№ 9.2545.2014/К, соглашение № 14.593.21.0004 от 04.12.2014 г., уникальный идентификатор проекта RFMEFI59314X0004.
Л и т е р а т у р а
1. ISO 11562:1996. Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Профильный метод. Метрологические характеристики фильтров с коррекцией фазы.
2. ISO 16610-21:2011. Geometrical product specifications. Filtration. Part 21: Linear profile filters: Gaussian filters.
3. ГОСТ P 8.652—2009. Метрологические характеристики фазокорректированных фильтров.
4. ISO 13565-1:1996. Geometrical Product Specifications. Surface texture: Profile method; Surfaces having stratified functional properties. Part 1 : Filtering and general measurement conditions.
5. Jiang X. Robust solution for the evaluation of stratified surfaces // CIRP — Annals — Manufacturing Technology. 2010. V. 59. N 1. P. 573—576.
6. Savitzky A., Golay M. J. E. Smoothing and differentiation of data by simplified least-squares procedures // Anal. Chem. 1964. V. 36(8). P. 1627—1639.
7. Seewig J. Linear and robust gaussian regression filters // J. Physics: Conf. Ser. 2005. V. 13. P. 254—257.
8. ISO/TS 16610-31:2010. Геометрические характеристики изделий (GPS). Фильтрация. Часть 31. Фильтры робастно-го профиля: Гауссовы регрессионные фильтры.
9. Krystek M. Form filtering by splines // Measurement. 1996. V. 18. P. 9—15.
10. Goto T., Miyakura J., Umeda K. A robust spline filter on the basis of L2-norm // Precision Eng. 2005. V. 29. P. 151—161.
11. ISO/TS 16610-22:2006. Геометрические характеристики изделий (GPS). Фильтрация. Часть 22. Фильтры линейного профиля: Сплайн-фильтры.
12. ISO/TS 16610-32.2009. Geometrical product specification. Filtration. Part 32: Robust profile filters: Spline filters.
13. ISO/TS 16610-40:2006. Geometrical product specifications. Filtration. Part 40: Morphological profile filters: Basic concepts.
14. Латонов И. В., Шулепов А. В. Способ бесконтактной оценки шероховатости поверхности по ее цифровому изображению, формируемому оптической системой измерительного микроскопа // Вестник МГТУ «Станкин». 2013. № 1. С. 1 41 —1 45.
15. Конов С. Г., Марков Б. Н. Алгоритм коррекции погрешности от перспективных искажений изображений измерительных меток // Метрология. 2011. № 3. С. 8—15.
Дата принятия 15.04.2015 г.
621.914.1.004.58:621.9.06.529
Диагностика и контроль керамического инструмента при высокоскоростном фрезеровании закаленных сталей на станках с ЧПУ
С. Н. ГРИГОРЬЕВ, М. А. ВОЛОСОВА
Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия, e-mail: science@stankin.ru, rector@stankin.ru
Показаны принципы работы алгоритма комплексного диагностирования и контроля состояния керамического инструмента при фрезеровании закаленных сталей. Алгоритм для распознавания износа инструмента основан на использовании силовых параметров, а для распознавания скалывания — виброакустического сигнала. Приведена обобщенная структура подсистемы диагностирования и контроля состояния керамического инструмента в составе системы ЧПУ фрезерного станка.
Ключевые слова: диагностика, керамический инструмент, фрезерование, износ инструмента, силовые параметры, виброакустический сигнал, система ЧПУ.
The principles of the algorithm for integrated diagnostics and control of ceramic tool state during milling of hardened steels are considered. The algorithm is based on the use of force parameters for detecting the wear and of vibro-acoustic signals for recognition of chipping. A generalized structure of subsystem for diagnostics and control of the state of ceramic tool as a part of CNC system of milling machine.
Key words: diagnostics, ceramic tool, milling, tool wear, force parameters, vibro-acoustic signal, CNC system.
В современном промышленном производстве особо актуальна проблема непрерывной эксплуатации прогрессивного технологического оборудования, т. е. простои из-за нарушения работы системы должны быть сведены к минимуму. Это возможно только при обеспечении высокой надежности всех компонентов автоматизированных систем, а также сокращения времени восстановления работоспособного состояния элементов технологической системы, которое,
в свою очередь, напрямую зависит от степени повреждения при несвоевременном отказе режущего инструмента. С внедрением диагностики состояния режущего инструмента и обработанных поверхностей в процессе резания связано развитие автоматизированного металлообрабатывающего производства. Диагностика особенно важна при эксплуатации высокотехнологического оборудования с ЧПУ, предназначенного для обработки сложных корпусных деталей, так как
внедрение систем диагностики помогает снижать количество брака, повышает технико-экономические показатели эксплуатации станков и надежность режущего инструмента.
Для скоростной обработки вы1сокотвердых материалов перспективно использовать керамический инструмент, имеющий высокую твердость, термостойкость в широком диапазоне температур и химическую пассивность по отношению к большинству обрабатываемых материалов. Однако широкое применение такого инструмента ограничено из-за его недостаточно высокой надежности — непрогнозируемого скалывания режущей части в различные периоды эксплуатации.
Из всех видов механической обработки только для процесса фрезерования наиболее характерны нестационарные условия эксплуатации керамического инструмента, когда за один рабочий ход зуба фрезы параметры срезаемого слоя периодически изменяются [1]. Качество фрезерования высокотвердых материалов, в частности закаленных сталей, на станках с ЧПУ в режиме реального времени можно обеспечить с помощью системы диагностирования и контроля режущего инструмента, предназначенной для получения достоверной информации о текущем состоянии процесса резания и принятия на ее основе необходимых управляющих решений.
Рис. 1. Алгоритм комплексного диагностирования и контроля состояния керамического инструмента при фрезеровании закаленных сталей
Исследования состояния инструмента из оксидно-карбидной керамики (пластин без покрытия и с покрытиями) в условиях обработки с переменными параметрами срезаемого слоя на примере торцевого фрезерования закаленных сталей показали, что основным критерием отказа инструмента принят износ ^ по главной задней поверхности цилиндрической части пластины, ограниченной радиусом скруг-ления режущей кромки. Наиболее адекватно критерий отказа ^ отображается силовыми параметрами, которые используют как диагностические признаки в алгоритмах определения состояния инструмента. Покрытие пластин уменьшает хрупкое разрушение инструмента, однако вероятность его отказа из-за сколов до достижения предельного значения [hj существенна. Остановка процесса резания приводит к браку изделий и снижению эффективности обработки керамическим инструментом.
В качестве диагностического признака состояния керамической пластины фрезы необходимо использовать виброакустический (ВА) сигнал, позволяющий отслеживать поломку в течение времени, которое меньше, чем время одного оборота фрезы из-за мгновенного локального изменения амплитудно-частотной характеристики ВА-сигнала в момент поломки [2, 3]. Использование силовых параметров для распознавания поломок режущих пластин менее оправдано, так как этот способ характеризуется большей инерционностью из-за необходимости математической обработки диагностического параметра за один период его изменения.
Таким образом, для обеспечения эффективности работы керамического инструмента в автоматизированном производстве требуется комплексный подход к созданию алгоритма диагностирования его состояния. На рис. 1 показан разработанный авторами алгоритм, отражающий комплексное диагностирование и контроль состояния керамического инструмента при фрезеровании закаленных сталей. Алгоритм работает следующим образом. После ввода исходных данных, предельных значений ВА-сигнала [RBA], оперативно найденных в процессе обработки, вычисляются мгновенные значения сил, с учетом которых назначается силовой диагностический параметр RP, имеющий наибольший коэффициент чувствительности K. Выбираются предельное значение [RP] из базы данных расчета мгновенных значений рассматриваемых силовых параметров с учетом резервного времени и предельное значение [RBA] из исходных данных.
После начала процесса резания начинаются измерения и обработка поступающей информации о RBA и средних значениях R р. Получаемая информация сравнивается с предельно допустимыми значениями [RP], [RBA]. Если после сравнения выдается сигнал «Нет», то инструмент находится в работоспособном состоянии, а если появляется сигнал «Да», то выполняется команда «Stop (прекращение) процесса резания», а затем — «Замена инструмента».
Если реализуется «Да» по силовому диагностическому параметру, то диагностируется новый класс состояний «Последний проход», характеризующий не инструмент, а деталь, которая может быть последней, или на детали проводится последний проход, что наиболее характерно для обработки фрезерованием простых и сложных поверхностей. Распознаванием состояния «Последний проход» измерение силового диагностического параметра прекращается. В этом случае используется зарезервированное время на выпол-
нение последнего прохода при занижении предельного значения [hj на величину Ah^ которая сформировалась в течение последнего прохода. Исполняется команда «Stop измерений RP» и одновременно опрашивается система слежения за перемещением инструмента. Если координата положения инструмента по соответствующей оси X не превышает заданного предельного значения (базового) [Хб], то обработка продолжается. Как только окажется, что X > [Хб], то формируется сигнал «Да» и отрабатываются команды «Stop процесса резания» и «Замена инструмента».
Особенность разработанного комплексного алгоритма диагностирования и контроля состояния режущего инструмента — обеспечение с его помощью надежной работы керамического инструмента в условиях периодического нестационарного резания вследствие резервирования времени фрезерования последнего прохода и занижения предельного значения [hj на определенную величину Ah^ Чрезв
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.