Станки с ЧПУ

и их инструментальная оснастка

Диагностика процесса резания и износа инструмента (8 из 11).

Для измерения мощности электрической энергии, напряжений, тока и параметров магнитных полей применяются датчики Холла, Эффект Холла используют также для измерения ряда неэлектрических величин: перемещений, давлений, углов поворота и др.

Метод контроля состояния инструмента по мощности эффективен при достаточно больших силах резания и небольшой мощности холостого хода станка. Применяется для крупноразмерного режущего инструмента, при этом надежно распознаются износ и поломки, когда известна мощность холостого хода и мощность резания острым инструментом. Вероятность определения отказов резцов при черновом точении с помощью монитора, контролирующего мощность, потребляемую электродвигателем, составляет 50…60%. Удаленность датчиков от зоны резания не позволяет эффективно использовать метод при резании с малыми силами, так как появляются значительные погрешности, связанные с потерями на трение в кинематических передачах станка.

Достоинством метода, определяющим его широкое распространение, является простота встраивания датчиков Холла в станки без конструктивных изменений.

Пьезоэлектрические датчики при определении сил резания генерируют электрический сигнал при механическом воздействии на чувствительный элемент, изготовленный из пьезоэлектрика (кварца SiO₂, титаната бария TiB и др.), в направлении его полярной электрической оси. При очень небольших деформациях, вследствие смещения атомов пьезоэлектрика, возникает электрический заряд.

Если сила F_x действует в направлении электрической оси пластины, вырезанной из кристалла пьезоэлектрика, то из-за сближения положительных ионов кремния или же отрицательных ионов кислорода на плоскостях пластины, к которым приложена сила F_x, возникают электрические заряды +Q и -Q (рисунок ниже). Ненагруженная шайба электрически нейтральна.

Пьезоэлектрический датчик состоит из пластины пьезоэлектрика, зажатой между двумя металлическими обкладками, к которым прикладывается измеряемое усилие. Возникающая между обкладками разность потенциалов U_x пропорциональна силе F_x.

Электрический разряд появляется как при сжатии силой F_x пластины из пьезоэлектрика, так и при создании в ней сдвиговых напряжений силой F_y. Это позволяет использовать эти пластины как двухкомпонентные датчики. При изготовлении рабочие поверхности пластин должны быть строго ориентированы относительно оси анизотропии кристаллов.

Для получения большего заряда отдельные пластины объединяют в пакеты и электрически соединяют между собой по параллельной схеме (рисунок ниже), при этом возникает заряд: U_x = nd F_x,

где n – число пластин; d – пьезоэлектрический модуль.

Пьезоэлектрические датчики пригодны только для динамических измерений. Частотный диапазон измерений – до 10⁵ Гц. Для измерения сил с помощью пьезоэлектрических датчиков необходим усилитель заряда.

Измерительные устройства на базе пьезоэлектрических датчиков имеют ряд существенных достоинств:

• высокая чувствительность;
• измерение малых перемещений порядка 1 мкм;
• большой диапазон измеряемых нагрузок;
• разделение силы резания на две составляющие достигается не сложными механическими конструкциями, а путем использования свойств пьезокристаллов реагировать на сжимающие и сдвигающие нагрузки;
• высокая жесткость устройств позволяет измерять высокочастотные колебания.

Электрические заряды, генерируемые измерительными элементами этих датчиков, в результате действия сил резания, с помощью зарядных усилителей преобразуются в пропорциональные измеряемым величинам электрические напряжения. Выходные сигналы зарядных усилителей подвергаются дальнейшей обработке. В результате, на вход электронных блоков измерительного канала поступают пропорциональные значениям измеряемых сил сигналы, позволяющие производить обработку измерительной информации.

В системах диагностирования для измерения сил резания применяются пьезоэлектрические датчики, выполненные в виде колец, пластин, дюбелей и др. Используются датчики относительного удлинения.

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