В основу функционирования большинства современных систем мониторинга предельного состояния инструмента автоматизированного механообрабатывающего оборудования положено использование различного рода датчиков и преобразователей. Автоматизация контроля состояния сборного многолезвийного инструмента при выполнении операций торцевого фрезерования является наиболее трудоемким процессом и требует применения специальных аппаратных решений, позволяющих выявлять отказы инструмента (торцевой фрезы). Такие подходы в достаточной степени известны и обладают своими достоинствами и недостатками. Вероятность отказа инструментального оборудования в определенный момент времени различна и зависит от множества факторов, но в первую очередь от качества твердосплавного инструмента и его режущих свойств.

Известен способ [1] программного контроля предельного состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов, который состоит в том, что для определения времени наступления предельного состояния сборного многолезвийного твердосплавного инструмента предложено использовать не задаваемую стойкость, а фактическую, величина которой определяется по значению коэффициента работоспособнос ти Kр сборного инструмента, учитывающего изменение состояния режущих кромок твердосплавных пластин в процессе резания на основе начальной информации об их состоянии, полученной в условиях предварительного пробного прохода инструмента по стальной заготовке [2]. В основу способа положен принцип вероятностной оценки работоспособного состояния торцевой фрезы. Коэффициент работоспособности Kр сборного инструмента определяется как отношение текущей вероятности отказа инструмента F(τi) в определенные (заранее установленные) моменты времени τi, к предельной вероятности отказа инструмента Fпр, задаваемой в начальных условиях обработки. Весь расчет производится до момента обработки после получения оперативной информации о состоянии контактной пары «инструмент – заготовка», в режиме пробного прохода [2]. Установлено предельное значение коэффициента работоспособности Kр = 1, обеспечивающее безотказную работу сборного многолезвийного инструмента с заданной вероятностью, при превышении которого производится вывод инструмента из зоны обработки.

Известен способ [3] способ контроля состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов. Предлагаемый способ наиболее эффективен при работе торцевой фрезой с количеством режущих кромок больше десяти, так как в этом случае отказ одной режущей кромки является не критичным, что позволяет использовать резервы торцевой фрезы для дальнейшей обработки. В этом случае не требуется корректировка режимов резания, что обеспечивает постоянную производительность обработки. Предельным состоя нием сборного многолезвийного инструмента, с количеством режущих кромок z ≥ 10, может являться отказ двух и более твердосплавных пластин в наборе фрезы. Для оценки предельного состояния торцевой фрезы целесообразно использовать коэффициент изношенности Kи, определяемый как отношение количества режущих кромок m, со значением термоЭДС Ei (см. работу [3]) меньшим или равным предельному Епр, к общему количеству режущих кромок z в наборе торцевой фрезы.

В качестве численной величины предельного значения термоЭДС, можно принять значение из диапазона Е ≤ 1 мВ, что соответствует отсутствию физического контакта между заготовкой. Предлагаемый способ активного контроля состояния режущих кромок сборного многолезвийного инструмента, позволяет в режиме реального времени выявлять внезапные отказы инструмента, связанные со сколами и выкрашиваниями режущих кромок твердосплавных пластин.

Для инструмента с числом режущих кромок более десяти, в случае скола только одной режущей кромки, коррекция режимов резания нецелесообразна, по причине снижения производительности обработки. В случае же скола двух и более пластин необходима коррекция режимов резания или полная замена инструмента. В этом случае наиболее эффективным будет использование предлагаемого способа активного контроля п редельного состояния фрезы [3].

На Рисунке 1 представлен один из вариантов блок-схемы подсистемы ЧПУ по мониторингу процесса торцевого фрезерования на автоматизированном оборудовании. Функционально подсистема обеспечивает заданную стойкость торцевой фрезы, осуществляет автоматизированный расчет параметра шероховатости (по способу [4]) и производит активный контроль предельного состояния торцевой фрезы в процессе обработки. Работа подсистемы обеспечивается за счет оперативного подключения модулей в определенный момент времени с возможностью обмена данными о параметрах обработки.

Подсистема работает следующим образом. Перед началом обработки оператором (технологом) вводятся все необходимые данные о параметрах обработки и функционального состояния подсистемы (блок 1). Оптимизация технологических режимов, а также производственных показателей обработки требует детальной постановки задачи и зависит от требований, предъявляемых к автоматизированному производству. В связи с этим, при разработке подсистемы мониторинга процесса торцевого фрезерования на автоматизированном оборудовании (Рисунок 1), за оператором закрепляется право выбора приоритета параметров обработки по средством ввода коэффициента оптимизации Kопт (блок 2). В зависимости от значения коэффициента оптимизации Kопт система ЧПУ будет выдавать соответствующее оповещение блок 3 или блок 4. При Kопт = 1, система ставит в приоритет обеспечение заданной стойкости фрезы и в этом случае первым в работу подключается модуль программного контроля предельного состояния торцевой фрезы по способу [1] (блок 6).

Система обеспечивает заданную стойкость торцевой фрезы, при этом выходные параметры обработки, рассчитанные блоком 6, являются исходными данными для модуля расчета параметра шероховатости (блок 10). Производится расчет параметра шероховатости Ra в соответствии с модулем. В случае если Kопт = 0, система ставит в приоритет управление качеством обработки и в этом случае первым в работу подключается модуль расчет параметра шероховатости Ra блок 5. При этом выходные параметры обработки, рассчитанные блоком 5, являются исходными данными для модуля программного контроля предельного состояния торцевой фрезы (блок 9). Производится расчет фактической стойкости фрезы с определенной вероятностью отказа Fпр. Далее система ЧПУ выводит необходимую информацию о полученных параметрах обработки (блок 11), и в случае если оператор посчитает нужным ввести коррективы для изменения текущих параметров обработки, производится соответствующий выбор блоком 12. Если оператор выбирает функцию «начать обработку», то система в диалоговом режиме спрашивает оператора о необходимости подключения модуля активного контроля предельного состояния фрезы (блок 13). Далее, в зависимости от выбора оператора (блок 13), производится обработка на установленных режимах с активным контролем инструмента (блок 14) или без него (блок 15). Рис. 1 отражает структурную реализацию одного из вариантов работы такой подсистемы и показывает функциональное взаимодействие модулей.

 

Список литературы

1.     Пат. 2449860 РФ, МПК В23 В25 / 06. Способ программного контроля предельного состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов / Б. В. Лесной, Е. Г. Крылов, А. Л. Плотников, А. С. Сергеев; ГОУ ВПО ВолгГТУ. – 2012.

2.     Сергеев, А.С. Работоспособность сборных торцовых фрез при обработке на станках с ЧПУ/ А.С. Сергеев, Б.В. Лесной, А.Л. Плотников // Технология машиностроения. – 2012. – №11. – С.25-28.

3.     Пат. 2496629 РФ, МПК B23Q17/09. Способ контроля состояния режущих кромок сборных многолезвийных инструментов / Е.Г. Крылов, А.Ю. Горелова, А.С. Сергеев; ВолгГТУ. - 2013.