ ^В

постоянные времени;

З