Подсистема контроля режущего инструмента

Контроль состояния инструмента на станке проводится для возможности дальнейшего использования инструмента при обработке деталей и определения его состояния.

Инструмент, установленный на станке, может находиться
в одном из следующих состояний: нормальном, предельного износа, поломанном (с повреждениями режущих кромок).

При обработке нормальным инструментом (но не доведенным до состояния предельного износа) все технологические параметры резания, а также качество обработки соответствуют установленным технологическим требованиям.

Трудности возникают при определении состояния предельного износа, т. е. когда инструмент должен обязательно исключаться
из работы. Можно оценивать предельный износ на основании технологических показателей, например по ухудшению качества обработанной поверхности, изменению характера стружки, появлению вибраций, чрезмерному нагреву детали.

Проще обстоит дело с фиксаций поломок инструмента, так как поломка проходит мгновенно, скачком, и измеряемый параметр также изменяется скачкообразно. Его уровень при резании новым и даже изношенным инструментом обычно значительно отличается от уровня при поломке, так что фиксация поломок всегда более достоверна, чем фиксация предельного износа.

При разработке методов контроля прежде всего должны быть определены условия его проведения: должен ли он проводиться в ходе работы (резания) или достаточно вести его в "нерабочее" время.

В связи с этим могут быть выделены два вида контроля: прямой и косвенный.

При прямом контроле измеряются геометрические размеры инструмента, которые изменяются при износе, поломке или выкрашивании. Например, измерение длины инструмента позволяет установить его поломку, а измерение площадки на задней грани дает возможность оценить реальный износ.

Для косвенного контроля характерно измерение параметров, изменение которых является следствием изменения состояния инструмента.

В зависимости от того, в какой момент цикла изготовления детали проводятся измерения, возможны два вида контроля:

периодический, который осуществляется вне процесса резания (до и после него), и текущий – в ходе резания.

Как правило, периодический контроль проводится прямыми методами измерения, что гарантирует высокую надежность фиксации поломок. Периодический контроль применяется тогда, когда текущий контроль невозможен по каким-либо причинам. Периодический контроль особо целесообразен для проверки мелкого осевого инструмента (сверла, метчиков, концевых фрез диаметром
до 6–8 мм), поломки которого плохо фиксируются текущим контролем, основанным на косвенных методах.

Периодический контроль вне рабочей зоны может производиться либо после возврата инструмента в магазин, либо, наоборот, до его выбора из магазина и установки в рабочую позицию.

Преимуществом контроля вне рабочей зоны является возможность совмещения контроля одного инструмента с работой другого, так что контроль не ведет к непроизвольным потерям станочного времени.

Текущий контроль предназначен для проверки состояния инструмента непосредственно в ходе резания с целью своевременной замены изношенного инструмента и предупреждения аварийных операций при его внезапной поломке. Как правило, такой контроль осуществляется косвенными методами.

Известно большое количество методов, отличающихся составом контролируемых параметров, типом датчиков и алгоритмами контроля.

В табл. 5 перечислены некоторые методы и указаны параметры, измерение которых положено в их основу. Только небольшая часть параметров, для которых установлена корреляционная связь
с состоянием инструмента, может автоматически измеряться в промышленных условиях.

Рассмотрим метод косвенного контроля по ресурсу стойкости.

Продолжительность работы инструмента до замены называется его стойкостью Т_ст, и каждому режиму резания для определения материалов детали и инструмента соответствует одно значение стойкости.

Таблица 5

Способы контроля состояния режущего инструмента

Для контроля состояния инструмента на станках часто используется так называемый "ресурс стойкости", т. е. время, в течение которого инструмент еще может проработать с учетом расчетной стойкости (Т_ст). Ресурс стойкости равен

где Т_фак – фактически проработанное время.

Инструмент подлежит смене, когда ресурс полностью исчерпан, т. е. когда Т_фак = Т_ст.

Надежность автоматического контроля ресурса стойкости невелика, так как на практике поломка инструмента может происходить до исчерпания ресурса стойкости. Причиной этих поломок могут быть микротрещины в режущем элементе, случайные вкрапления в материале заготовок, местные изменения твердости заготовок и др. Как правило, поломки инструмента непрогнозируемы и причины их неизвестны; установлено только, что их вероятность возрастает по мере форсирования режимов резания.

Поэтому необходим двойной контроль. Состояние инструмента: контроль ресурса для своевременной замены инструмента и текущий контроль реального состояния инструмента по различным косвенным параметрам.

Это может быть контроль состояния инструментов по силам резания, контроль состояния станка по параметрам, виброакустической эмиссии, контроль состояния инструмента по интенсивности тепловыделения, по нагреву детали, по радиоактивности
стружки и т. п.

Надежность контроля может быть повышена при контроле нескольких параметров одновременно, например при контроле сил резания и вибрации.