УДК 621.5

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Шевченко В.В.1, Коротыш О.О.1, Коротыш А.И.1
1Национальный технический университет Украины "Киевский Политехнический Институт ", приборостроительный факультет

Аннотация
Ниже описаны исследования процесса обработки деталей приборов на основе измерения электродвижущей силы и инфракрасного излучения из зоны резания. Разработано устройство для измерения ЭДС резания без применения токосъемника, изоляции инструмента и детали. Также представленный метод контроля процесса резания в условиях автоматизированного производства, который основан на измерении и ИК излучений из зоны резания. Промышленная апробация систем контроля процесса обработки показала высокую надежность и точность.

Ключевые слова: автоматизированное производство, измерение ЭДС, ЭДС


THE CONTROL SYSTEM PROCESSING DETAILS IN A COMPUTER-AIDED MANUFACTURING

Shevchenko V.V.1, Korotysh O.O.1, Korotysh A.I.1
1National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute", faculty of device building

Abstract
The following describes research processing equipment parts on the basis of measurement of the electromotive force and the infrared radiation of the cutting zone. Also, represent method of control of the cutting process in automated production, which is based on the measurement and infrared radiation from the cutting zone. Industrial testing of control systems processing showed high reliability and accuracy.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Шевченко В.В., Коротыш О.О., Коротыш А.И. Система контроля процесса обработки деталей в условиях автоматизированного производства // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/05/24354 (дата обращения: 02.06.2017).

Вступление

Повышение эффективности обработки материалов резанием непрерывно связано с созданием новых и совершенствованием существующих методов и средств контроля процесса обработки деталей, что должно базироваться на более глубоком представлении о физической сущности процесса резания и исследовании взаимосвязи, естественно возникающих при резании, явлений с износом режущего инструмента.

Постановка задачи

Процесс резания является сложным комплексом физико-химических явлений, таких как механических, тепловых, электрических, диффузионных, адгезионных и др., которые возникают в результате взаимодействия инструмента с деталью.

Исследования

На поверхности контакта инструмента с деталью происходят изменения состояния внутреннего движения атомов и молекул, что и определяет электромагнитные явления [2]. В результате этого на контактных поверхностях совершаются сложные реакции перемещений, разложений и соединений микрочастиц. Любая материальная система всегда стремится к состоянию, которое характеризируется минимумом энергии. Так как процесс резания это прежде всего процесс разрушения, сопровождающийся переходом элементарных частиц из состояния с большим значением энергии в состояние с меньшим значением энергии, то выделяется на первом этапе взаимодействия часть избыточной энергии в виде упругих и электромагнитных волн, а также в виде электрической энергии.

В результате пластической деформации при резании атомы, находящиеся в момент перескока в ядре дислокации, совершают колебания, что сопровождается излучением электромагнитных волн. С другой стороны колебания атомов приводят к появлении так называемых «активных центров» с пониженной работой выхода электронов в окрестностях дефектов структуры. При этом некоторые электроны выходят на границу раздела «инструмент-деталь», появляется разность электрических потенциалов  между контактными поверхностями, что сопровождается генерированием электрических сигналов.

На основании рассмотрения процесса резания на микроструктурном уровне можно сделать вывод о том, что процесс стружкообразования  сопровождается генерированием электрических сигналов и электромагнитным излучением.  В связи с этим электрические сигналы и электромагнитное излучение из зоны резания должны нести информацию о процессах, происходящих на контактных поверхностях режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Поэтому, измерение в процессе резания электрических сигналов и потока электромагнитного излучения из зоны резания, например, в инфракрасной области спектра, позволит создать систему контроля работоспособности режущего инструмента.

Измерения ЭДС резания является сложным и до конца еще не решенным заданием. Как правило, измеряют переменную составляющую ЭДС, используя токосъемное устройство [1]. Изолируя режущий инструмент и деталь от массы станка, которые снижают универсальность оборудования, все это приводит к техническим трудностям реализации и, главное, до промышленного внедрения систем контроля изнашивания инструмента на основе ЭДС резания.

Поэтому, было разработанное устройство для измерения ЭДС резания [3] без применения токоснимателя, изоляции инструмента и детали, от массы станка, который даст возможность  широко использовать его в производственных условиях.

Разработанное устройство состоит из магнитного торроидального ферритового сердечника, установленного непосредственно в резцедержателе, что охватывает державку режущего инструмента. Катушка обмотки установлена на другом конце магнитного сердечника, возникающая в процессе резания ЭДС, вызывает протекание в системе переменного тока, при этом саму систему можно представить в виде одного витка первичной обмотки. Переменный ток, который протекает по режущему инструменту, наводит переменный магнитный поток в сердечнике. При измерении используют режим холостого хода трансформатора тока. В этом режиме магнитный поток увеличивается в результате отсутствия тока размагничивания, которое в свою очередь резко увеличивает ЭДС во вторичной обмотке. Электродвижущая сила, которая возникает во вторичной обмотке, зависит от конструктивных параметров сердечника, числа витков вторичной обмотки, силы тока, который протекает по резцу и частоты изменения магнитного потока. Величина частоты изменения магнитного потока пропорциональна частоте изменения тока и соответственно ЭДС резания.

В качестве второго параметра системы контроля используют инфракрасное излучение из зоны контакта резец-заготовка. ИК спектры выпускают возбужденные атомы или ионы при переходах между близко расположенными электронными уровнями энергии, что в нашем случае и происходит в результате адгезии . Для контроля ИК излучения рабочей зоны используют приемники ИК излучения, например , TSOP 4038, TSOP 58038, TSOP 5038, у которых есть цифровой выход и постоянный коэффициент усиления, который обеспечивает стабильность порога срабатывания датчика и его рабочей дальности действия. Сигнал из приемника ИК излучения поступает в цифровой блок обработки информации для сохранения и последующей обработки. Путем сравнения допустимых значений специализированной базы данных со значениями в соответствующих местах измерения рабочей зоны определяется критическим уровнем износа.

Система контроля режущего инструмента [4] состоит из устройства 1 (рис.1) измерения ЭДС резания и устройства 2 измерения потока инфракрасного излучения из зоны резания, которые параллельно подключены через усилители 3 и 4 электрических сигналов к датчику качания 5 и датчику 6 износа режущего инструмента. Первый выход датчика 5 касания и датчика 6 износа инструмента подключены к блоку 7 управления приводом подачи металлорежущего станка. Второй выход датчика 5 касания подключен к входу блока 8 «конец введения» устройства числового программного управления.

Рис.1 Блок-схема системы контроля процесса обработки деталей в условиях автоматизированного производства

            На выходе датчика износа формируються сигналы при условии достижения режущим инструментом величины критического износа. В датчике износа происходит сравнение интегрального уровня сигнала ,заданного на цифро-аналоговом преобразователе и соответствующей величине критического износа режущего инструмента.

Выводы:

На основании рассмотрения процесса обработки деталей приборов в условии автоматизированного производства, можно сделать выводы о том , что с увеличением износа инструмента по задней поверхности увеличивается фактическая  площадь контакта инструмента с деталью, где происходит взаимодействие инструментального и обрабатываемого материалов. В результате этого взаимодействия на поверхности контакта  происходит процесс обмена электронами, что сопровождается возникновением импульса сигнала. Поэтому с увеличением износа инструмента увеличивается фактическая  площадь контакта, растет частота возникновения всплеска сигнала, а также его общий уровень.

Промышленная апробация систем контроля процесса обработки деталей приборов в условии автоматизированного производства на основе ЭДС резания и ИК излучения показала высокую эксплуатационную надежность и точность, что позволяет эффективно использовать их в устройствах автоматического управления процессом обработки материалов на станках с ЧПУ , в условиях «безлюдной технологии».


Библиографический список
  1. Васильев С.В. ЭДС и температура резания. Станки и инструмент, 1980,№10,с.20-22.
  2. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение , 0982.-320с.
  3. Остафьев В.А., Тымчик Г.С., Шевченко В.В. Адаптивная система управления. Механизация и автоматизация управления. – Киев,№1, 1983.- с.18-20
  4. Шевченко В.В. Контроль состояния режущего инструмента с помощью электрических сигналов . Сборник научных трудов 5 научно-технической конференции Приборостроения : возможности и перспективы , 25-26 апреля 2006 г., г.Киев, ПСФ, НТУУ «КПИ». 2006.- с. 112-113.


Все статьи автора «Alexey Korotysh»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: