Способ определения износа режущих кромок инструмента

 

Изобретение относится к измерениям в машиностроении. Цель изобретения повышение точности определения износа режущего инструмента при механообработке. Износ режущих кромок определяют по изменению шероховатости поверхности, обработанной этим инструментом, для чего обрабатывают поверхности детали инструментом до его износа, а также при различных значениях его износа. Определяют пространственно-частотный спектр неровностей ее поверхностей и мощности гармонических составляющих профиля шероховатости на участках спектра. Дополнительно определяют полосу частот составляющих профиля шероховатости, суммарная мощность которых соответствует 90% мощности этого профиля, которую учитывают при определении износа. 2 табл., 4 ил.

СОК)Э СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Щ (5! ) 5 G 01 N 3/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4952698/28 (22) 22.04.91 (46) 23,05.93. Бюл. N. 19 .(71) Московский станкоинструментальный институт (72) А,В, Шулепов и Н,Н. Марков (56) Доброрез А,П., Шустер Л.Ш. Анализ закономерностей разномерного износа и шероховатости обработанной поверхности методом корреляции, В кн, Вопросы оптимизации процесса резания металлов. Труды УАИ им,С,Орджоникидзе, вып.19,,1971, с,101 — 107, Авторское свидетельство СССР

N 1698701, кл, G 01 N 3/58, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩИХ KPOMOK ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к измерениям в машиностроении. Цель изобретения —.

Изобретение относится к измерениям в машиностроении, в частности к методам оценки значения износа режущих,кромок инструмента.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности определения износа режущих кромок инструмента.

Заявляемый способ основан на следующих экспериментальных предпосылках, При обработке неизношенным лезвийным инструментом особенностью образующих ся неровностей является наличие в профиле неровностей мощной составляющей, кото„„SU„„1817004 А1 повышение точности определения износа режущего инструмента при механообработке. Износ режущих кромок определяют по изменению шероховатости поверхности, обработанной этим инструментом, для чего обрабатывают поверхности детали инструментом до его износа, а также при различных значениях его износа. Определяют пространственно-частотный спектр неровностей ее поверхностей и мощности гармонических составляющих профиля шероховатости на участках спектра, Дополнительно определяют полосу частот составляющих профиля шероховатости, суммарная мощность которых соответствует 90;4 мощности этого профиля, которую учитывают при определении износа. 2 табл., 4 ил, рая обусловлена кинематикой процесса и геометрией режущих кромок инструмента, При этом профиль представляет собой узкополосную случайную функцию, у которой спектральная плотность сосредоточена в сравнительно узком интервале частот, Таким образом можно указать такой интервал (полосу) частот Л f = fb - fa в спектре, в котором будет сосредоточена подавляющая часть мощности профиля, например, не менее 90 — 957;, Такой интервал частот (fa...1ь) спектра можно называть эффективной полосой Л1,фф., а его изменение рассматривать в качестве критерия износа режущих кромок инструмента, 1817004 ь .

fG(f)a(f) (0,9...0,95)0

fa

Ыэфф. = ть а

При. износе режущих кромок инструмента в профиле неровностей появляются новые составляющие (ниэкочастотные и высокочастотные), обусловленные изменениямй геометрий режущих кромок, изменениями режима колебаний системы СПИД, упругих и пластических деформаций и т.д.

Такие изменения профиля происходят scerда и они сопровождаются изменением эффективной полосы частот Л5 фф. профиля неровностей, 15

Предлагаемый способ определения износа режущих кромок инструмента заключается в следующем.

Новым неиэношенным приработанным режущим инструментом обрабатывают по- 20 верхность детали, измеряют шероховатость обработанной поверхности, определяют плотность спектра мощности профиля, определяют эффективную полосу частот профиля неровностей, в которой содержится, например, 95 мощности профиля.

Для определения износа инструмента, в любой момент его использования, повторяют все перечисленные операции по нахождению эффективной полосы частот 30 .спектра для текущего состояния режущих кромок, О степени износа инструмента судят по разности значений эффективной полосы частот спектра профиля неровностей, Пример реализации способа. Приме- 35 нение предлагаемого способа рассматривается на примере определения зависимости износа режущих кромок токарных проходных резцов (геометрия резцов: p = 45;

pl - 15; а - 10; радиус при вершине r = 1 мм), 40 оснащенных твердым сплавом ТТ10К8Б и, эффективной полосы частот спектра профиля неровностей.

Обрабатывались в центрах. жесткие детали иэ стали 45 иэ одной заготовки с тавр- 45 достык HB 200...210 на токарном станке мод.16К20 при следующих режимах резания: скорость резания V - 155 мlмин; подача $ - 0,08 мм/об, глубина резания т = 0,5 мм. Износ режущих кромок резцов 50

h î по задней поверхности измерялся с помощью большого инструментального микроскопа БМИ-1Ц с цифровым отсчетом (дискретность отсчета 0.001 мм). Шероховатость обработанных поверхностей измеря- 55 лась профилометром-профилографом модели 252, который через аналого-цифровой преобразователь и устройство сопряжения связан с ПЭВМ "Электроника 85".

Профили неровностей в виде дискретных последовательностей вводились в оперативную память ЭВМ, При обработке деталей определялось значение износа резцов и измерялись профили шероховатости, обработанных этим инструментом, поверхностей. На рисунке 1 представлены отдельные профилограммы поверхностных неровно-. стей, полученных при обработке неиэношенным (а) и изношенным (б) инструментом с износом h = 0,23...0,25 мм. Значения параметра шероховатости йа при обработке неизношенным и изношенным инструмен- . том составили, соответственно 0,23 мкм и

0,22 мкм (изменение на 4.5 ), значения дисперсии профиля О соответственно составили 0,075 мкм и 0,078 мкм (изменение на

5,3 /), Определялась оценка функции ПСМ профиля неровностей, по которой определялось значение эффективной полосы частот спектра профиля Л4 фф,, учитывающей не менее 907 мощности профиля, На рисунке 2 представлены графики функций ПСМ профилей неровностей поверхностей, обработанных неизношенным (а) и изношенным, (б) инструментом. Значения спектральной плотности на отдельных частотах приведены для, неизношенного и изношенного инструмента в табл.1 и 2 соответственно.

Для представленных спектральных характеристик определялись параметры эффективной полосы частот (рис,За,б), которые составили 29,1 (1/мм) для неиэношенного и

40,75 (1/мм) для изношенного инструмента, Изменение значения Afэфф, при износе режущих кромок до значения h>n - 0,25 мм составили 11,53 (1/мм) или 39,5 4.

Таким образом, предлагаемый параметр hf>@y. обеспечивает повышение чувствительности на 35$ по сравнению с нормируемым параметром шероховатости

R>, Экспериментальные исследования проведенные для операций фреэерования, протягивания показали высокую эффективность этого способа, Главная область применения способа определения износа инструмента — обработка резанием на чистоеых режимах.

Возможные пути реализации предлагаемого способа основываются нв применении современных приборов для йзмерения шероховатости профильными методами, позволяющими выполнять измерения как на станке, так и вне станка.

Для реализации способа определения износа предложено устройство, блок-схема которого, представлена на рис.4. Устройство подключено к аналоговому выходу электронного блока профилографа (поз.1), к

1817004 которому одновременно подключены блок измерения дисперсии профиля на участке профиля L(2) и система полосовых фильтров (3) с центральными частотами fi f2,...,fn u. одинаковой у всех узкой полосой пропу- 5 скания Л f. К выходам каждого фильтра подключены блоки измерения дисперсии (мощности) (4) составляющих профиля с частотами Afi, которые в свою очередь подключены к блоку (5) определения интервала 10

Ь fg с максимальным значением дисперсии

Dfhfa). Блок(6) предназначен для суммиро- вания значений дисйерсии составляющих профиля в интервале частот Ьfk и прилегающих к нему йнтервааах ..... Afp -.z, 4 fg - 1, 15 fk + 1 М с +,,2"" .Блок сравнения (7) подключен одновременно к выходу блока (6) и блока (2}. На выходе блока (7) Формируется значение

А4фф„которое передается на вход блока {8) 20 определения износа инструмента по значе.нию Л1эфф.. Блок (8) может быть подключен, например, к"системе управления станка.

Работает устройство следующим образом. При измерении шероховатости повер- 2.- хности обработанной детали с выхода электронного блока профилографа (1) элек-, трический сигнал постоянного тока, пропорциональный измеряемым неровностям профиля, подаетея на вход блока измерения дисперсии профиля (2), в котором определяется средняя дисперсия профиля и заданная ее часть, например 90%, передается на блок сравйения (7). Одновременно сигнал с блока (1) подается на систему полосовых З5 фильтров (3}, которые осуществляют спектральный анализ профиля неровностей., В блоках(4) определяются дисперсии (мощно-: сти} выделенных спектральных составляющих. (Сумма дисперсий всех составляющих 40 профиля Р(Л61, = 1„„п численно равна дисперсии профиля, определяемой в блоке (2). В блоке(5) определяется тот интервал 45 частот составляющих профиля, в котором значение дисперсии максимально. В окрестности этого интервала частот и определяется эффективная полоса спектра Ь|эфф.. В

r блоке {6) производится суммирование (накопление) значений дисперсии в интервалах частот в окрестности интервала hfk, при этом число интервалов частот составляющих, дисперсии которых суммируют- . ся, увеличивается, а получающаяся сумма сравнивается в блоке (7) с 90 дисперсии профиля. Процесс накопления дисперсий спектральных составляющих профиля и сравнения продолжается до тех пор, пока накопленная сумма будет не меньше заданной части (90%) дисперсии профиля Р >

Значение Лб фф. получается как э

5, э.фф. = Л f x (2) + 1), где Ь| — ширина полосы фильтров,(2)+ 1)— число просуммированных интервалов частот, Значение f ô. передается в.блок (8), в котором на основе заложенной в него зависимости Л 4фф, от износа инструмента, определяется значение износа инструмента.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в возможности повышения точности определения износа режущего инструмента, снижении затрат, связанных с преждевременной до выработки ресурса сменой инструмента.

Формула изобретения

Способ определения износа режущих кромок инструмента, заключающийся в том, что обрабатывают поверхности детали инструментом до его износа, а также при различных значениях его износа, и определяют после обработки детали .пространственно-частотный спектр неровностей ее поверхностей и мощности гармонических составляющих профиля шероховатости на участках спектра, с учетом которых судят об износе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно определяют полосу частот составляющих профиля шероховатости, суммарная мощность которых соответствуBT 90 мощности этого профиля, которую учитывают при определении износа.

1817004

Таблица 1

Б 8 i .13?211Е-ОЗ жб85Е-ОЗ .109616Е-О9 .452762Е-04

29 Зо 3. 3? «. .?6135?Е-03 .166611Е-ОЗ .64Б?75Е-ОЗ (.180065Е-О?

° 492194Е-03

° 1941ж-аз.355837Е-ОЗ

ЗВ 39 Чб, 173946е.о3 4 .Чб?347е-03I .444026е-оз

44 49 46 47 I 46 ,111491Е-03 .666544Е-О4,560449Е-04 ° 4009?9Е-ОЗ $,8%E-ОЗ

Дисперсия с гммарнаа Г = .. ЯБ442Е-(1 мкм4.Таблица 2.694293Е-04 531525Е-04

° 622429Е"03

ЗЗ i 39 f 4« .36224ЗЕ-04 3 .266722Е-ОЧ .214354E-04 I ° 216063Е-04

35 . 1 36 ,179705Е-03 572479Е-04

43 44 45 .380269Е-04 .225324Е-04 206947Е-04

51 52 53 54 .402543Е-04 .415576Е-04 .461348Е-04 .61859ЗЕ-04

59 60 . 61 62 .163416Е-О4,165276Е-04 .213626Е-04,307912Е-04

57 58

«212901Е-04 .289035Е-04

Дисперсия суммарная D .78982EE-01 мкм

ЗЗ .561175Е-ОЗ

41 ,396304Е-ОЗ

17 .-392725Е-02

25 .115284Е-04

33 .255541Е-02

41

° 368772E-04

49 .201917Е-03

? .286979Е-ОЧ

34 ,208791Е-ОЗ

42 ,443107Е-ОЗ

10 .236078Е-0

16 .10288Е-02

26 ,218459Е-0

34

° 661047Е-03

42 .244427Е-04

50 ,Л1477Е-04

3 .813915Е-04

7 .ЗИ45БЕ-03 р .156676Е-ОЗ

ЧЗ .171498Е-ОЗ

3 .265522Е-б4

4 .154644Е-ОЗ

ЗБ . 1Z1665E-03

Л48416Е-ОЗ

31 .638324Е-44

46 ,3399Е.ЮЧ

«

1 .320998е-02 I

47 1 46 ,305241Е-OÇ (.669?65Е-03

55 56

394801Е-04 364778Е-04

63 64 .155276Е-02 .612408Е-02

1817004

»

4.1 . - .-.4 .1Ц б ° °

f ба

I I < -.

1 ,б

° 1 Ф

1 .J е,а ба - И

I а ° 1 Ф ь, 4

"ЭВ а

1 1 б б

° »

1 4

1 а .Ъ ..., б 4

Ф 1 " 4 1 Ф

14 В 1

Ф.,а J. «1

I б

1 / 1 1

1 а 1 а ! -., !.(.-1 т ™Ф

Ф аа„! Ч ! ) ° °

- . -, . Ф - - -,. - 41ri ! 1 Ъ I

I 1 б б 4, !!б 4. -- Ф!> б

1

В I 4 4! е - 1

° 1 1

- - ч- . ,J . ° =i- 4 - б «

Еа, 1 ! 1 Ф

1 11

1 В 3

) Ф

I .б..,.. а - --,.-V

1 ! Ф 1

1 4 4

В

Ф 4 4 ° . В д. Л. л..ф.

° 1 °

)., е

» б

4 I ъба . бб"б

° 1

° ° °

1 ,)б б ) I

I с бЦВ Ф б ° ° 1 " ;- - б

I )1

° Ф

1 .3 .Фа ..а Ф

1 !

1 ба 4 Ф

I

1 Ъа

Ф

1 . 4!4 1 е

1 б 4, ° ."ф ° 4Ф

> 1 ° .

1 ,1 - . -бе.;

1 1 ! ° !»

1 ...,.. Э... - а-... б ! ° . а 1 1!

4 -,Э

- .1 б. ° !.-11- - .1 1

4 а«б 1 !

Ф .J. --,.-1

1 б -а 4 б

1 4 ° ,б ф! 1 ° ° б . 1 °

1 . ° ° .+ °

Ф,, 4

° 1

Ф а

Ф,! а .J.

-1 б °

1 Д» 1 е б 1 ! Ф

I ! 4 " 1 а ° г ° 1 4 Э 1 Ф

Ф

1817004.1 м -= с

0. 6.ЧГ

Э

F J, 1iì÷

j(f) 1 мум2.155. 55Е

ЬО25

I»,. . . aS

1 ....

4 32 40 48

9 ! ..

56 64

43.84 4Ч.ЧЧ, 16 2

t3 0 1Ч.23 25.38 31 53 3>.68.)

F,1 мм

0.7) 6. Ч2

9иг. Г

l 1е- --йеефе «319 ° -- .9941-- -э! ° Âå °

16 24 3: 4v 48 5(. 64

t3,0 : Л .23 25 .39 3t,53 3 68 43 .84 4Ч .ЧЧ в

1817004

4 8 1& ?4 3? И 48 5& &4

0.77 &.9? 13.07 19 ° 23 25.38 31.53 37,&8 43.84 49,99 . Г у.1/мм

Ю 8 1Ь 4 3; 40 .. 48 а6 &4 7

9,77 6 ° 92 13 07 19.23 25.38 Й,53 Г.&8 43 84 49.99 F у. Ъ/ии! 817004!

1 !

I ! ! ! ! !

l ! !

1 ! ! ! !

1 !

J !

1, ! (Составитель А, Шулепов

Техред М.Моргентал Корректор О, Густи

Редактор Т, Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1719 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5