Станки с ЧПУ

и их инструментальная оснастка

Диагностика процесса резания и износа инструмента (4 из 11).

Вопрос о возможности использования силы резания как диагностического признака состояния процесса и инструмента решен положительно. Для оценки информативности силы экспериментальные исследования выполняют обычно на специальных стендах с помощью лабораторных динамометров, которые позволяют получить составляющие силы, действующие на инструмент или заготовку, закрепленные в динамометре. Однако эти приборы, используемые для исследования процессов резания, например динамометры УДМ, не могут быть использованы в производственных условиях для систем оперативного диагностирования на станках с ЧПУ из-за конструктивных и эксплуатационных ограничений.

В связи с этим разрабатываются специальные динамометры, встраиваемые в узлы и детали станков датчики. Их информативность существенно зависит от конструктивной и аппаратной реализации, а также от места расположения на станке датчика, преобразующего значения параметров силы в аналоговые электрические сигналы. Выявление оптимального варианта требует специальных исследований, которые необходимо проводить при создании систем диагностирования. При разработке силоизмерительных датчиков следует учитывать конструктивные особенности станка, анализировать цепи силового замыкания.

На рисунке приведена схема сил, действующих на узлы и детали токарного станка, которая позволяет наметить места установки датчиков сил и определить их конструктивное решение. Подобные схемы могут быть применимы и для других станков.

Схема сил, действующих при резании на узлы токарного станка: 1 - тензометрический подшипник; 2,4 - тензометрические опоры ходовых винтов; 3 - датчик силы в державке резца; 5,6- датчики мощности приводов

На токарном станке вертикальная составляющая силы резания Р_z,  действующая на заготовку диаметром D перенесенная в центр заготовки (см. рисунок), создает момент сопротивления резанию, который через систему передач преодолевается крутящим моментом электродвигателя.

Между моментом на заготовке и моментом на валу двигателя существует функциональная связь, которая позволяет использовать двигатель как датчик силы. Эта же сила P₂ в центре заготовки, перенесенная в центр передней опоры шпинделя, действует на нее, вызывая деформации деталей подшипника. Функциональная связь между силой и этими деформациями позволяет использовать подшипник как датчик силы. Используют также детали токарного патрона и центра задней бабки.

Сила P_z деформирует державку резца, опору вращения револьверной головки и опору шпинделя. В этих местах могут быть установлены датчики силы.

Составляющая сила резания P_x действует в осевом направлении на передний радиально-упорный подшипник шпинделя, а ее реакция на резец и резцовую головку. Оно позволяет определить места расположения и конструкции датчиков для измерения P_x. При продольной подаче резца сопротивление перемещению суппорта преодолевается двигателем подачи. Он создает крутящий момент для вращения ходового винта, обеспечивающий на гайке тяговое усилие, необходимое для подачи суппорта. Опоры винта так же, как и двигатель подачи, могут быть использованы в качестве датчиков усилий. Аналогично определяются возможные места установки датчиков для определения составляющей силы резания Р_у.

Датчики как первичные преобразователи являются неотъемлемыми элементами контрольно-измерительных систем и систем автоматического управления технологическими процессами. В датчиках обычно реализуются принципы электрических методов измерения неэлектрических физических величин. Используются десятки различных принципов. Основные у них показаны в таблице.

Датчики для измерения различных физических величин

Быстрый переход в разделы

• Особенности технологии обработки на станках с ЧПУ
• Режущий инструмент
• Вспомогательный инструмент
• Системы инструментальной оснастки
• Инструментальные наладки станков с ЧПУ
• Диагностика инструмента как элемента технологической системы
• Комплексное инструментальное обеспечение станков с ЧПУ
• Автоматизированное проэктирование инструментальной оснастки